JP5543124B2 - Light emitting thyristor, light emitting element array, light emitting device, and image forming apparatus - Google Patents

Light emitting thyristor, light emitting element array, light emitting device, and image forming apparatus Download PDF

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Description

本発明は、N型半導体層とP型半導体層とを順次積層してなるサイリスタのうち、半導体層の内部での発光が外部に取り出されるとともに、その発光状態を外部から電気的にあるいは光を照射することによって制御可能であって、発光強度及び受光感度を向上させた発光サイリスタに関する。また本発明は、この発光サイリスタを用いた発光素子アレイに関する。また本発明は、この発光サイリスタを光励起による転送スイッチ素子として集積した自己走査型の発光装置に関するものであり、さらにこの発光装置を用いた画像形成装置に関する。   In the thyristor formed by sequentially laminating an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer, the present invention extracts light emitted from the inside of the semiconductor layer to the outside and changes the light emission state from the outside electrically. The present invention relates to a light emitting thyristor that can be controlled by irradiation and has improved light emission intensity and light receiving sensitivity. The present invention also relates to a light emitting element array using the light emitting thyristor. The present invention also relates to a self-scanning light-emitting device in which the light-emitting thyristor is integrated as a transfer switch element by light excitation, and further relates to an image forming apparatus using the light-emitting device.

厚み方向に積層してエピタキシャル成長によって形成される複数の半導体層からなる発光サイリスタにおいて、NPNまたはPNPとして形成される半導体層は、ホトトランジスタを形成する。したがって、電流増幅率βを求めることができる。   In a light-emitting thyristor including a plurality of semiconductor layers stacked in the thickness direction and formed by epitaxial growth, the semiconductor layer formed as NPN or PNP forms a phototransistor. Therefore, the current amplification factor β can be obtained.

電流増幅率βは、ベースおよびエミッタについて、多数キャリア濃度、少数キャリアの拡散係数、および少数キャリアの拡散長と、ベースの厚み寸法とから、計算によって求めることができる。電流増幅率βの値が小さければ小さいほど、発光強度がキャリア濃度よりも電流増幅率βに依存しやすくなるという問題点がある。したがって、電流増幅率βの値は、ある程度以上高いことが望まれる。   For the base and the emitter, the current amplification factor β can be obtained by calculation from the majority carrier concentration, the minority carrier diffusion coefficient, the minority carrier diffusion length, and the thickness of the base. There is a problem that the smaller the value of the current amplification factor β, the more easily the emission intensity depends on the current amplification factor β rather than the carrier concentration. Therefore, it is desirable that the value of the current amplification factor β is higher than a certain level.

第1の従来技術として、PNPNの4層によって発光サイリスタを形成する技術が知られている(たとえば特許文献1参照)。第1の従来技術における電流増幅率βを計算によって求めると、およそ145程度の値であり、コレクタを成す層のN型キャリア濃度の増大に対して発光強度が飽和してしまい、充分な発光強度が得られないという問題点がある。   As a first conventional technique, a technique of forming a light-emitting thyristor with four layers of PNPN is known (for example, see Patent Document 1). When the current amplification factor β in the first conventional technique is obtained by calculation, it is a value of about 145, and the emission intensity is saturated as the N-type carrier concentration of the layer constituting the collector increases, so that sufficient emission intensity is obtained. There is a problem that cannot be obtained.

また電流増幅率βは、発光サイリスタを発光させるために印加が最低限必要となるしきい電圧VBOにも関係を有している。このしきい電圧VBOは、ある程度以上大きく設定する必要がある。 The current amplification factor β is also related to the threshold voltage V BO that is required to be applied at a minimum to cause the light-emitting thyristor to emit light. This threshold voltage V BO needs to be set larger than a certain level.

第2の従来技術として、N型およびP型のいずれか一方の導電型の第1半導体層と、第1半導体層とは反対の導電型の第2半導体層と、第1半導体層と同じ導電型の第3半導体層と、第1半導体と反対の導電型の第4半導体層がこの従に積層されている発光サイリスタが知られている(たとえば特許文献2参照)。   As a second prior art, a first semiconductor layer of one of N-type and P-type conductivity, a second semiconductor layer of a conductivity type opposite to the first semiconductor layer, and the same conductivity as the first semiconductor layer There is known a light emitting thyristor in which a third semiconductor layer of a type and a fourth semiconductor layer of a conductivity type opposite to the first semiconductor are laminated in this manner (for example, see Patent Document 2).

第2の従来技術における電流増幅率βを計算によって求めると、2000を超え、充分に大きな電流増幅率βである。   When the current amplification factor β in the second prior art is obtained by calculation, it exceeds 2000 and is a sufficiently large current amplification factor β.

特開2001−308385号公報JP 2001-308385 A 特開2007−180460号公報JP 2007-180460 A

発光させるために印加が必要となるしきい電圧VBOを充分に大きくするためには、トランジスタ型の各層を形成するための各層のうち、中央の層のキャリア濃度を大きくするか、または中央の層の厚み寸法を大きく設定する必要がある。電流増幅率βが大きい場合には、中央の層のキャリア濃度または厚み寸法として必要となる値がさらに大きくなるという問題点がある。また、仮に中央の層のキャリア濃度を大きくしたり、厚み寸法を大きく設定すれば、電流増幅率βの値が小さくなってしまうという問題点がある。 In order to sufficiently increase the threshold voltage V BO that needs to be applied in order to emit light, among the layers for forming each transistor type layer, the carrier concentration of the central layer is increased, or It is necessary to set a large thickness dimension of the layer. When the current amplification factor β is large, there is a problem that a required value for the carrier concentration or thickness dimension of the central layer is further increased. Further, if the carrier concentration of the central layer is increased or the thickness dimension is set to be large, there is a problem that the value of the current amplification factor β is decreased.

本発明の目的は、トランジスタ型の層を形成するための各層のうち、中央の層のキャリア濃度および厚み寸法を大きく設定することなく、発光強度に対する電流増幅率βの影響を抑制することのできる発光サイリスタ、これによって構成される発光素子を含む発光素子アレイ、この発光素子アレイを備える発光装置およびこの発光装置を備える画像形成装置を提供することである。   The object of the present invention is to suppress the influence of the current amplification factor β on the emission intensity without setting the carrier concentration and the thickness dimension of the center layer among the layers for forming the transistor type layer large. A light-emitting thyristor, a light-emitting element array including a light-emitting element formed thereby, a light-emitting device including the light-emitting element array, and an image forming apparatus including the light-emitting device are provided.

本発明の発光サイリスタは、基板上に、N型およびP型のいずれか一方の導電型の第1半導体層、第1半導体層と反対導電型の第2半導体層、第1半導体層と同じ導電型の第3半導体層、および第1半導体層と反対導電型の第4半導体層がこの順に積層されている発光サイリスタにおいて、
前記第3半導体層のバンドギャップは、前記第2半導体層のバンドギャップと略同一であり、かつ、前記第1および前記第4半導体層のバンドギャップより狭幅であり、
前記第3半導体層は、前記基板側の第1領域と前記基板と反対側の第2領域とを含んでなり、かつ、前記第1領域の不純物濃度は前記第2領域の不純物濃度よりも低く、かつ1×1016(cm−3)未満であり、
前記第2半導体層の不純物濃度は、前記第3半導体層の第1領域の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度であり、かつ、前記第1半導体の不純物濃度より低濃度であり、
前記第4半導体層の不純物濃度は、前記第3半導体層の第2領域の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度であり、
電流増幅率の値が1000以上であることを特徴とする。
The light-emitting thyristor according to the present invention has the same conductivity as the first semiconductor layer on the substrate, the first semiconductor layer of one of N-type and P-type conductivity, the second semiconductor layer of the opposite conductivity type to the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer. In the light emitting thyristor in which the third semiconductor layer of the type and the fourth semiconductor layer of the conductivity type opposite to the first semiconductor layer are stacked in this order,
The band gap of the third semiconductor layer is substantially the same as the band gap of the second semiconductor layer, and is narrower than the band gaps of the first and fourth semiconductor layers,
The third semiconductor layer includes a first region on the substrate side and a second region on the opposite side of the substrate, and the impurity concentration of the first region is lower than the impurity concentration of the second region. And less than 1 × 10 16 (cm −3 ),
The impurity concentration of the second semiconductor layer is substantially the same as or higher than the impurity concentration of the first region of the third semiconductor layer, and lower than the impurity concentration of the first semiconductor;
The impurity concentration of the fourth semiconductor layer, Ri substantially equal to or higher concentrations der and impurity concentration of the second region of the third semiconductor layer,
The value of the current amplification factor, characterized in der Rukoto 1000 or more.

また本発明の発光サイリスタによれば、前記第1領域の不純物濃度は、5×1015(cm−3)以上であることを特徴とする。 According to the light-emitting thyristor of the present invention, the impurity concentration of the first region is 5 × 10 15 (cm −3 ) or more.

また本発明の発光サイリスタによれば、前記第1の発光サイリスタにおいて前記第4半導体層の前記基板と反対側に、前記第4半導体層と同じ導電型の第5半導体層が積層され、前記第5半導体層のバンドギャップは、前記第4半導体層のバンドギャップと略同一またはそれより広幅であり、前記第5半導体層の不純物濃度は、前記第4半導体層の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度であることを特徴とする。   According to the light-emitting thyristor of the present invention, a fifth semiconductor layer having the same conductivity type as the fourth semiconductor layer is stacked on the opposite side of the fourth semiconductor layer from the substrate in the first light-emitting thyristor. The band gap of the fifth semiconductor layer is substantially the same as or wider than the band gap of the fourth semiconductor layer, and the impurity concentration of the fifth semiconductor layer is substantially the same as or higher than the impurity concentration of the fourth semiconductor layer. It is characterized by high concentration.

また本発明の発光素子アレイによれば、
(a)第1電極と、第2電極と、前記第1電極に第1信号が入力されていて、かつ前記第2電極に第2信号が入力されているときに制御信号が出力される第1制御電極とを備えるn(nは2以上の整数)個のスイッチ素子と、
(b)前記各第1制御電極に個別に接続されるn本の信号伝送路と、
(c)第3電極と、前記n本の信号伝送路のうちのいずれか1つに接続される第2制御電極とを備え、前記第3電極に第3信号が入力されていて、かつ前記第2制御電極に制御信号が入力されているときに発光する複数の発光素子とを含む発光素子アレイであって、
前記各信号伝送路には、少なくとも1つの前記発光素子の第2制御電極が接続され、
前記n個のスイッチ素子の第1電極が相互に電気的に接続されており、
前記スイッチ素子および前記発光素子が、カソードまたはアノードを共通の電極とする前記発光サイリスタを含んで構成され、前記スイッチ素子がさらに、第1および第2の抵抗体を含んで構成され、
(a)カソードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極は、前記第1および第2の抵抗体のそれぞれの一端と接続され、
前記第1の抵抗体の他端には、共通の電極に対して正の電圧が印加され、
前記第1電極は、第2の抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
(b)アノードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極は、前記第1および第2の抵抗体のそれぞれの一端と接続され、
前記第1の抵抗体の他端には、共通の電極に対して負の電圧が印加され、
前記第1電極は、第2の抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極であることを特徴とする。
Further, according to the light emitting element array of the present invention,
(A) A first control signal is output when a first signal is input to the first electrode, the second electrode, and the first electrode, and a second signal is input to the second electrode. N (n is an integer of 2 or more) switch elements including one control electrode;
(B) n signal transmission lines individually connected to the first control electrodes;
(C) a third electrode and a second control electrode connected to any one of the n signal transmission lines, wherein a third signal is input to the third electrode, and A light emitting element array including a plurality of light emitting elements that emit light when a control signal is input to the second control electrode,
Each signal transmission line is connected to at least one second control electrode of the light emitting element,
The first electrodes of the n switch elements are electrically connected to each other;
The switch element and the light-emitting element are configured to include the light-emitting thyristor having a cathode or an anode as a common electrode, and the switch element is further configured to include first and second resistors,
(A) When the cathode is a common electrode,
The N gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of each of the first and second resistors,
A positive voltage is applied to the other electrode of the first resistor with respect to the common electrode,
The first electrode is the other end of the second resistor;
The second electrode is an anode of a light-emitting thyristor constituting a switch element;
The third electrode is an anode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
(B) When the anode is a common electrode,
The P gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of each of the first and second resistors,
A negative voltage is applied to the other electrode of the first resistor with respect to the common electrode,
The first electrode is the other end of the second resistor;
The second electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The third electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is a P gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode is a P gate electrode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element.

また本発明の発光装置によれば、
(a)第1電極と、第2電極と、前記第1電極に第1信号が入力されていて、かつ前記第2電極に第2信号が入力されているときに制御信号が出力される第1制御電極とを備えるn(nは2以上の整数)個のスイッチ素子と、
(b)前記各第1制御電極に個別に接続されるn本の信号伝送路と、
(c)第3電極と、前記n本の信号伝送路のうちのいずれか1つに接続される第2制御電極とを備え、前記第3電極に第3信号が入力されていて、かつ前記第2制御電極に制御信号が入力されているときに発光する複数の発光素子とを含む発光素子アレイであって、
前記各信号伝送路には、少なくとも1つの前記発光素子の第2制御電極が接続され、
前記n個のスイッチ素子の第1電極が相互に電気的に接続されており、
前記スイッチ素子および前記発光素子が、カソードまたはアノードを共通の電極とする前記発光サイリスタを含んで構成され、前記スイッチ素子がさらに抵抗体を含んで構成され、
(a)カソードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極は、前記抵抗体の一端と接続され、
前記第1電極は、前記抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
(b)アノードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極は、前記抵抗体の一端と接続され、
前記第1電極は、前記抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極である発光素子アレイを複数備える発光素子アレイ部と、
前記第1電極と電気的に接続され、前記第1信号を供給する第1の駆動回路と、
前記第2電極と電気的に接続され、前記第2信号を供給する第2の駆動回路と、
前記第3信号と電気的に接続され、前記第3信号を供給する第3の駆動回路とを含み、
前記第1の駆動回路は、ハイレベルおよびローレベルを有する前記第1信号の前記ハイレベルまたは前記ローレベルの電位を設定する第1信号レベル設定手段を有することを特徴とする。
According to the light emitting device of the present invention,
(A) A first control signal is output when a first signal is input to the first electrode, the second electrode, and the first electrode, and a second signal is input to the second electrode. N (n is an integer of 2 or more) switch elements including one control electrode;
(B) n signal transmission lines individually connected to the first control electrodes;
(C) a third electrode and a second control electrode connected to any one of the n signal transmission lines, wherein a third signal is input to the third electrode, and A light emitting element array including a plurality of light emitting elements that emit light when a control signal is input to the second control electrode,
Each signal transmission line is connected to at least one second control electrode of the light emitting element,
The first electrodes of the n switch elements are electrically connected to each other;
The switch element and the light emitting element are configured to include the light emitting thyristor having a cathode or an anode as a common electrode, and the switch element is further configured to include a resistor,
(A) When the cathode is a common electrode,
The N gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of the resistor,
The first electrode is the other end of the resistor;
The second electrode is an anode of a light-emitting thyristor constituting a switch element;
The third electrode is an anode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
(B) When the anode is a common electrode,
The P gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of the resistor,
The first electrode is the other end of the resistor;
The second electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The third electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is a P gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode includes a light emitting element array unit including a plurality of light emitting element arrays which are P gate electrodes of light emitting thyristors constituting the light emitting element,
A first drive circuit electrically connected to the first electrode and supplying the first signal;
A second drive circuit electrically connected to the second electrode and supplying the second signal;
A third drive circuit electrically connected to the third signal and supplying the third signal;
The first drive circuit includes first signal level setting means for setting a potential of the high level or the low level of the first signal having a high level and a low level.

また本発明の発光装置によれば、前記スイッチ素子を構成する前記発光サイリスタが発する光を遮光または減光するための、遮光手段または減光手段を含むことを特徴とする。   According to the light emitting device of the present invention, the light emitting device includes a light shielding means or a light reducing means for shielding or reducing light emitted from the light emitting thyristor constituting the switch element.

また本発明の画像形成装置によれば、前記発光装置と、
画像情報に基づいて前記発光装置を駆動する駆動手段と、
感光体ドラムに前記発光装置の発光素子からの光を集光する集光手段と、
前記発光装置からの光が前記集光手段によって前記感光体ドラムに集光されて露光された感光体ドラムに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写手段と、
前記記録シートに転写された現像剤を定着させる定着手段とを含むことを特徴とする。
According to the image forming apparatus of the present invention, the light emitting device;
Driving means for driving the light emitting device based on image information;
Condensing means for condensing light from the light emitting element of the light emitting device on the photosensitive drum;
Developer supplying means for supplying the developer to the exposed photosensitive drum by which light from the light emitting device is condensed on the photosensitive drum by the condensing means;
Transfer means for transferring an image formed by a developer on the photosensitive drum to a recording sheet;
And fixing means for fixing the developer transferred to the recording sheet.

本発明の発光サイリスタによれば、第4半導体層(P型)のバンドギャップが第3半導体層(N型)のバンドギャップよりも大きいことから、両半導体層の界面でポテンシャル障壁が形成され、第1半導体層から注入された電子を閉じ込め、第3半導体層(N型)での電子密度を増大させることができる。また、第3半導体層(N型)を第1領域と第2領域の2層に分けて、第4半導体層(P型)側の第2領域の不純物濃度を高めたことから、第2領域での熱平衡状態の電子密度が増大する。さらに、第4半導体層(P型)の不純物濃度を第2領域の不純物濃度と略同一かそれより高濃度にしたことによって、第4半導体層から第2領域に注入される正孔密度を高めることができる。以上の設定によって、第2領域で正孔と電子とを効率よく再結合させて発光させることができ、内部量子効率を高めることができる。   According to the light emitting thyristor of the present invention, since the band gap of the fourth semiconductor layer (P-type) is larger than the band gap of the third semiconductor layer (N-type), a potential barrier is formed at the interface between the two semiconductor layers, The electrons injected from the first semiconductor layer can be confined, and the electron density in the third semiconductor layer (N-type) can be increased. Further, since the third semiconductor layer (N-type) is divided into two layers of the first region and the second region, the impurity concentration of the second region on the fourth semiconductor layer (P-type) side is increased, so that the second region The electron density in the thermal equilibrium state at 1 is increased. Further, the density of holes injected from the fourth semiconductor layer into the second region is increased by making the impurity concentration of the fourth semiconductor layer (P-type) substantially the same as or higher than the impurity concentration of the second region. be able to. With the above settings, holes and electrons can be efficiently recombined in the second region to emit light, and the internal quantum efficiency can be increased.

また、光の取り出し方向である第4半導体層(P型)のバンドギャップは、主たる発光層である第2領域のバンドギャップよりも広幅であるので、発光した光の吸収層とはならない。主たる発光層が光の取り出し方向に近い第2領域であることから、主たる発光層自身での吸収も問題とならず、本発明によれば、光の取り出し効率にも優れた発光サイリスタを提供することができる。   In addition, the band gap of the fourth semiconductor layer (P-type), which is the light extraction direction, is wider than the band gap of the second region, which is the main light emitting layer, and thus does not serve as an absorption layer for the emitted light. Since the main light-emitting layer is the second region close to the light extraction direction, absorption by the main light-emitting layer itself is not a problem, and according to the present invention, a light-emitting thyristor excellent in light extraction efficiency is provided. be able to.

また第1領域の不純物濃度を前記の値としたことによって、電流増幅率の値を、充分に大きくすることができ、かつトランジスタ型の各層を形成する層のうち、中央の層の厚み寸法およびキャリア濃度を低く抑えることと、発光のために必要となるしきい電圧VBOを充分に大きくすることとを両立することができる。したがって、発光強度に対する電流増幅率の影響を抑制することができる。 Further, by setting the impurity concentration in the first region to the above value, the value of the current amplification factor can be sufficiently increased, and among the layers forming the transistor type layers, the thickness dimension of the center layer and It is possible to achieve both a low carrier concentration and a sufficiently large threshold voltage V BO required for light emission. Therefore, the influence of the current amplification factor on the emission intensity can be suppressed.

また本発明の発光サイリスタによれば、高不純物濃度の第5半導体層(P型)を極薄膜のオーミックコンタクト層と第4半導体層(P型)との間に介することによって、アノード電極との間で良好なオーミック接触をとることができる。第5半導体層(P型)のバンドギャップは第4半導体層(P型)のバンドギャップと略同一またはそれより広幅なので、内部で発光した光の吸収層とならず、光の取り出し効率を低下させることはない。   Further, according to the light emitting thyristor of the present invention, the fifth semiconductor layer (P type) having a high impurity concentration is interposed between the ultrathin ohmic contact layer and the fourth semiconductor layer (P type), so that the anode electrode Good ohmic contact can be obtained between the two. The band gap of the fifth semiconductor layer (P type) is substantially the same as or wider than the band gap of the fourth semiconductor layer (P type), so that it does not become an absorption layer for light emitted inside, and the light extraction efficiency is reduced. I will not let you.

本発明の発光素子アレイによれば、発光素子アレイは、第1信号および第2信号が共に入力されているときに制御信号を出力するn(nは2以上の整数)個のスイッチ素子と、前記制御信号が伝送されるn本の信号伝送路と、前記信号伝送路からの制御信号と共に、第3信号が入力されているときに発光する複数(n個以上)の発光素子とを含んで構成される。各スイッチ素子の第1電極は、スイッチ素子間でそれぞれ相互に電気的に接続されているので、発光素子アレイに含まれる全てのスイッチ素子に共通の第1信号を与えることができる。   According to the light emitting element array of the present invention, the light emitting element array includes n switch elements (n is an integer of 2 or more) that outputs a control signal when both the first signal and the second signal are input; Including n signal transmission paths through which the control signal is transmitted, and a plurality of (n or more) light emitting elements that emit light when the third signal is input together with the control signal from the signal transmission path. Composed. Since the first electrodes of the switch elements are electrically connected to each other between the switch elements, a common first signal can be given to all the switch elements included in the light emitting element array.

発光素子アレイを構成する各スイッチ素子に共通の第1信号が入力されている場合には、第2信号が入力されるスイッチ素子に接続された信号伝送路に制御信号が出力される。さらに制御信号が出力される信号伝送路に接続された発光素子に第3信号が入力されると、この発光素子が発光する。逆に、発光素子アレイに共通の第1信号が入力されていない場合には、各スイッチ素子は、第2信号が入力されていても、制御信号を出力しないので、発光素子に第3信号が入力されたとしても、第3信号が入力された発光素子は発光しない。   When a common first signal is input to each switch element constituting the light emitting element array, a control signal is output to a signal transmission path connected to the switch element to which the second signal is input. Further, when the third signal is input to the light emitting element connected to the signal transmission path through which the control signal is output, the light emitting element emits light. Conversely, when the first signal common to the light emitting element array is not input, each switch element does not output a control signal even if the second signal is input. Even if it is input, the light emitting element to which the third signal is input does not emit light.

したがって、複数の発光素子アレイを用いて発光装置を構成する場合には、第1信号によって、どの発光素子アレイに属する発光素子を発光させるかを選択することができる(以下、第1信号が入力されている発光素子アレイは選択状態にあるという)。そこで、発光装置を構成する各発光素子アレイに順番に第1信号を与えて選択状態にすることで、各発光素子アレイに第2信号および第3信号を与えるための駆動用IC、ならびに各発光素子と駆動用ICとの間の配線を、複数の発光素子アレイ間で共用する時分割駆動を行うことができる。このように、本発明の発光素子アレイを用いて発光装置を構成すると、各発光素子アレイ間で駆動用ICおよび配線を共用することができるので、少ない駆動用IC数および配線数で構成された発光装置が実現できる。   Therefore, when a light-emitting device is configured using a plurality of light-emitting element arrays, it is possible to select which light-emitting element array to which the light-emitting elements belong to emit light according to the first signal (hereinafter, the first signal is input). It is said that the light emitting element array being selected is in a selected state). Therefore, a driving IC for giving a second signal and a third signal to each light emitting element array by sequentially giving a first signal to each light emitting element array constituting the light emitting device to make a selected state, and each light emitting element Time-division driving can be performed in which the wiring between the element and the driving IC is shared between the plurality of light emitting element arrays. As described above, when the light emitting device is configured by using the light emitting element array of the present invention, the driving IC and the wiring can be shared between the respective light emitting element arrays. A light emitting device can be realized.

前記スイッチ素子は、発光サイリスタと、第1および第2の抵抗体とを含んで構成され、また前記発光素子は、発光サイリスタを含んで構成される。ここで、スイッチ素子および発光素子を構成する発光サイリスタは、カソードまたはアノードを共通の電極(電位をVg=0ボルトとする)にして用いられる。   The switch element includes a light emitting thyristor and first and second resistors, and the light emitting element includes a light emitting thyristor. Here, the light-emitting thyristor constituting the switch element and the light-emitting element is used with a cathode or an anode as a common electrode (potential is Vg = 0 volts).

カソードを共通電極とする場合には、スイッチ素子は、発光サイリスタのNゲート電極と、第1の抵抗体の一端と、第2の抵抗体の一端とが接続されて構成される。第1の抵抗体の他端は、共通の電極であるカソードを基準電位として正の電圧が印加される。この場合、第2の抵抗体の他端が第1信号を入力するための第1電極に相当し、発光サイリスタのアノードが第2信号を入力するための第2電極に相当し、発光サイリスタのNゲート電極が制御信号を出力するための第1制御電極に相当する。また、発光素子は、発光サイリスタで構成され、第3信号を入力するための第3電極が、発光サイリスタのアノードに相当し、制御信号を入力するための第2制御電極が、発光サイリスタのNゲート電極に相当する。   When the cathode is the common electrode, the switch element is configured by connecting the N gate electrode of the light-emitting thyristor, one end of the first resistor, and one end of the second resistor. A positive voltage is applied to the other end of the first resistor with a cathode, which is a common electrode, as a reference potential. In this case, the other end of the second resistor corresponds to the first electrode for inputting the first signal, the anode of the light emitting thyristor corresponds to the second electrode for inputting the second signal, and the light emitting thyristor of the light emitting thyristor. The N gate electrode corresponds to a first control electrode for outputting a control signal. The light emitting element is composed of a light emitting thyristor. The third electrode for inputting a third signal corresponds to the anode of the light emitting thyristor, and the second control electrode for inputting a control signal is N of the light emitting thyristor. Corresponds to the gate electrode.

前記の回路構成による回路動作の一例を示す。
第1信号として、ローレベル(電位を0ボルトとする)の信号を第2の抵抗体の他端に印加するとともに、第1の抵抗体の他端に印加される正の電圧をVccボルトとする。また第1信号が入力されていない状態では、第2の抵抗体の他端にVccボルトと同じ電位のハイレベルの電圧(Vccボルト)が印加されているとする。スイッチ素子を構成する発光サイリスタ(以下、スイッチ用サイリスタという)のNゲート電極には、第1および第2の抵抗体の各抵抗値に応じた分圧が印加されるので、第1信号が入力されていない状態では、Vccボルトが印加され、第1信号が入力されている状態では、Vccボルトの分圧(Vdボルト)が印加される。
An example of the circuit operation by the above circuit configuration is shown.
As a first signal, a low level signal (with a potential of 0 volts) is applied to the other end of the second resistor, and a positive voltage applied to the other end of the first resistor is Vcc volts. To do. In the state where the first signal is not input, it is assumed that a high level voltage (Vcc volts) having the same potential as Vcc volts is applied to the other end of the second resistor. A voltage corresponding to each resistance value of the first and second resistors is applied to the N gate electrode of a light emitting thyristor (hereinafter referred to as a switch thyristor) constituting the switch element, so that the first signal is input. In a state in which the first signal is not applied, Vcc volts is applied. In a state in which the first signal is input, a partial pressure of Vcc volts (Vd volts) is applied.

また第2信号としてハイレベルの信号をスイッチ用サイリスタのアノードに印加し、第2信号が入力されていない状態では、スイッチ用サイリスタのアノードにローレベル(電位を0ボルトとする)の電圧が印加されているとする。第2信号のハイレベルは、スイッチ用サイリスタのNゲートにVdボルトが印加されている状態で、第2信号が入力されると、スイッチ用サイリスタがオフ状態からオン状態に遷移する値に選ばれる。したがって第1信号が入力されて、スイッチ用サイリスタのNゲートにVdボルトが印加されている状態で、第2信号のハイレベルが入力されると、スイッチ用サイリスタがオン状態に遷移する。スイッチ用サイリスタがオン状態に遷移すると、第1制御電極に相当するスイッチ用サイリスタのNゲート電極が、Vdからほぼ0ボルトに遷移して、制御信号としてほぼ0ボルトが出力される。また第2信号が入力されておらず、スイッチ用サイリスタのアノードにローレベルの電圧が印加されていると、第1信号が入力されているか否かにかかわらず、スイッチ用サイリスタはオフ状態を維持する。すなわちスイッチ用サイリスタは、第1および第2信号が入力された場合にのみオン状態に遷移して、制御信号を出力するAND回路として機能する。   In addition, a high level signal is applied to the anode of the switch thyristor as the second signal, and a low level voltage (with a potential of 0 volts) is applied to the anode of the switch thyristor when the second signal is not input. Suppose that The high level of the second signal is selected as a value at which the switch thyristor transitions from the off state to the on state when the second signal is input while Vd volts is applied to the N gate of the switch thyristor. . Therefore, when the first signal is input and the high level of the second signal is input while Vd volts is applied to the N gate of the switch thyristor, the switch thyristor transitions to the ON state. When the switch thyristor transitions to the ON state, the N gate electrode of the switch thyristor corresponding to the first control electrode transitions from Vd to approximately 0 volts, and approximately 0 volts is output as a control signal. When the second signal is not input and a low level voltage is applied to the anode of the switch thyristor, the switch thyristor remains off regardless of whether the first signal is input. To do. That is, the switch thyristor functions as an AND circuit that shifts to an ON state only when the first and second signals are input and outputs a control signal.

また発光素子を構成する発光サイリスタ(以下、発光用サイリスタという)は、しきい電圧等の電流電圧特性がスイッチ用サイリスタと等しいとする。また第3信号としてハイレベルの信号を発光用サイリスタのアノードに印加し、第3信号が入力されていない状態では、発光用サイリスタのアノードにローレベル(電位を0ボルトとする)の電圧が印加されているとする。第3信号のハイレベルは、発光用サイリスタのNゲート電極にVdまたはVccが印加されている状態で、第3信号が入力されたとしても発光用サイリスタがオフ状態を維持し、かつ発光用サイリスタのNゲート電極にほぼ0ボルトの制御信号が印加されている状態で、第3信号が入力されると発光用サイリスタがオン状態に遷移する値に選ばれる。したがって、第1および第2信号が入力されて、制御信号が発光用サイリスタのNゲート電極に入力されている状態で、第3信号が入力されると、発光用サイリスタがオフ状態からオン状態に遷移して発光する。また第1および第2信号のうちの少なくともいずれか一方が入力されておらず、制御信号が入力されていない状態では、第3信号が入力されているか否かにかかわらず、発光用サイリスタはオフ状態を維持する。すなわち発光用サイリスタは、第1、第2および第3信号の全ての信号が入力された場合のみ発光する。   A light-emitting thyristor constituting the light-emitting element (hereinafter referred to as a light-emitting thyristor) is assumed to have a current-voltage characteristic such as a threshold voltage equal to that of a switch thyristor. In addition, a high level signal is applied to the anode of the light emitting thyristor as the third signal, and a low level voltage (with a potential of 0 volts) is applied to the anode of the light emitting thyristor when the third signal is not input. Suppose that The high level of the third signal is a state in which Vd or Vcc is applied to the N gate electrode of the light emitting thyristor, and even if the third signal is input, the light emitting thyristor remains off, and the light emitting thyristor When the third signal is input in a state where a control signal of approximately 0 volts is applied to the N gate electrode, the light emitting thyristor is selected as a value that shifts to the on state. Therefore, when the first signal is input and the control signal is input to the N gate electrode of the light emitting thyristor and the third signal is input, the light emitting thyristor is changed from the off state to the on state. Transition to emit light. In addition, when at least one of the first and second signals is not input and the control signal is not input, the light emitting thyristor is turned off regardless of whether the third signal is input or not. Maintain state. That is, the light emitting thyristor emits light only when all the first, second, and third signals are input.

したがって、本発明によれば、たとえばNANDゲートやインバータなどの複雑な半導体装置を用いることなく、発光サイリスタを用いた簡単な回路構成で、第1〜第3信号を与えることによって選択的に発光素子を発光させる論理回路を構成することができるので、設計が容易で製造工程が簡単な発光素子アレイが実現できる。   Therefore, according to the present invention, for example, a light emitting element can be selectively provided by providing the first to third signals with a simple circuit configuration using a light emitting thyristor without using a complicated semiconductor device such as a NAND gate or an inverter. Since a logic circuit that emits light can be configured, a light-emitting element array that is easy to design and that has a simple manufacturing process can be realized.

なお、発光サイリスタのアノードを共通の電極とする場合には、発光サイリスタの極性を反対にし、第1の抵抗体の他端に印加される電圧の正負を反対にし、発光サイリスタのゲート電極の導電型を反対にすれば、同様にして前述の論理回路が実現できる。   When the anode of the light emitting thyristor is used as a common electrode, the polarity of the light emitting thyristor is reversed, the polarity of the voltage applied to the other end of the first resistor is reversed, and the conductivity of the gate electrode of the light emitting thyristor is reversed. If the types are reversed, the above-described logic circuit can be realized in the same manner.

本発明の発光装置によれば、発光素子アレイは、第1信号および第2信号が共に入力されているときに制御信号を出力するn(nは2以上の整数)個のスイッチ素子と、前記制御信号が伝送されるn本の信号伝送路と、前記信号伝送路からの制御信号と共に、第3信号が入力されているときに発光する複数(n個以上)の発光素子とを含んで構成される。各スイッチ素子の第1電極は、スイッチ素子間でそれぞれ相互に電気的に接続されているので、発光素子アレイに含まれる全てのスイッチ素子に共通の第1信号を与えることができる。   According to the light emitting device of the present invention, the light emitting element array includes n switch elements (n is an integer of 2 or more) that outputs a control signal when both the first signal and the second signal are input; A configuration including n signal transmission paths through which a control signal is transmitted, and a plurality of (n or more) light emitting elements that emit light when a third signal is input together with the control signal from the signal transmission path. Is done. Since the first electrodes of the switch elements are electrically connected to each other between the switch elements, a common first signal can be given to all the switch elements included in the light emitting element array.

発光素子アレイを構成する各スイッチ素子に共通の第1信号が入力されている場合には、第2信号が入力されるスイッチ素子に接続された信号伝送路に制御信号が出力される。さらに制御信号が出力される信号伝送路に接続された発光素子に第3信号が入力されると、この発光素子が発光する。逆に、発光素子アレイに共通の第1信号が入力されていない場合には、各スイッチ素子は、第2信号が入力されていても、制御信号を出力しないので、発光素子に第3信号が入力されたとしても、第3信号が入力された発光素子は発光しない。   When a common first signal is input to each switch element constituting the light emitting element array, a control signal is output to a signal transmission path connected to the switch element to which the second signal is input. Further, when the third signal is input to the light emitting element connected to the signal transmission path through which the control signal is output, the light emitting element emits light. Conversely, when the first signal common to the light emitting element array is not input, each switch element does not output a control signal even if the second signal is input. Even if it is input, the light emitting element to which the third signal is input does not emit light.

発光装置は、複数の前記発光素子アレイと、各発光素子アレイに第1信号を供給する第1の駆動回路と、第2信号を供給する第2の駆動回路と、第3信号を供給する第3の駆動回路とを含んでいる。したがって、前記発光素子アレイを複数用いて構成される本発明の発光装置では、第1信号によって、どの発光素子アレイに属する発光素子を発光させるかを選択することができ(以下、第1信号が入力されている発光素子アレイは選択状態にあるという)、複数の発光素子アレイのうちのいくつかを選択状態にし、選択状態にない発光素子アレイは第2信号および第3信号が入力されても発光しないようにすることができる。発光装置を構成する各発光素子アレイに順番に第1信号を与えて選択状態にすることで、各発光素子アレイと第2信号および第3信号を与えるための第2および第3の駆動回路との間の配線を、複数の発光素子アレイ間で共用する時分割駆動を行って発光装置を安定に動作させることができる。したがって、駆動用回路の数、および駆動用回路を実装する基板の層数を少なくすることができ、発光素子アレイおよび駆動用回路実装基板の面積を小さくすることができ、小形でかつ安定に動作する発光装置が実現できる。   The light emitting device includes a plurality of the light emitting element arrays, a first drive circuit that supplies a first signal to each light emitting element array, a second drive circuit that supplies a second signal, and a third signal that supplies a third signal. 3 drive circuits. Therefore, in the light emitting device of the present invention configured by using a plurality of the light emitting element arrays, it is possible to select which light emitting element array to which the light emitting elements belong to emit light by the first signal (hereinafter, the first signal is The input light-emitting element array is said to be in a selected state), and some of the plurality of light-emitting element arrays are selected, and the light-emitting element array that is not in the selected state may receive the second signal and the third signal. It is possible to prevent light emission. A light emitting device array and a second and a third driving circuit for providing a second signal and a third signal by sequentially applying a first signal to each light emitting device array constituting the light emitting device to make the selected state. The light-emitting device can be stably operated by performing time-division driving in which the wiring between the plurality of light-emitting element arrays is shared. Therefore, the number of driving circuits and the number of layers of the board on which the driving circuit is mounted can be reduced, the area of the light emitting element array and the driving circuit mounting board can be reduced, and the apparatus can be operated in a small size and stably. A light emitting device can be realized.

前記第1信号の信号レベルは、発光素子アレイの外部に設けられる第1信号レベル設定手段によって設定されるから、発光素子アレイの回路を簡略化することができ、発光素子アレイのチップサイズを小さくすることができる。また、第1信号レベル設定手段は、複数の発光素子アレイで共有される第1の駆動回路に1つ設ければ済むため、個々の発光素子アレイに同様の機能を設けるのに比べて全体として発光装置の機能を低下されることなく構成を簡略化することができる。   Since the signal level of the first signal is set by first signal level setting means provided outside the light emitting element array, the circuit of the light emitting element array can be simplified and the chip size of the light emitting element array can be reduced. can do. In addition, since only one first signal level setting unit is provided in the first driving circuit shared by the plurality of light emitting element arrays, the first signal level setting unit as a whole is compared with the case where the same function is provided in each light emitting element array. The structure can be simplified without reducing the function of the light emitting device.

前記スイッチ素子は、発光サイリスタと、抵抗体とを含んで構成され、また前記発光素子は、発光サイリスタを含んで構成される。ここで、スイッチ素子および発光素子を構成する発光サイリスタは、カソードまたはアノードを共通の電極(電位をVg=0ボルトとする)にして用いられる。   The switch element includes a light emitting thyristor and a resistor, and the light emitting element includes a light emitting thyristor. Here, the light-emitting thyristor constituting the switch element and the light-emitting element is used with a cathode or an anode as a common electrode (potential is Vg = 0 volts).

カソードを共通電極とする場合には、スイッチ素子は、発光サイリスタのNゲート電極と、第1の抵抗体の一端とが接続されて構成される。この場合、抵抗体の他端が第1信号を入力するための第1電極に相当し、発光サイリスタのアノードが第2信号を入力するための第2電極に相当し、発光サイリスタのNゲート電極が制御信号を出力するための第1制御電極に相当する。また、発光素子は、発光サイリスタで構成され、第3信号を入力するための第3電極が、発光サイリスタのアノードに相当し、制御信号を入力するための第2制御電極が、発光サイリスタのNゲート電極に相当する。   When the cathode is the common electrode, the switch element is configured by connecting the N gate electrode of the light emitting thyristor and one end of the first resistor. In this case, the other end of the resistor corresponds to the first electrode for inputting the first signal, the anode of the light emitting thyristor corresponds to the second electrode for inputting the second signal, and the N gate electrode of the light emitting thyristor. Corresponds to a first control electrode for outputting a control signal. The light emitting element is composed of a light emitting thyristor. The third electrode for inputting a third signal corresponds to the anode of the light emitting thyristor, and the second control electrode for inputting a control signal is N of the light emitting thyristor. Corresponds to the gate electrode.

前記の回路構成による回路動作の一例を示す。
第1信号として、ローレベル(電位を2.5ボルトとする)かまたはハイレベル(電位を5ボルトとする)の信号を抵抗体の他端に印加する。スイッチ素子を構成する発光サイリスタ(以下、スイッチ用サイリスタという)のNゲート電極には、第1の駆動回路の第1信号レベル設定手段により、スイッチ用サイリスタをスイッチングするのに適したローレベルおよびハイレベルの各電位が予め設定された第1信号が入力される。第1信号レベル設定手段は、たとえば、直列接続された複数の抵抗器から構成され、直列接続されたそれら複数の抵抗器の中途の接続部から出力される電圧に応じて、第1信号のハイレベルまたはローレベルの電位が設定される。その電位は、複数の抵抗器の分圧比で制御される。
An example of the circuit operation by the above circuit configuration is shown.
As the first signal, a low level signal (with a potential of 2.5 volts) or a high level signal (with a potential of 5 volts) is applied to the other end of the resistor. An N gate electrode of a light emitting thyristor (hereinafter referred to as a switch thyristor) constituting the switch element has a low level and a high level suitable for switching the switch thyristor by the first signal level setting means of the first drive circuit. A first signal in which each potential of the level is set in advance is input. The first signal level setting means is composed of, for example, a plurality of resistors connected in series, and the high level of the first signal is determined according to the voltage output from the middle connection portion of the plurality of resistors connected in series. A level or low level potential is set. The potential is controlled by the voltage division ratio of a plurality of resistors.

また第2信号としてハイレベルの信号をスイッチ用サイリスタのアノードに印加し、第2信号が入力されていない状態では、スイッチ用サイリスタのアノードにローレベル(電位を0ボルトとする)の電圧が印加されているとする。第2信号のハイレベルは、スイッチ用サイリスタのNゲートにVdボルトが印加されている状態で、第2信号が入力されると、スイッチ用サイリスタがオフ状態からオン状態に遷移する値に選ばれる。したがって第1信号が入力されて、スイッチ用サイリスタのNゲートにVdボルトが印加されている状態で、第2信号のハイレベルが入力されると、スイッチ用サイリスタがオン状態に遷移する。スイッチ用サイリスタがオン状態に遷移すると、第1制御電極に相当するスイッチ用サイリスタのNゲート電極が、Vdからほぼ0ボルトに遷移して、制御信号としてほぼ0ボルトが出力される。また第2信号が入力されておらず、スイッチ用サイリスタのアノードにローレベルの電圧が印加されていると、第1信号が入力されているか否かにかかわらず、スイッチ用サイリスタはオフ状態を維持する。すなわちスイッチ用サイリスタは、第1および第2信号が入力された場合にのみオン状態に遷移して、制御信号を出力するAND回路として機能する。   In addition, a high level signal is applied to the anode of the switch thyristor as the second signal, and a low level voltage (with a potential of 0 volts) is applied to the anode of the switch thyristor when the second signal is not input. Suppose that The high level of the second signal is selected as a value at which the switch thyristor transitions from the off state to the on state when the second signal is input while Vd volts is applied to the N gate of the switch thyristor. . Therefore, when the first signal is input and the high level of the second signal is input while Vd volts is applied to the N gate of the switch thyristor, the switch thyristor transitions to the ON state. When the switch thyristor transitions to the ON state, the N gate electrode of the switch thyristor corresponding to the first control electrode transitions from Vd to approximately 0 volts, and approximately 0 volts is output as a control signal. When the second signal is not input and a low level voltage is applied to the anode of the switch thyristor, the switch thyristor remains off regardless of whether the first signal is input. To do. That is, the switch thyristor functions as an AND circuit that shifts to an ON state only when the first and second signals are input and outputs a control signal.

また発光素子を構成する発光サイリスタ(以下、発光用サイリスタという)は、しきい電圧等の電流電圧特性がスイッチ用サイリスタと等しいとする。また第3信号としてハイレベルの信号を発光用サイリスタのアノードに印加し、第3信号が入力されていない状態では、発光用サイリスタのアノードにローレベル(電位を0ボルトとする)の電圧が印加されているとする。第3信号のハイレベルは、発光用サイリスタのNゲート電極にVdまたはVccが印加されている状態で、第3信号が入力されたとしても発光用サイリスタがオフ状態を維持し、かつ発光用サイリスタのNゲート電極にほぼ0ボルトの制御信号が印加されている状態で、第3信号が入力されると発光用サイリスタがオン状態に遷移する値に選ばれる。したがって、第1および第2信号が入力されて、制御信号が発光用サイリスタのNゲート電極に入力されている状態で、第3信号が入力されると、発光用サイリスタがオフ状態からオン状態に遷移して発光する。また第1および第2信号のうちの少なくともいずれか一方が入力されておらず、制御信号が入力されていない状態では、第3信号が入力されているか否かにかかわらず、発光用サイリスタはオフ状態を維持する。すなわち発光用サイリスタは、第1、第2および第3信号の全ての信号が入力された場合のみ発光する。   A light-emitting thyristor constituting the light-emitting element (hereinafter referred to as a light-emitting thyristor) is assumed to have a current-voltage characteristic such as a threshold voltage equal to that of a switch thyristor. In addition, a high level signal is applied to the anode of the light emitting thyristor as the third signal, and a low level voltage (with a potential of 0 volts) is applied to the anode of the light emitting thyristor when the third signal is not input. Suppose that The high level of the third signal is a state in which Vd or Vcc is applied to the N gate electrode of the light emitting thyristor, and even if the third signal is input, the light emitting thyristor remains off, and the light emitting thyristor When the third signal is input in a state where a control signal of approximately 0 volts is applied to the N gate electrode, the light emitting thyristor is selected as a value that shifts to the on state. Therefore, when the first signal is input and the control signal is input to the N gate electrode of the light emitting thyristor and the third signal is input, the light emitting thyristor is changed from the off state to the on state. Transition to emit light. In addition, when at least one of the first and second signals is not input and the control signal is not input, the light emitting thyristor is turned off regardless of whether the third signal is input or not. Maintain state. That is, the light emitting thyristor emits light only when all the first, second, and third signals are input.

したがって、本発明によれば、たとえばNANDゲートやインバータなどの複雑な半導体装置を用いることなく、発光サイリスタを用いた簡単な回路構成で、第1〜第3信号を与えることによって選択的に発光素子を発光させる論理回路を構成することができるので、設計が容易で製造工程が簡単な発光装置が実現できる。   Therefore, according to the present invention, for example, a light emitting element can be selectively provided by providing the first to third signals with a simple circuit configuration using a light emitting thyristor without using a complicated semiconductor device such as a NAND gate or an inverter. Since a logic circuit that emits light can be configured, a light-emitting device that is easy to design and that has a simple manufacturing process can be realized.

なお、発光サイリスタのアノードを共通の電極とする場合には、発光サイリスタの極性を反対にし、発光サイリスタのゲート電極の導電型を反対にすれば、同様にして前述の論理回路が実現できる。   When the anode of the light-emitting thyristor is used as a common electrode, the above-described logic circuit can be realized in the same manner if the polarity of the light-emitting thyristor is reversed and the conductivity type of the gate electrode of the light-emitting thyristor is reversed.

また本発明の発光装置によれば、前記のスイッチ用サイリスタが発する光を遮光または減光するための、遮光手段または減光手段を含む。前記遮光手段または減光手段は、スイッチ用サイリスタがスイッチングするときに発する光が発光用サイリスタに入射しないように働くため、その光による発光用サイリスタのしきい電圧の変動を防ぐことができる。よって、発光素子およびスイッチ素子を発光サイリスタで構成した場合において、発光素子アレイを安定に動作させることが可能となる。   According to the light emitting device of the present invention, the light emitting device includes a light shielding means or a light reducing means for shielding or reducing the light emitted from the switch thyristor. Since the light shielding means or the light reducing means works so that the light emitted when the switching thyristor is switched does not enter the light emitting thyristor, the threshold voltage of the light emitting thyristor due to the light can be prevented from changing. Therefore, when the light emitting element and the switch element are constituted by light emitting thyristors, the light emitting element array can be stably operated.

本発明の画像形成装置によれば、画像情報に基づいて前記発光装置を駆動手段によって駆動して、発光装置からの光を集光手段によって、帯電した感光体ドラムに集光することによって、感光体ドラムは露光され、その表面に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラムに、現像剤供給手段によって現像剤を供給すると、感光体ドラムに現像剤が付着して画像が形成される。転写手段によって、感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写して、定着手段によって記録シートに転写された現像剤を定着させることによって、記録シートに画像が形成される。   According to the image forming apparatus of the present invention, the light emitting device is driven by the driving unit based on the image information, and the light from the light emitting device is condensed on the charged photosensitive drum by the light collecting unit. The body drum is exposed to form an electrostatic latent image on its surface. When the developer is supplied to the photosensitive drum on which the electrostatic latent image is formed by the developer supplying means, the developer adheres to the photosensitive drum and an image is formed. An image formed with the developer on the photosensitive drum is transferred to the recording sheet by the transfer unit, and the developer transferred to the recording sheet is fixed by the fixing unit, whereby an image is formed on the recording sheet.

またスイッチ素子は走査方向に沿って順番に発光するが、スイッチ素子と発光素子とが離間しており、発光素子の発光によって感光体ドラムが露光され、スイッチ素子の発光によって感光体ドラムを露光させることがないので、優れた品質の記録画像を得ることができる。   The switch elements emit light in order along the scanning direction, but the switch elements and the light emitting elements are separated from each other, and the photosensitive drum is exposed by light emission of the light emitting elements, and the photosensitive drum is exposed by light emission of the switch elements. Therefore, a recorded image with excellent quality can be obtained.

また感光体ドラムへの露光を行うための発光素子と、信号転送のためのスイッチ素子とを一体的に集積化したものとすることができるので、発光装置を実装するための回路基板を小型化することができ、この回路基板とのワイヤボンディングの数および回路基板に搭載すべき駆動ICの数を低減することができる。したがって、回路基板の小型化および低コスト化を実現することができる。   In addition, the light-emitting element for exposing the photosensitive drum and the switch element for signal transfer can be integrated so that the circuit board for mounting the light-emitting device can be downsized. It is possible to reduce the number of wire bonds to the circuit board and the number of drive ICs to be mounted on the circuit board. Therefore, the circuit board can be reduced in size and cost.

本発明の第1の実施の形態の発光サイリスタ115の基本的構成を示す断面図と各層の不純物濃度とバンドギャップを示す図である。It is sectional drawing which shows the basic composition of the light emitting thyristor 115 of the 1st Embodiment of this invention, and is a figure which shows the impurity concentration and band gap of each layer. 本発明の第1の実施の形態の発光サイリスタ115において、第2領域106の不純物濃度を変化させたときの、発光サイリスタ115の発光強度を示す図である。In the light emitting thyristor 115 according to the first embodiment of the present invention, it is a diagram showing the light emission intensity of the light emitting thyristor 115 when the impurity concentration of the second region 106 is changed. NPNの層構造を有する発光サイリスタにおいて、コレクタを成す半導体層のN型キャリアの濃度と発光強度との関係を複数の電流増幅率βの値に対してプロットした図である。In the light emitting thyristor having the NPN layer structure, the relationship between the concentration of the N-type carrier and the light emission intensity of the semiconductor layer forming the collector is plotted with respect to a plurality of current amplification factors β. 本発明の第2の実施の形態の発光サイリスタ116の基本的構成を示す断面図と各層の不純物濃度とバンドギャップを示す図である。It is sectional drawing which shows the basic composition of the light emitting thyristor 116 of the 2nd Embodiment of this invention, and is a figure which shows the impurity concentration and band gap of each layer. 本発明の実施の一形態の発光素子アレイチップ1の基本構成を示す一部の平面図である。It is a partial top view which shows the basic composition of the light emitting element array chip 1 of one Embodiment of this invention. 図5の切断面線VI−VIから見た発光素子アレイチップ1の基本的構成を示す一部の断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a basic configuration of the light-emitting element array chip 1 as seen from a section line VI-VI in FIG. 5. 図5の切断面線VII−VIIから見た発光素子アレイチップ1の基本的構成を示す一部の断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a basic configuration of the light-emitting element array chip 1 as seen from a section line VII-VII in FIG. 5. 図5の切断面線VIII−VIIIから見た発光素子アレイチップ1の基本的構成を示す一部の断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a basic configuration of the light-emitting element array chip 1 as viewed from a section line VIII-VIII in FIG. 5. 本発明の実施の一形態の発光装置10を模式的に示すブロック回路図である。1 is a block circuit diagram schematically showing a light emitting device 10 according to an embodiment of the present invention. 発光装置10の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the light emitting device 10. 発光用サイリスタTのアノード電圧とアノード電流との関係である順方向電圧−電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the forward voltage-current characteristic which is the relationship between the anode voltage of the thyristor T for light emission, and an anode current. 発光装置10を有する画像形成装置87の基本的構成を示す側面図である。2 is a side view showing a basic configuration of an image forming apparatus 87 having a light emitting device 10. FIG.

以下、図面を参照して本発明の発光サイリスタおよびそれを用いた本発明の発光装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。   Embodiments of a light-emitting thyristor of the present invention and a light-emitting device and an image forming apparatus of the present invention using the same will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施の形態の発光サイリスタ115の断面図と、発光サイリスタ115を構成する各層の不純物濃度およびバンドギャップを示したものである。なお、図1の不純物濃度とバンドギャップの値は望ましい一例を示したものであり、本発明の効果はこの値に限って生じるわけではない。   FIG. 1 shows a sectional view of the light-emitting thyristor 115 according to the first embodiment of the present invention, and the impurity concentration and band gap of each layer constituting the light-emitting thyristor 115. Note that the impurity concentration and band gap values in FIG. 1 show a desirable example, and the effects of the present invention are not limited to these values.

最初に、図1に示した発光サイリスタ115の構造について説明する。
図1に示す発光サイリスタ115は、N型半導体基板101上に、N型の第1半導体層102、P型の第2半導体層103、N型の第3半導体層104およびP型の第4半導体層107がこの順に積層されることによって、NPNPのサイリスタの構造が形成されている。ここで、第3半導体層104は、基板側の第1領域105と基板反対側の第2領域106との2層で構成され、これら各層はいずれもN型半導体によって形成される。さらに、P型の第4半導体層107の基板反対側の表面(基板から離反する側)には、表面電極110と良好なオーミック接触をとるためのP型半導体のオーミックコンタクト層109が形成される。表面電極110はオーミックコンタクト層109の基板反対側の表面に形成される。裏面電極111は、基板101の裏面に形成される。この場合、表面電極110はアノード電極として用いられ、裏面電極111はカソード電極として用いられる。また、第3半導体層104のうちの第2領域106の基板反対側の表面にはゲート電極112が設けられている。
First, the structure of the light emitting thyristor 115 shown in FIG. 1 will be described.
A light-emitting thyristor 115 shown in FIG. 1 includes an N-type first semiconductor layer 102, a P-type second semiconductor layer 103, an N-type third semiconductor layer 104, and a P-type fourth semiconductor on an N-type semiconductor substrate 101. By laminating the layers 107 in this order, an NPNP thyristor structure is formed. Here, the third semiconductor layer 104 includes two layers of a first region 105 on the substrate side and a second region 106 on the opposite side of the substrate, and each of these layers is formed of an N-type semiconductor. Further, a P-type semiconductor ohmic contact layer 109 for making good ohmic contact with the surface electrode 110 is formed on the surface of the P-type fourth semiconductor layer 107 opposite to the substrate (the side away from the substrate). . The surface electrode 110 is formed on the surface of the ohmic contact layer 109 opposite to the substrate. The back electrode 111 is formed on the back surface of the substrate 101. In this case, the front electrode 110 is used as an anode electrode, and the back electrode 111 is used as a cathode electrode. A gate electrode 112 is provided on the surface of the third semiconductor layer 104 on the opposite side of the substrate of the second region 106.

本実施の形態では、基板101をN型半導体によって形成した場合について例示する。これとは逆に、基板101にP型半導体基板を用い、半導体層を第1半導体層102をP型、第2半導体層103をN型、第3半導体層を104をP型、第4半導体層をN型としてPNPNのサイリスタ構造を形成することも可能である。この場合は、オーミックコンタクト層にはN型の半導体を用い、裏面電極111がアノード電極になり、表面電極110がカソード電極になるが、基板をN型半導体によって形成する方が好ましい。これは、発光サイリスタを集積化したときに、基板裏面の裏面電極(カソード電極)111を共通の接地とし、表面電極(アノード電極)110に正電源を接続できるからである。なお、いずれの導電型の順を用いても本実施の形態の効果に変わりはない。基板をP型半導体基板とした場合は、以下の説明は、正孔と電子を入れ替えればそのまま成り立つ。   In this embodiment, the case where the substrate 101 is formed using an N-type semiconductor is illustrated. On the contrary, a P-type semiconductor substrate is used as the substrate 101, the first semiconductor layer 102 is P-type, the second semiconductor layer 103 is N-type, the third semiconductor layer 104 is P-type, and the fourth semiconductor is used as the semiconductor layer. It is also possible to form a PNPN thyristor structure with an N-type layer. In this case, an N-type semiconductor is used for the ohmic contact layer, and the back electrode 111 serves as an anode electrode and the front electrode 110 serves as a cathode electrode. However, it is preferable to form the substrate from an N-type semiconductor. This is because when the light emitting thyristors are integrated, the back electrode (cathode electrode) 111 on the back surface of the substrate can be connected to a common ground, and a positive power source can be connected to the front electrode (anode electrode) 110. Note that the effect of the present embodiment is not changed regardless of the order of conductivity types. In the case where the substrate is a P-type semiconductor substrate, the following explanation is valid as long as holes and electrons are exchanged.

また、基板101に絶縁性基板および半絶縁性基板などを用いることもできる。この場合は、第2半導体層103、第3半導体層104、第4半導体層107およびオーミックコンタクト層109の一部をエッチングして、第1半導体層102の表面(基板から離反する側)を露出させ、第1半導体層102の露出させた表面に裏面電極111に相当するカソード電極を形成する。   Further, an insulating substrate, a semi-insulating substrate, or the like can be used for the substrate 101. In this case, the second semiconductor layer 103, the third semiconductor layer 104, the fourth semiconductor layer 107, and the ohmic contact layer 109 are partially etched to expose the surface of the first semiconductor layer 102 (the side away from the substrate). Then, a cathode electrode corresponding to the back electrode 111 is formed on the exposed surface of the first semiconductor layer 102.

各半導体層102,103,104,107およびオーミックコンタクト層109は、有機金属気層エピタキシャル成長法(MOVPE)および分子線エピタキシャル成長法(MBE)などのエピタキシャル成長法によって形成される。エピタキシャル成長が必要な理由は、格子欠陥などを多量に含んでいると発光素子および受光素子としてのホトトランジスタとして機能し得ないからである。したがって、格子整合の観点から、基板101、各半導体層102,103,104,107およびオーミックコンタクト層109の材料が選択される。   Each of the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107 and the ohmic contact layer 109 are formed by an epitaxial growth method such as a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or a molecular beam epitaxy (MBE). The reason why the epitaxial growth is necessary is that it cannot function as a phototransistor as a light emitting element and a light receiving element if it contains a large amount of lattice defects. Therefore, materials for the substrate 101, the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107 and the ohmic contact layer 109 are selected from the viewpoint of lattice matching.

基板101の材料としては、III/V族半導体およびII/VI族半導体の薄膜がエピタ
キシャル成長可能なものとして、たとえば、ガリウム砒素(GaAs)、インジウムリン(InP)、ガリウムリン(GaP)、シリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)などを用いることができる。基板101に絶縁性基板または半絶縁性基板を使用する場合には、たとえば、GaAs、窒化ガリウム(GaN)およびサファイアなどが用いられる。なお、各半導体層102,103,104,107の結晶性を良好にするために、基板101と第1半導体層102との間に第1半導体層102と同じ導電型のバッファ層を設ける場合がある。
As the material of the substrate 101, thin films of III / V semiconductors and II / VI semiconductors can be epitaxially grown. For example, gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), gallium phosphide (GaP), silicon (Si ) And germanium (Ge). When an insulating substrate or a semi-insulating substrate is used as the substrate 101, for example, GaAs, gallium nitride (GaN), sapphire, or the like is used. Note that in order to improve the crystallinity of each of the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107, a buffer layer having the same conductivity type as that of the first semiconductor layer 102 may be provided between the substrate 101 and the first semiconductor layer 102. is there.

各半導体層102,103,104,107の材料には、ガリウム砒素(GaAs)、アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)、インジウムガリウムリン(InGaP)およびアルミニウムガリウムインジウムリン(AlGaInP)などが用いられる。なお、これらの材料で発光サイリスタを作製したときの発光波長は、600〜800nmになる。   As the material of each semiconductor layer 102, 103, 104, 107, gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium phosphide (InGaP), aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP), or the like is used. Note that the emission wavelength when a light-emitting thyristor is manufactured using these materials is 600 to 800 nm.

オーミックコンタクト層109の材料にはGaAs、InGaPなどアルミニウムを含んでいない材料が用いられる。アルミニウムを含んでいる場合は表面が大気中で酸化されやすく、表面電極110との間で良好なオーミック接触をとることが困難になるからである。また、オーミックコンタクト層109の不純物濃度を1×1019(cm−3)以上にすることも良好なオーミック接触をとるために必要である。なお、オーミックコンタクト層109の厚さは0.01〜0.02μmとなるべく薄くすることが好ましい。なぜなら、GaAs、InGaPのバンドギャップの値は、アルミニウムを含んでいる材料よりも小さいので、膜厚が大きいと内部で発生した光の再吸収層となるからである。 The ohmic contact layer 109 is made of a material that does not contain aluminum, such as GaAs or InGaP. This is because when aluminum is included, the surface is easily oxidized in the atmosphere, and it is difficult to make a good ohmic contact with the surface electrode 110. In addition, it is necessary for the ohmic contact layer 109 to have an impurity concentration of 1 × 10 19 (cm −3 ) or more in order to achieve good ohmic contact. The thickness of the ohmic contact layer 109 is preferably as thin as 0.01 to 0.02 μm. This is because the band gap value of GaAs and InGaP is smaller than that of a material containing aluminum, so that if the film thickness is large, it becomes a reabsorption layer for light generated inside.

各電極110,111,112の材料は、接触する半導体層または基板101との良好なオーミック接触を保つために適した材料が用いられる。表面電極110は、オーミックコンタクト層109と良好なオーミック接触をとるために、たとえば、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、および金と亜鉛との合金(AuZn)などが用いられる。ゲート電極112は、第3半導体層104の第2領域106と良好なオーミック接触をとるために、たとえば、Au、AuGeおよびニッケル(Ni)などが用いられる。裏面電極111は、半導体基板101と、または基板101に非導電性の材料を用いた場合には第1半導体層102と良好なオーミック接触がとれるという観点から、たとえば、Au、AuGeおよびNiなどが用いられる。   As the material of each of the electrodes 110, 111, and 112, a material suitable for maintaining good ohmic contact with the semiconductor layer or the substrate 101 that is in contact is used. For example, gold (Au), an alloy of gold and germanium (AuGe), an alloy of gold and zinc (AuZn), or the like is used for the surface electrode 110 in order to make good ohmic contact with the ohmic contact layer 109. . For example, Au, AuGe, nickel (Ni), or the like is used for the gate electrode 112 in order to make a good ohmic contact with the second region 106 of the third semiconductor layer 104. The back electrode 111 is made of, for example, Au, AuGe, or Ni from the viewpoint that a good ohmic contact can be obtained with the semiconductor substrate 101 or when the substrate 101 is made of a nonconductive material. Used.

次に、本実施の形態の特徴である、発光サイリスタ115の各半導体層102,103,104,107のバンドギャップおよび不純物濃度の最適化について説明する。受光感度を低下することなく外部への発光強度を向上させるという本発明の目的に照らして最適になるように、各半導体層での不純物濃度とバンドギャップを決める。   Next, optimization of the band gap and impurity concentration of each of the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107 of the light-emitting thyristor 115, which is a feature of the present embodiment, will be described. The impurity concentration and the band gap in each semiconductor layer are determined so as to be optimal in light of the object of the present invention to improve the light emission intensity to the outside without reducing the light receiving sensitivity.

なお、具体的なドーパントとして、本実施の形態においては、N型半導体にはシリコンおよびテルルなどを用いることができ、P型半導体のドーパントとしては、亜鉛、炭素およびマグネシウムなどを用いることができる。実際の素子の作製には、シリコンと亜鉛を用いている。   As specific dopants, silicon, tellurium, or the like can be used for the N-type semiconductor in this embodiment, and zinc, carbon, magnesium, or the like can be used as the dopant for the P-type semiconductor. Silicon and zinc are used for the actual device fabrication.

バンドギャップの値を制御するには、各半導体層102,103,104,107を構成する半導体材料の種類および組成を制御することによって行う。アルミニウムガリウム砒素(AlxGa1−xAs)は、格子整合条件を保ったまま、バンドギャップをAlの組成比xによって変化させることができる。アルミニウムガリウムインジウムリン((AlyGa1−y0.5In0.5P)を用いた場合も、Alの組成比yを変えることによって、GaAsに格子整合した状態でバンドギャップを変化させることができる。 The band gap value is controlled by controlling the type and composition of the semiconductor material constituting each of the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107. Aluminum gallium arsenide (AlxGa1 - xAs) can change the band gap according to the Al composition ratio x while maintaining the lattice matching condition. The case of using an aluminum gallium indium phosphide ((AlyGa 1-y) 0.5 In 0.5 P), by varying the composition ratio y of Al, is possible to change the band gap in a state of lattice matched to GaAs it can.

また半導体層の不純物濃度が略同一とは、上述した材料を用いた場合には、不純物濃度の差が20%以内であることを意味する。またバンドギャップが略同一とは、上述した材料を用いた場合には、バンドギャップの差が5%以内であることを意味する。これは、設計値では同一であっても、実際に発光サイリスタを作製した場合には、装置の制御性および作製条件によって異なる場合があることを考慮したものである。特に不純物のドーピングについては、膜中で拡散が生じたり、ドーパントの再蒸発が基板温度に依存したりする場合があり、再現性が得られにくい。そこで、上述した材料を用いた場合には、不純物濃度については20%以内、バンドギャップについては5%以内であれば、実質的な違いはないものとして、この範囲にあれば略同一とする。   Moreover, the impurity concentration of the semiconductor layer being substantially the same means that the difference in impurity concentration is within 20% when the above-described materials are used. In addition, the band gaps being substantially the same means that the band gap difference is within 5% when the above-described materials are used. This is because, even if the design values are the same, when a light-emitting thyristor is actually manufactured, it may differ depending on the controllability of the device and the manufacturing conditions. In particular, for impurity doping, diffusion may occur in the film, and re-evaporation of the dopant may depend on the substrate temperature, and reproducibility is difficult to obtain. Therefore, when the above-described materials are used, if the impurity concentration is within 20% and the band gap is within 5%, there is no substantial difference.

本実施の形態の特徴は、図1に示されるように、バンドギャップについては、第2半導体層(P型)103と第3半導体層(N型)104のバンドギャップが略同一であり、それらの半導体層よりも広いバンドギャップを持つ第1半導体層(N型)102と第4半導体層(P型)107とに挟まれた構造にすることである。熱平衡状態の不純物濃度については、第3半導体層(N型)104を、基板側(第2半導体層103に接する側)の第1領域105と基板反対側(第4半導体層107に接する側)の第2領域106の2層に分けて、第2領域106の不純物濃度を第1領域105の不純物濃度よりも高濃度にする。さらに、第2半導体層(P型)103の不純物濃度は第1の不純物濃度と略同一またはそれよりも高濃度にし、第1半導体層(N型)102は、第2半導体層(P型)103よりも高濃度にする。また、第4半導体層(P型)107の不純物濃度は、第3半導体層(N型)104の第2領域106の不純物濃度と略同一かそれよりも高濃度に設定したことに特徴がある。   As shown in FIG. 1, the feature of the present embodiment is that the band gaps of the second semiconductor layer (P type) 103 and the third semiconductor layer (N type) 104 are substantially the same. In other words, the first semiconductor layer (N-type) 102 and the fourth semiconductor layer (P-type) 107 having a wider band gap than the first semiconductor layer are used. As for the impurity concentration in the thermal equilibrium state, the third semiconductor layer (N-type) 104 is placed on the substrate side (side in contact with the second semiconductor layer 103) and the first region 105 on the side opposite to the substrate (side in contact with the fourth semiconductor layer 107). The second region 106 is divided into two layers so that the impurity concentration of the second region 106 is higher than the impurity concentration of the first region 105. Further, the impurity concentration of the second semiconductor layer (P-type) 103 is substantially the same as or higher than the first impurity concentration, and the first semiconductor layer (N-type) 102 is the second semiconductor layer (P-type). The concentration is higher than 103. Further, the impurity concentration of the fourth semiconductor layer (P type) 107 is characterized by being set to be substantially the same as or higher than the impurity concentration of the second region 106 of the third semiconductor layer (N type) 104. .

表1は、本実施の形態における各半導体層102,103,104(105,106),107およびオーミックコンタクト層109の不純物濃度、バンドギャップおよび膜厚の値を示す。なお、この値は好ましい値の例示であって、各半導体層のバンドギャップと不純物濃度について上述した関係を満たせば、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Table 1 shows the impurity concentration, band gap, and film thickness values of the semiconductor layers 102, 103, 104 (105, 106), 107 and the ohmic contact layer 109 in the present embodiment. Note that this value is an example of a preferable value, and the same effect as this embodiment can be obtained if the above-described relationship is satisfied with respect to the band gap and impurity concentration of each semiconductor layer.

Figure 0005543124
Figure 0005543124

各半導体層102,103,104,107のバンドギャップおよび不純物濃度をこのような設定にした第1の理由は、主たる発光層を第3半導体層(N型)104の中の第2領域106にすることによって、内部量子効率と光の取り出し効率をいずれも向上させることができるためである。   The first reason for setting the band gap and the impurity concentration of each of the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107 is that the main light emitting layer is placed in the second region 106 in the third semiconductor layer (N-type) 104. This is because both the internal quantum efficiency and the light extraction efficiency can be improved.

内部量子効率を高めるには、注入されたキャリアを有効に再結合させる必要がある。基板101にはN型半導体基板が用いられるので、発光サイリスタ101では、正孔は第4半導体層(P型)107側から接合J3を通して注入されることになる。この場合、注入された正孔を電子と有効に再結合させるためには、接合J3の近傍の第2領域106における電子密度を高めることが効果的である。そこで、第2領域106において、熱平衡状態での電子密度および注入されて増加した電子密度のいずれも高めるような設定をした。   In order to increase the internal quantum efficiency, it is necessary to recombine the injected carriers effectively. Since an N-type semiconductor substrate is used as the substrate 101, holes are injected from the fourth semiconductor layer (P-type) 107 side through the junction J3 in the light-emitting thyristor 101. In this case, in order to effectively recombine the injected holes with the electrons, it is effective to increase the electron density in the second region 106 near the junction J3. Therefore, in the second region 106, settings were made to increase both the electron density in the thermal equilibrium state and the electron density increased by injection.

接合からの注入による電子密度を高めるため、図1に示すように、第2半導体層(P型)103、第3半導体層(N型)104の内の第1領域105、および第3半導体層(N型)104の内の第2領域106の各層のバンドギャップを略同一して、それらのバンドギャップよりも第4半導体層107のバンドギャップを大きくする。第4半導体層(P型)107のバンドギャップが第2領域(N型)106のバンドギャップよりも大きいことから、両者のバンドギャップが等しい場合に比べて、バンドギャップの差の分だけ第4半導体層(P型)107における伝導帯の下端が上がり、電子に対するポテンシャル障壁を形成する。第1半導体層(N型)102から接合J1を通して注入された電子は、接合J3における、このポテンシャル障壁で跳ね返されることになるので、接合J3近傍の第2領域(N型)106での電子密度が高まる効果が得られる。   In order to increase the electron density by injection from the junction, as shown in FIG. 1, the second semiconductor layer (P type) 103, the first region 105 in the third semiconductor layer (N type) 104, and the third semiconductor layer The band gaps of the respective layers of the second region 106 in the (N-type) 104 are made substantially the same, and the band gap of the fourth semiconductor layer 107 is made larger than those band gaps. Since the band gap of the fourth semiconductor layer (P-type) 107 is larger than the band gap of the second region (N-type) 106, the fourth gap is equal to the difference between the band gaps as compared with the case where the band gaps of both are equal. The lower end of the conduction band in the semiconductor layer (P-type) 107 rises and forms a potential barrier against electrons. Electrons injected from the first semiconductor layer (N-type) 102 through the junction J1 are bounced back by this potential barrier in the junction J3, so that the electron density in the second region (N-type) 106 in the vicinity of the junction J3. The effect which increases is obtained.

熱平衡状態での電子密度を増やすためには、第3半導体層(N型)104を2層に分けて、基板側の第1領域105の不純物濃度を低く設定する一方で、接合J3に近い第2領域106の不純物濃度を増やした。第1領域105の不純物濃度を低く設定することは、ゲート電極112と裏面電極(カソード電極)111との間の耐圧を確保するために必要である。第1領域105の不純物濃度は全層で最も低い。   In order to increase the electron density in the thermal equilibrium state, the third semiconductor layer (N-type) 104 is divided into two layers, and the impurity concentration of the first region 105 on the substrate side is set low, while the second region close to the junction J3. The impurity concentration of the two regions 106 was increased. Setting the impurity concentration of the first region 105 to be low is necessary to ensure a breakdown voltage between the gate electrode 112 and the back electrode (cathode electrode) 111. The impurity concentration of the first region 105 is the lowest in all layers.

第2領域106の熱平衡状態でのキャリア密度を増やすことが、発光強度の増加に効果的であることを実験で確認するために、第2領域106の不純物濃度を変えたサンプルを数個作製して、発光強度の比較を行った。   In order to confirm by experiments that increasing the carrier density in the thermal equilibrium state of the second region 106 is effective for increasing the emission intensity, several samples with different impurity concentrations in the second region 106 were prepared. The emission intensity was compared.

図2は、第2領域106の不純物濃度を変えて作製した複数の発光サイリスタ115の発光強度を示すグラフである。発光強度の測定は、発光サイリスタ115のゲート電極112をローレベルにして発光サイリスタ115をオン状態に遷移させたあと、動作電圧を5Vにして行った。図2で、縦軸は測定した発光強度を任意単位で表示したもので、横軸は第2領域106の不純物濃度を示している。図2から明らかなように、第2領域106での不純物濃度(熱平衡状態でのキャリア密度)を1桁増やすことによって発光強度は約5倍の大きさになっており、発光強度に対する不純物濃度の効果が実証された。   FIG. 2 is a graph showing the light emission intensity of a plurality of light-emitting thyristors 115 produced by changing the impurity concentration of the second region 106. The light emission intensity was measured by setting the gate electrode 112 of the light emitting thyristor 115 to a low level and switching the light emitting thyristor 115 to the on state, and then setting the operating voltage to 5V. In FIG. 2, the vertical axis represents the measured emission intensity in arbitrary units, and the horizontal axis represents the impurity concentration in the second region 106. As is apparent from FIG. 2, the emission intensity is increased by about five times by increasing the impurity concentration (carrier density in the thermal equilibrium state) in the second region 106 by one digit. The effect has been demonstrated.

さらに内部発光効率を高める工夫として、第4半導体層(P型)107の不純物濃度を第2領域と略同一またはそれより高濃度にするとよい。主たる発光層である第2領域106に注入される正孔密度を増加させるためである。   In order to further increase the internal light emission efficiency, the impurity concentration of the fourth semiconductor layer (P-type) 107 may be set substantially the same as or higher than that of the second region. This is for increasing the density of holes injected into the second region 106 which is the main light emitting layer.

一方、光の取り出し効率という点では、発光した光が再吸収されないように、光の取り出し方向の各半導体層のバンドギャップを大きくするとよい。通常、発光サイリスタを発光素子として用いる場合の光の取り出し方向は、基板が光の吸収層になるので、図1ではオーミックコンタクト層109の側(基板から離反する側)になる。したがって、第2領域106で発光した光は、第4半導体層(P型)107とオーミックコンタクト層109を通過して外部に取り出されることになるが、第4半導体層(P型)107のバンドギャップは、主たる発光層である第2領域106のバンドギャップよりも大きいので、第4半導体層(P型)107での光の吸収はない。また、オーミックコンタクト層109の厚みは、0.01μm〜0.02μmに選ばれ、このように非常に薄いのでこの層での発光の吸収は無視できる程度である。   On the other hand, in terms of light extraction efficiency, the band gap of each semiconductor layer in the light extraction direction may be increased so that emitted light is not reabsorbed. Normally, when the light-emitting thyristor is used as a light-emitting element, the light extraction direction is the ohmic contact layer 109 side (side away from the substrate) in FIG. Therefore, light emitted from the second region 106 passes through the fourth semiconductor layer (P-type) 107 and the ohmic contact layer 109 and is extracted to the outside, but the band of the fourth semiconductor layer (P-type) 107 is extracted. Since the gap is larger than the band gap of the second region 106 which is a main light emitting layer, the fourth semiconductor layer (P-type) 107 does not absorb light. Further, the thickness of the ohmic contact layer 109 is selected from 0.01 μm to 0.02 μm, and is so thin that the absorption of light emission in this layer is negligible.

さらに、本実施の形態では、各半導体層102,103,104,107の不純物濃度およびバンドギャップを前述したように選ぶことによって、主たる発光層である第2領域の膜厚を0.5μm〜1.0μmと比較的厚く設定することができる。本実施の形態では、第4半導体層(P型)107側から接合J3を通って注入された正孔は、主として第2領域106で電子と再結合して発光する。第2領域106の中でも、注入された正孔密度が最も大きい接合J3の近傍で最も強い発光が生じると考えられるが、発光した光は接合J3の側から第4半導体層(P型)107側を通って取り出されるので、第2領域自身での吸収は問題とならない。したがって、主たる発光層の厚みを十分なものにして、発光場所の体積を増やしたほうが、全体としての発光強度を高めることができる。   Further, in the present embodiment, by selecting the impurity concentration and the band gap of each of the semiconductor layers 102, 103, 104, and 107 as described above, the film thickness of the second region that is the main light emitting layer is 0.5 μm to 1 μm. It can be set relatively thick as 0.0 μm. In the present embodiment, holes injected through the junction J3 from the fourth semiconductor layer (P-type) 107 side mainly recombine with electrons in the second region 106 to emit light. Among the second regions 106, it is considered that the strongest light emission occurs in the vicinity of the junction J3 having the highest injected hole density. The emitted light is transmitted from the junction J3 side to the fourth semiconductor layer (P-type) 107 side. Since it is taken out through, absorption in the second region itself does not matter. Therefore, when the thickness of the main light emitting layer is made sufficient and the volume of the light emitting place is increased, the light emission intensity as a whole can be increased.

以上から明らかなように、第3半導体層104のうちで基板反対側の第2領域106が主たる発光層となるように、不純物濃度およびバンドギャップを設定することが内部量子効率の点からも光の取り出し効率の点からも最良である。なお、第2領域106の不純物濃度を高めることは、ゲート電極112との接触抵抗を低めるという副次的な効果もある。   As is clear from the above, setting the impurity concentration and the band gap so that the second region 106 on the opposite side of the substrate in the third semiconductor layer 104 becomes the main light emitting layer is also effective from the viewpoint of internal quantum efficiency. It is the best also from the point of taking out efficiency. Note that increasing the impurity concentration of the second region 106 has a secondary effect of reducing the contact resistance with the gate electrode 112.

エミッタ注入効率を高めるため、第1に、エミッタに相当する第1半導体層(N型)102のバンドギャップを、ベースに相当する第2半導体層(P型)103のバンドギャップよりも大きいヘテロ接合にしている。第2に、エミッタに相当する第1半導体層(N型)102の不純物濃度を、ベースに相当する第2半導体層(P型)103の不純物濃度よりも大きくしている。第3に、ベースに相当する第2半導体層(P型)103の膜厚を薄くしている。第2半導体層(P型)103の厚みは0.01μm〜0.5μm程度が望ましい。このような受光感度を高めるために行った第1半導体層(N型)102および第2半導体層における不純物濃度およびバンドギャップの設定は、発光効率を向上させるために行った設定と矛盾無く両立している。   In order to increase the emitter injection efficiency, first, the heterojunction in which the band gap of the first semiconductor layer (N type) 102 corresponding to the emitter is larger than the band gap of the second semiconductor layer (P type) 103 corresponding to the base. I have to. Second, the impurity concentration of the first semiconductor layer (N-type) 102 corresponding to the emitter is set higher than the impurity concentration of the second semiconductor layer (P-type) 103 corresponding to the base. Third, the thickness of the second semiconductor layer (P-type) 103 corresponding to the base is reduced. The thickness of the second semiconductor layer (P-type) 103 is desirably about 0.01 μm to 0.5 μm. The settings of the impurity concentration and the band gap in the first semiconductor layer (N-type) 102 and the second semiconductor layer performed to increase the light receiving sensitivity are compatible with the settings performed in order to improve the light emission efficiency. ing.

このようにトランジスタ型の層構造が形成されているときには、電流増幅率βを求めることができる。図3は、NPNの層構造を有する発光サイリスタにおいて、コレクタを成す半導体層のN型キャリアの濃度と発光強度との関係を複数の電流増幅率βの値に対してプロットした図である。図3において、横軸はキャリア濃度の値を対数目盛りで表しており、単位は「cm−3」である。縦軸は、発光強度を対数目盛りで表しており、単位は「μW」である。図3において、右肩上がりに直線的に延びる実線は、計算によって電流増幅率βの影響を排除したときに予想される発光強度のキャリア濃度依存性を表している。第1分岐点117aから右に横軸に平行に延びる実線は、電流増幅率β=90のときの、計算によって予想される、発光強度に対するキャリア濃度依存性を表している。第2分岐点117bから右に横軸に平行に延びる実線は、電流増幅率β=601のときの、計算によって予想される、発光強度に対するキャリア濃度依存性を表している。第3分岐点117cから右に横軸に平行に延びる実線は、電流増幅率β=2028のときの、計算によって予想される、発光強度に対するキャリア濃度依存性を表している。 Thus, when the transistor type layer structure is formed, the current amplification factor β can be obtained. FIG. 3 is a graph plotting the relationship between the concentration of N-type carriers in the semiconductor layer forming the collector and the emission intensity in a light-emitting thyristor having an NPN layer structure with respect to a plurality of values of the current amplification factor β. In FIG. 3, the horizontal axis represents the carrier concentration value on a logarithmic scale, and the unit is “cm −3 ”. The vertical axis represents the emission intensity on a logarithmic scale, and the unit is “μW”. In FIG. 3, the solid line extending linearly to the right represents the carrier concentration dependence of the emission intensity expected when the influence of the current amplification factor β is eliminated by calculation. A solid line extending from the first branch point 117a to the right in parallel to the horizontal axis represents the carrier concentration dependency on the emission intensity, which is predicted by calculation, when the current amplification factor β = 90. A solid line extending in parallel to the horizontal axis to the right from the second branch point 117b represents the carrier concentration dependence on the emission intensity, which is predicted by calculation when the current amplification factor β = 601. A solid line extending to the right from the third branch point 117c in parallel to the horizontal axis represents the carrier concentration dependence on the emission intensity, which is predicted by calculation, when the current amplification factor β = 2028.

図3において四角でプロットしたデータは、電流増幅率β=90のときの、発光強度に対するキャリア濃度依存性の実測値を表しており、丸でプロットしたデータは、電流増幅率β=601のときの、発光強度に対するキャリア濃度依存性の実測値を表しており、三角でプロットしたデータは、電流増幅率β=2028のときの、発光強度に対するキャリア濃度依存性の実測値を表している。   In FIG. 3, the data plotted with squares represent the measured values of the carrier concentration dependence on the emission intensity when the current amplification factor β = 90, and the data plotted with circles is when the current amplification factor β = 601. Represents the measured value of the carrier concentration dependence on the emission intensity, and the data plotted with triangles represents the measured value of the carrier concentration dependence on the emission intensity when the current amplification factor β = 2028.

電流増幅率βは、「エミッタ接地直流電流増幅率(hFE)」とも呼ばれ、エミッタ接地のトランジスタに直流電圧を印加したときのコレクタ電流とベース電流との比として表される。この電流増幅率βの値は、次の式(1)のように表される。ベースおよびエミッタの多数キャリア濃度をそれぞれ「NhB」および「NeE」とし、ベースおよびエミッタの少数キャリアの拡散係数をそれぞれ「DeB」および「DhE」とする。ベースおよびエミッタの少数キャリアの拡散長をそれぞれ「LeB」および「LhE」とし、ベースの厚み寸法を「W」とする。 The current amplification factor β is also referred to as “grounded emitter DC current amplification factor (h FE )”, and is expressed as a ratio of a collector current and a base current when a DC voltage is applied to a transistor with a common emitter. The value of the current amplification factor β is expressed as the following equation (1). The base and emitter majority carrier concentrations are “N hB ” and “N eE ”, respectively, and the base and emitter minority carrier diffusion coefficients are “D eB ” and “D hE ”, respectively. The base and emitter minority carrier diffusion lengths are “L eB ” and “L hE ”, respectively, and the base thickness dimension is “W B ”.

Figure 0005543124
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図3に示すように、各電流増幅率βの値に対して式(1)の計算に基づいて予想した値と、実測値とは、よく一致している。各文字数の値としては、GaAsを例として、NhB=NeE=1018(cm−3)、W=0.01(μm)、DeB=0.4136(cm/s)、DhE=0.0491(cm/s)、LhE=1.402(μm)、LeB=3.523(μm)の値を用いると、電流増幅率β=hFE=1174.7の値が得られる。 As shown in FIG. 3, the value predicted based on the calculation of Expression (1) for the value of each current amplification factor β and the measured value are in good agreement. As the value of each character number, GaAs is taken as an example, N hB = N eE = 10 18 (cm −3 ), W B = 0.01 (μm), D eB = 0.4136 (cm 2 / s), D Using values of hE = 0.0491 (cm 2 / s), L hE = 1.402 (μm), L eB = 3.523 (μm), the value of current amplification factor β = h FE = 1174.7 Is obtained.

また、NeE=1018(cm−3)、NhB=1017(cm−3)、W=0.2(μm)、DeB=10.45(cm/s)、DhE=1.946(cm/s)、LhE=0.9865(μm)、LeB=13.164(μm)の値を用いると、電流増幅率β=hFE=2028.3の値が得られる。 Further, N eE = 10 18 (cm −3 ), N hB = 10 17 (cm −3 ), W B = 0.2 (μm), D eB = 10.45 (cm 2 / s), D hE = Using values of 1.946 (cm 2 / s), L hE = 0.9865 (μm), and L eB = 13.164 (μm), a value of current amplification factor β = h FE = 2028.3 is obtained. It is done.

電流増幅率βの値が小さいと、コレクタを成す半導体層、具体的には第1領域105のキャリア濃度の増大に対して発光強度が飽和してしまい、充分な発光強度を得ることができない。したがって、電流増幅率βの値は、1000以上であることが好ましい。電流増幅率βを1000以上とすることによって、発光強度に対する電流増幅率の影響を抑制することができ、キャリア濃度を高く設定することによって充分な発光強度を得ることができる。   When the value of the current amplification factor β is small, the emission intensity is saturated with respect to the increase in the carrier concentration of the semiconductor layer forming the collector, specifically, the first region 105, and a sufficient emission intensity cannot be obtained. Therefore, the value of the current amplification factor β is preferably 1000 or more. By setting the current amplification factor β to 1000 or more, the influence of the current amplification factor on the emission intensity can be suppressed, and by setting the carrier concentration high, sufficient emission intensity can be obtained.

以上のように、本発明の実施の形態の発光サイリスタによれば、発光効率が優れた発光サイリスタを提供することができる。   As described above, according to the light-emitting thyristor of the embodiment of the present invention, it is possible to provide a light-emitting thyristor with excellent light emission efficiency.

図4は、本発明の第2の実施の形態の発光サイリスタ116の断面図と、各層の不純物濃度およびバンドギャップを示したものである。なお、図4の不純物濃度とバンドギャップの値は望ましい一例を示したものであり、本発明の効果はこの値に限って生じるわけでない。なお、以下の説明は基板を一般的なN型半導体基板にした場合について行う。第1の実施の形態で説明したとおり、基板101、各半導体層102,103,104,107,108,およびオーミックコンタクト層109の導電型を反対にしても効果は同じである。   FIG. 4 shows a sectional view of the light-emitting thyristor 116 according to the second embodiment of the present invention, and the impurity concentration and band gap of each layer. Note that the values of the impurity concentration and the band gap in FIG. 4 show a desirable example, and the effects of the present invention are not limited to these values. The following description will be made on the case where the substrate is a general N-type semiconductor substrate. As described in the first embodiment, the effect is the same even if the conductivity types of the substrate 101, the semiconductor layers 102, 103, 104, 107, 108, and the ohmic contact layer 109 are reversed.

図4に示した本実施の形態の発光サイリスタ116と、図1に示した第1の実施の形態の発光サイリスタ115との違いは、第4半導体層(P型)107とオーミックコンタクト層109の間に、第4半導体層(P型)107と同じ導電型の第5半導体層(P型)108を積層したことにある。図4において、サイリスタに特有のNPNP構造の部分は、第1半導体層(N型)102、第2半導体層(P型)103、第3半導体層(N型)104および第4半導体層(P型)107によって構成され、この部分は第1の実施の形態と共通している。第5半導体層(P型)108のバンドギャップは、第4半導体層(P型)107のバンドギャップと略同一またはそれよりも広幅に設定され、第5半導体層(P型)108の不純物濃度は、第4半導体層(P型)106の不純物濃度と略同一またはそれよりも高濃度に設定される。第5半導体層(P型)108以外の各半導体層102,103,104,107およびオーミックコンタクト層109については、それらの層のバンドギャップ、不純物濃度および膜厚の値は、図1に示す第1の実施の形態と同様に設定される。以下の説明では、図4に示される第5半導体層(P型)108以外の部分は、図1に示される実施の形態と同様であるので、対応する部分には同一の参照符号を付し重複を避けて説明は省略する。   The difference between the light emitting thyristor 116 of the present embodiment shown in FIG. 4 and the light emitting thyristor 115 of the first embodiment shown in FIG. 1 is that the fourth semiconductor layer (P type) 107 and the ohmic contact layer 109 are different. The fifth semiconductor layer (P type) 108 having the same conductivity type as the fourth semiconductor layer (P type) 107 is laminated therebetween. In FIG. 4, the part of the NPNP structure peculiar to the thyristor includes a first semiconductor layer (N type) 102, a second semiconductor layer (P type) 103, a third semiconductor layer (N type) 104, and a fourth semiconductor layer (P This part is common to the first embodiment. The band gap of the fifth semiconductor layer (P type) 108 is set to be substantially the same as or wider than the band gap of the fourth semiconductor layer (P type) 107, and the impurity concentration of the fifth semiconductor layer (P type) 108 is set. Is set to be substantially the same as or higher than the impurity concentration of the fourth semiconductor layer (P-type) 106. For each of the semiconductor layers 102, 103, 104, 107 and the ohmic contact layer 109 other than the fifth semiconductor layer (P-type) 108, the values of the band gap, impurity concentration, and film thickness of those layers are shown in FIG. It is set similarly to the first embodiment. In the following description, parts other than the fifth semiconductor layer (P-type) 108 shown in FIG. 4 are the same as those in the embodiment shown in FIG. The description is omitted to avoid duplication.

本実施の形態において、第5半導体層(P型)108のバンドギャップの具体的な値は、第4半導体層(P型)107と略同一にして、1.75eV〜1.88eV程度の値を用いた。第5半導体層(P型)108の不純物濃度の値は、第4半導体層(P型)より大きくして1×1019〜3×1019とした。第5半導体層108の厚さは、0.1〜0.5μmに設定される。第5半導体層(P型)108の材料、形成方法、ドーパント材料については、第1の実施の形態で説明した他の半導体層102,103,104,107と同様であるので説明は省略する。 In the present embodiment, the specific value of the band gap of the fifth semiconductor layer (P-type) 108 is substantially the same as that of the fourth semiconductor layer (P-type) 107, and is about 1.75 eV to 1.88 eV. Was used. The value of the impurity concentration of the fifth semiconductor layer (P type) 108 was set to 1 × 10 19 to 3 × 10 19 larger than that of the fourth semiconductor layer (P type). The thickness of the fifth semiconductor layer 108 is set to 0.1 to 0.5 μm. Since the material, formation method, and dopant material of the fifth semiconductor layer (P-type) 108 are the same as those of the other semiconductor layers 102, 103, 104, and 107 described in the first embodiment, description thereof is omitted.

本実施の形態の特徴は、第5半導体層(P型)を設けることによって、表面電極(アノード電極)110との間でオーミック接触をとりやすくしたことにある。第1の実施の形態で述べたように、通常、オーミックコンタクト層は、アルミニウムを含まないGaAs、InGaPなど材料を用いて高濃度の不純物をドーピングして形成される。GaAs、InGaPはバンドギャップが小さいので、発光した光の吸収層とならないように、オーミックコンタクト層は0.01μm〜0.02μmと極めて薄く形成する必要がある。しかし、オーミックコンタクト層を薄くすると、表面電極(アノード電極)110との間で良好なオーミック接触が得られなくなる場合があるので、第4半導体層(P型)107とオーミックコンタクト層109との間に比較的膜厚の大きい第5半導体層(P型)108を設けた。第5半導体層(P型)108の不純物濃度は、第4半導体層(P型)107の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度にして良好なオーミック接触が得られるようにする。それとともに、第5半導体層(P型)108のバンドギャップは第4半導体層(P型)107のバンドギャップと略同一またはそれより広幅に設定して、第3半導体層(N型)のバンドギャップよりも大きくすることによって内部で発光した光の再吸収層とならないようにする。こうすることによって確実なオーミック接触を得ることができる。   The feature of this embodiment is that an ohmic contact with the surface electrode (anode electrode) 110 can be easily made by providing the fifth semiconductor layer (P-type). As described in the first embodiment, the ohmic contact layer is usually formed by doping a high-concentration impurity using a material such as GaAs or InGaP that does not contain aluminum. Since GaAs and InGaP have a small band gap, it is necessary to form the ohmic contact layer as extremely thin as 0.01 μm to 0.02 μm so as not to be an absorption layer for emitted light. However, if the ohmic contact layer is thinned, good ohmic contact with the surface electrode (anode electrode) 110 may not be obtained, so that there is a problem between the fourth semiconductor layer (P-type) 107 and the ohmic contact layer 109. A fifth semiconductor layer (P-type) 108 having a relatively large film thickness is provided. The impurity concentration of the fifth semiconductor layer (P-type) 108 is substantially the same as or higher than the impurity concentration of the fourth semiconductor layer (P-type) 107 so that good ohmic contact can be obtained. At the same time, the band gap of the fifth semiconductor layer (P type) 108 is set to be substantially the same as or wider than the band gap of the fourth semiconductor layer (P type) 107, and the band of the third semiconductor layer (N type). By making it larger than the gap, it is prevented from becoming a reabsorption layer of light emitted inside. By doing so, a reliable ohmic contact can be obtained.

次に本発明の発光サイリスタを用いて構成される本発明の実施の一形態の発光素子アレイチップ1について説明する。   Next, a light-emitting element array chip 1 according to an embodiment of the present invention configured using the light-emitting thyristor of the present invention will be described.

図5は、発光素子アレイチップ1の基本構成を示す平面図である。図6は、図5の切断面線VI−VIから見た発光素子アレイチップ1の基本的構成を示す一部の断面図である。図7は、図5の切断面線VII−VIIから見た発光素子アレイチップ1の基本的構成を示す一部の断面図である。なお図5は、各発光用サイリスタTの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光素子アレイチップ1の平面を示し、ゲート横配線GH1〜GH4、電源ライン11、セレクト信号伝送路14、電源用ボンディングパッドVs、セレクト信号入力端子CS、発光用サイリスタT、スイッチ用サイリスタS、プルアップ抵抗RP、およびCS抵抗RCSは、図解を容易にするため斜線を付して示されている。発光装置10のうち、発光用サイリスタT、スイッチ用サイリスタSに用いられる発光サイリスタには、第2の実施の形態で示した発光サイリスタ116を用いるが、第1の実施の形態で示した発光サイリスタ115を用いても同様の発光装置10を構成することができる。   FIG. 5 is a plan view showing a basic configuration of the light emitting element array chip 1. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the light-emitting element array chip 1 as seen from the section line VI-VI in FIG. FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the light-emitting element array chip 1 as seen from the section line VII-VII in FIG. FIG. 5 shows a plane of the light emitting element array chip 1 arranged with the light emitting direction of each light emitting thyristor T as the front side perpendicular to the paper surface. The gate horizontal wirings GH1 to GH4, the power supply line 11, the select signal transmission path 14, the power supply bonding pad Vs, the select signal input terminal CS, the light emitting thyristor T, the switch thyristor S, the pull-up resistor RP, and the CS resistor RCS are shown by hatching for easy illustration. . Of the light emitting device 10, the light emitting thyristor 116 shown in the second embodiment is used as the light emitting thyristor used in the light emitting thyristor T and the switch thyristor S. The light emitting thyristor shown in the first embodiment is used. Even if 115 is used, the same light emitting device 10 can be configured.

発光素子アレイチップ1に含まれる複数の発光用サイリスタTは、相互に間隔W1をあけて配列されている。発光用サイリスタTは、露光用の発光素子である。本実施の形態では、各発光用サイリスタTは、等間隔に配列され、かつ直線状に配列される。以後、各発光用サイリスタTの配列方向Xを、単に配列方向Xと記載する場合がある。各発光用サイリスタTの光の出射方向に沿う方向を厚み方向Zとし、前記配列方向Xおよび厚み方向Zに垂直な方向を幅方向Yとする。発光用サイリスタTは、600nm〜800nmの波長の光を発光可能に形成される。   The plurality of light emitting thyristors T included in the light emitting element array chip 1 are arranged with an interval W1 therebetween. The light emitting thyristor T is a light emitting element for exposure. In the present embodiment, the light emitting thyristors T are arranged at equal intervals and in a straight line. Hereinafter, the arrangement direction X of the light emitting thyristors T may be simply referred to as the arrangement direction X. A direction along the light emission direction of each light emitting thyristor T is defined as a thickness direction Z, and a direction perpendicular to the arrangement direction X and the thickness direction Z is defined as a width direction Y. The light emitting thyristor T is formed so as to emit light having a wavelength of 600 nm to 800 nm.

発光用サイリスタTは、PNPN構造を有する発光サイリスタによって形成されるので、P型半導体と、N型半導体とを交互に積層した単純な構成で実現することができ、装置の作成が容易となる。前述したように、発光用サイリスタTはゲート電極b1〜bkに、制御信号を与えることによって発光信号の電圧よりも、しきい電圧が低下した状態で、前記発光信号がアノードa1〜akに与えられたとき発光する。   Since the light emitting thyristor T is formed by a light emitting thyristor having a PNPN structure, the light emitting thyristor T can be realized with a simple configuration in which P-type semiconductors and N-type semiconductors are alternately stacked, and the device can be easily manufactured. As described above, the light emitting thyristor T applies the control signal to the gate electrodes b1 to bk, so that the light emitting signal is applied to the anodes a1 to ak in a state where the threshold voltage is lower than the voltage of the light emitting signal. Emits light when

発光用サイリスタT1〜Tkは、発光素子ブロックB1〜Bmに分けられ、同一の発光素子ブロックBに属する発光用サイリスタTのアノードaは共通の発光信号入力端子Aとしてのボンディングパッドに接続される。なお、発光信号入力端子Aとしてのボンディングパッドを単に発光信号用ボンディングパッドAと記載する場合がある。本実施の形態における発光信号用ボンディングパッドAは、前記第3ボンディングパッドに対応する。また、本実施の形態では、ゲート横配線GHの本数に等しい4個の発光用サイリスタTが1つの発光素子ブロックBを構成する。たとえば、発光用サイリスタTの配列方向に沿う一方から他方へ向かって、発光用サイリスタTに番号を第1番から第k番まで付し、前記配列方向に沿う前記一方から前記他方へ向かって、発光素子ブロックBに番号を第1番から第m番まで付すと、第i(1≦i≦m)番目の発光素子ブロックBiに属する第4i−3番目から第4i番目の全ての発光用サイリスタT4i−3〜T4iのアノードaと、発光信号用ボンディングパッドAiとの間に接続部60が設けられて、電気的に接続される。発光用サイリスタTのアノードaと発光信号用ボンディングパッドAと接続部60とは同時に一体で形成される。また、本実施の形態では、好ましい構成として、発光信号用ボンディングパッドAは発光用サイリスタTの配列方向Xに沿って、ゲート横配線GHを挟んで発光用サイリスタTと反対側に設置される。 The light emitting thyristors T1 to Tk are divided into light emitting element blocks B1 to Bm, and the anodes a of the light emitting thyristors T belonging to the same light emitting element block B are connected to a bonding pad as a common light emitting signal input terminal A. A bonding pad as the light emission signal input terminal A may be simply referred to as a light emission signal bonding pad A. The light emitting signal bonding pad A in the present embodiment corresponds to the third bonding pad. Further, in the present embodiment, four light emitting thyristors T equal to the number of the gate horizontal wirings GH constitute one light emitting element block B. For example, from one to the other along the arrangement direction of the light emitting thyristors T, the light emitting thyristors T are numbered from No. 1 to k, and from the one along the arrangement direction to the other, If the number to the light emitting element block B subjected from No. 1 to No. m-th, the i 6 (1 ≦ i 6 ≦ m) th light emitting elements from the 4i 6 -3 th belonging to the block Bi 6 first 4i 6 th A connection portion 60 is provided between the anodes a of all the light emitting thyristors T4i 6 -3 to T4i 6 and the light emitting signal bonding pads Ai 6 to be electrically connected. The anode a of the light emitting thyristor T, the light emitting signal bonding pad A, and the connection portion 60 are integrally formed at the same time. Further, in the present embodiment, as a preferred configuration, the light emitting signal bonding pad A is disposed along the arrangement direction X of the light emitting thyristor T on the opposite side of the light emitting thyristor T with the gate horizontal wiring GH interposed therebetween.

配列方向Xの各発光用サイリスタTの間隔W1および発光用サイリスタTの配列方向Xの長さW2は、発光素子アレイチップ1が搭載される後述する画像形成装置87において形成すべき画像の解像度によって決定され、たとえば画像の解像度が600ドットパーインチ(dpi)の場合、前記間隔W1は、約24μm(マイクロメートル)に選ばれ、前記長さW2は、約18μmに選ばれる。   The interval W1 between the light emitting thyristors T in the arrangement direction X and the length W2 in the arrangement direction X of the light emitting thyristors T depend on the resolution of an image to be formed in an image forming apparatus 87 described later on which the light emitting element array chip 1 is mounted. For example, when the resolution of the image is 600 dot per inch (dpi), the interval W1 is selected to be about 24 μm (micrometer), and the length W2 is selected to be about 18 μm.

各ゲート横配線GHは、発光素子アレイチップ1に沿って配列方向Xに、発光素子アレイチップ1の配列方向Xの一端部から他端部間にわたって延びる。各ゲート横配線GHは、幅方向Yに間隔をあけて配列される。本実施の形態では、発光用サイリスタTに近接する側から順番に、ゲート横配線GH4、ゲート横配線GH3、ゲート横配線GH2およびゲート横配線GH1の順番に配列される。さらに、本実施の形態では、セレクト信号をスイッチ用サイリスタSのゲート電極dに供給するためのセレクト信号伝送路14がゲート横配線GH1と平行に、発光用サイリスタTと離反する側に配置される。セレクト信号伝送路14は、接続部75を介してセレクト信号入力端子CSとしてのボンディングパッドに接続される。セレクト信号入力端子CSとしてのボンディングパッドを単にセレクト信号入力端子CSと記載する場合がある。本実施の形態におけるセレクト信号用ボンディングパッドCSは、前記第1ボンディングパッドに対応する。また、各ゲート横配線GH間およびゲート横配線GH1とセレクト信号伝送路14との間の間隔W3は、相互に隣接するゲート横配線GH間およびゲート横配線GH1とセレクト信号伝送路14との間で短絡が生じない距離に選ばれ、たとえば5μmに選ばれる。   Each gate horizontal wiring GH extends in the arrangement direction X along the light emitting element array chip 1 from one end to the other end in the arrangement direction X of the light emitting element array chip 1. Each gate horizontal wiring GH is arranged at intervals in the width direction Y. In the present embodiment, the gate horizontal wiring GH4, the gate horizontal wiring GH3, the gate horizontal wiring GH2, and the gate horizontal wiring GH1 are arranged in order from the side close to the light emitting thyristor T. Further, in the present embodiment, the select signal transmission path 14 for supplying the select signal to the gate electrode d of the switch thyristor S is arranged in parallel with the gate lateral wiring GH1 on the side away from the light emitting thyristor T. . The select signal transmission path 14 is connected to a bonding pad as the select signal input terminal CS via the connection portion 75. A bonding pad as the select signal input terminal CS may be simply referred to as a select signal input terminal CS. The select signal bonding pad CS in the present embodiment corresponds to the first bonding pad. Further, the distance W3 between the gate horizontal lines GH and between the gate horizontal line GH1 and the select signal transmission path 14 is between the gate horizontal lines GH adjacent to each other and between the gate horizontal line GH1 and the select signal transmission path 14. The distance is selected so as not to cause a short circuit, for example, 5 μm.

発光用サイリスタTのゲート電極b1〜bkは、本実施の形態では、後述する第3半導体層24によって構成され、ゲート横配線GH1〜GH4のいずれかとの間に接続部61,62,63,64が形成される。ここで、発光用サイリスタTの配列方向に沿う一方から他方へ向かって、発光用サイリスタTに番号を第1番から第k番まで付し、前記配列方向の前記一方から他方へ向かって発光素子ブロックBに第1番から第m番まで番号を付すことにすれば、前記配列方向に沿う第i(1≦i≦m)番目の発光素子ブロックBiに属する第4i−3番目から第4i番目の発光用サイリスタTについては、第4i−3番目の発光用サイリスタT4i−3のゲート電極と第1番目のゲート横配線GH1との間に接続部61が形成され、第4i−2番目の発光用サイリスタT4i−2のゲート電極と第2番目のゲート横配線GH2との間に接続部62が形成され、第4i−1番目の発光用サイリスタT4i−1のゲート電極と第3番目のゲート横配線GH3との間に接続部63が形成され、第4i番目の発光用サイリスタT4iのゲート電極と第4番目のゲート横配線GH4との間に接続部64が形成される。また、第i(1≦i≦m)番目の発光素子ブロックBiに属する全ての発光用サイリスタTのアノードaと前記配列方向に沿うi番目の発光信号入力端子Aiとの間に接続部60が形成される。このように、同じ発光素子ブロックBに属する発光用サイリスタTが異なるゲート横配線GHに接続されることで、前述したように発光用サイリスタTのダイナミック駆動が可能となる。 In the present embodiment, the gate electrodes b1 to bk of the light emitting thyristor T are configured by a third semiconductor layer 24 described later, and are connected to any one of the gate lateral wirings GH1 to GH4. Is formed. Here, from one to the other along the arrangement direction of the light emitting thyristors T, the light emitting thyristors T are numbered from the first to the kth, and the light emitting elements from the one to the other in the arrangement direction. If the block B is numbered from the 1st to the m-th, the 4i 6 −3rd belonging to the i 6 (1 ≦ i 6 ≦ m) th light emitting element block Bi 6 along the arrangement direction. the 4i the sixth light emitting thyristor T, the connecting portion 61 is formed between the first 4i 6 -3 -th light emitting thyristor T4i 6 -3 horizontal gate lines GH1 and the gate electrode of the first from A connection 62 is formed between the gate electrode of the 4i 6 -2nd light emitting thyristor T4i 6 -2 and the second gate horizontal wiring GH2, and the 4i 6 -1th light emitting thyristor T4i 6- 1 gate Connecting portion 63 is formed between the electrode and the third horizontal gate line GH3, connecting portion 64 between the first 4i 6 th horizontal gate line and the gate electrode of the fourth light emitting thyristor T4i 6 GH4 Is formed. Further, between the anodes a of all the light emitting thyristors T belonging to the i 6 (1 ≦ i 6 ≦ m) light emitting element block Bi 6 and the i 6th light emitting signal input terminal Ai 6 along the arrangement direction. The connection portion 60 is formed in the above. As described above, the light emitting thyristors T belonging to the same light emitting element block B are connected to the different gate horizontal wirings GH, so that the light emitting thyristors T can be dynamically driven as described above.

スイッチ用サイリスタSは、好ましい構成として、前記発光信号用ボンディングパッドA間に生じたスペースに配置される。複数の発光用サイリスタTからなる1つの発光素子ブロックBに対して、発光信号を供給するためのボンディングパッドを1つ備えることとなるので、発光信号用ボンディングパッドA間にスペースを生じ、そのスペースを有効に活用してスイッチ素子などを配置することができる。各スイッチ用サイリスタSのアノードcにゲート信号を供給するためのゲート信号入力端子Gとしてのボンディングパッドも、前記ボンディングパッド間に生じたスペースを活用して配置される。なお、ゲート信号入力端子Gとしてのボンディングパッドを単にゲート信号用ボンディングパッドGと記載する場合がある。本実施の形態では、ゲート信号用ボンディングパッドGは前記第2ボンディングパッドに対応する。アノードcとゲート信号用ボンディングパッドGとは一体に形成される。このように配置することで、スイッチ用サイリスタSなどを設けても、発光素子アレイチップ全体の大きさがそれによって増大することを避けることができ、小形な発光素子アレイチップを構成することができる。なお、スイッチ用サイリスタSの個数nはゲート横配線GHの本数に等しく、本実施の形態ではn=4である。また、CS抵抗RCSも、前記発光信号入力端子Aとしてのボンディングパッド間に生じたスペースを利用して、スイッチ用サイリスタSに近接して配置される。   The switch thyristor S is preferably arranged in a space formed between the light emitting signal bonding pads A. Since one light-emitting element block B composed of a plurality of light-emitting thyristors T is provided with one bonding pad for supplying a light-emitting signal, a space is generated between the light-emitting signal bonding pads A, and the space It is possible to arrange switch elements and the like by effectively utilizing the above. A bonding pad as a gate signal input terminal G for supplying a gate signal to the anode c of each switch thyristor S is also arranged utilizing the space generated between the bonding pads. A bonding pad as the gate signal input terminal G may be simply referred to as a gate signal bonding pad G. In the present embodiment, the gate signal bonding pad G corresponds to the second bonding pad. The anode c and the gate signal bonding pad G are integrally formed. With this arrangement, even if a switch thyristor S is provided, it is possible to avoid an increase in the size of the entire light emitting element array chip, and a small light emitting element array chip can be configured. . The number n of switch thyristors S is equal to the number of gate horizontal wirings GH, and n = 4 in the present embodiment. The CS resistor RCS is also disposed in the vicinity of the switch thyristor S by using a space generated between the bonding pads as the light emission signal input terminal A.

本実施の形態におけるスイッチ用サイリスタSのゲート電極dは、後述する第3半導体層24の第2領域24bで構成される。スイッチ用サイリスタSのゲート電極dとCS抵抗RCSとの間には接続部65が形成され、さらにゲート電極dと対応するゲート横配線GHとの間にも接続部66が形成されることで電気的に接続される。ゲート電極dとCS抵抗RCSとを接続する接続部65と、ゲート電極dとゲート横配線GHとを接続する接続部66とは一体に形成される。また、CS抵抗RCSは、半導体膜のシート抵抗を利用したもので構成され、CS抵抗RCSとセレクト信号伝送路14との間に接続部67が形成される。   The gate electrode d of the switch thyristor S in the present embodiment is constituted by a second region 24b of the third semiconductor layer 24 described later. A connection portion 65 is formed between the gate electrode d of the switch thyristor S and the CS resistor RCS, and a connection portion 66 is also formed between the gate electrode d and the corresponding gate lateral wiring GH. Connected. The connecting portion 65 that connects the gate electrode d and the CS resistor RCS and the connecting portion 66 that connects the gate electrode d and the gate lateral wiring GH are integrally formed. The CS resistor RCS is configured using a sheet resistance of a semiconductor film, and a connection portion 67 is formed between the CS resistor RCS and the select signal transmission path 14.

プルアップ抵抗RPは、本実施の形態では、スイッチ用サイリスタSを構成する半導体層の一部を用いて、スイッチ用サイリスタSと一体で形成される。プルアップ抵抗RPは半導体膜のシート抵抗を利用したものである。プルアップ抵抗RPの一部と電源ライン11との間に接続部68が形成され、プルアップ抵抗の接続部68の側に電源電圧Vccが与えられる。   In the present embodiment, the pull-up resistor RP is formed integrally with the switch thyristor S by using a part of the semiconductor layer constituting the switch thyristor S. The pull-up resistor RP uses the sheet resistance of the semiconductor film. A connection portion 68 is formed between a part of the pull-up resistor RP and the power supply line 11, and the power supply voltage Vcc is applied to the connection portion 68 side of the pull-up resistor.

電源ライン11は、ゲート横配線GHと平行に配線され、本実施の形態では、発光信号用ボンディングパッドAを挟んでゲート横配線GHと離反する側に配置される。電源ライン11は、接続部69によって、電源電圧Vccが与えられるボンディングパッドに電気的に接続される。電源電圧Vccが与えられるボンディングパッドを単に電源用ボンディングパッドVsと記載する場合がある。   The power supply line 11 is wired in parallel with the gate horizontal wiring GH, and in this embodiment, is disposed on the side away from the gate horizontal wiring GH with the light emitting signal bonding pad A interposed therebetween. The power supply line 11 is electrically connected to the bonding pad to which the power supply voltage Vcc is applied by the connecting portion 69. A bonding pad to which the power supply voltage Vcc is applied may be simply referred to as a power supply bonding pad Vs.

発光用サイリスタTのアノードa、スイッチ用サイリスタSのアノードc、ゲート横配線GH、セレクト信号伝送路14、電源ライン11、接続部60〜69、発光信号用ボンディングパッドA、ゲート信号用ボンディングパッドG、セレクト信号用ボンディングパッドCS、および電源用ボンディングパッドVsは、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)、金と亜鉛との合金(AuZn)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などによって形成される。   The anode a of the light emitting thyristor T, the anode c of the switch thyristor S, the gate horizontal wiring GH, the select signal transmission line 14, the power supply line 11, the connection portions 60 to 69, the light emitting signal bonding pad A, and the gate signal bonding pad G. The select signal bonding pad CS and the power supply bonding pad Vs are formed of a conductive material such as a metal material and an alloy material. Specifically, it is formed of gold (Au), an alloy of gold and germanium (AuGe), an alloy of gold and zinc (AuZn), nickel (Ni), aluminum (Al), or the like.

また、図5に示す発光素子アレイチップ1は、好ましい構成として、スイッチ用サイリスタSの表面(基板反対側)に遮光手段として遮光膜12を設けている。スイッチ用サイリスタSは、発光用サイリスタTと同様にスイッチングの際に発光するが、その発光は不要であり、発光による光が発光用サイリスタTに入射して発光用サイリスタTのしきい値を変動させてしまうことを避けるために、遮光膜12が用いられる。遮光膜12としては、その発光に対して不透明な材質から成る部材で表面を覆ったものとすればよい。適当な層間絶縁膜を施した場合には、ゲート横配線GHに用いる金(Au)薄膜などが好適に用いられる。また、スイッチ用サイリスタSと発光用サイリスタTとをできるだけ遠ざけて配置することも有効であり、図5の平面図で示すように、ゲート横配線GHを跨いで一方側に発光用サイリスタT、他方側にスイッチ用サイリスタSを配置するようにしてもよい。   Further, in the light emitting element array chip 1 shown in FIG. 5, as a preferable configuration, a light shielding film 12 is provided as a light shielding means on the surface of the switch thyristor S (the side opposite to the substrate). The switching thyristor S emits light at the time of switching in the same manner as the light emitting thyristor T. However, the light emission is not necessary, and light emitted from the light enters the light emitting thyristor T to change the threshold value of the light emitting thyristor T. In order to avoid this, the light shielding film 12 is used. As the light shielding film 12, the surface may be covered with a member made of a material opaque to the light emission. When an appropriate interlayer insulating film is provided, a gold (Au) thin film used for the gate lateral wiring GH is preferably used. It is also effective to dispose the switch thyristor S and the light-emitting thyristor T as far as possible. As shown in the plan view of FIG. 5, the light-emitting thyristor T and the other light-emitting thyristor T are arranged on one side across the gate horizontal wiring GH. A switch thyristor S may be arranged on the side.

なお、前述した電流制限抵抗RIはより好ましい構成として付加する場合があるが、図5に示した発光素子アレイチップ1の平面図においては用いていない。   Although the above-described current limiting resistor RI may be added as a more preferable configuration, it is not used in the plan view of the light emitting element array chip 1 shown in FIG.

以下、発光素子アレイチップ1の構成について、図6〜図8を参照してさらに詳細に説明する。本実施の形態では、基板21にはN型半導体基板を用いる。発光用サイリスタTは、発光サイリスタ116で構成され、基板31のZ方向の表面に第1半導体層(N型)22、第2半導体層(P型)23、第3半導体層(N型)24のうちの第1領域24a、第2領域24b、第4半導体層(P型)25および第5半導体層(P型)26、オーミックコンタクト層27がこの順に積層されて形成される。各半導体層22,23,24a、24b、25,26,27の材料、バンドギャップ、不純物濃度および膜厚は、第2の実施の形態で例示した発光サイリスタ116と同様である。なお、図4と図6とで参照符号は異なるが、対応する構成は同じ名称で記載する。たとえば、図6の基板21は前述した図4の基板101に対応し、図6の各第1〜第5半導体層22,23,24、25,26は、前述した図4の各第1〜第5半導体層102,103,104,107,108にそれぞれ対応する。   Hereinafter, the configuration of the light-emitting element array chip 1 will be described in more detail with reference to FIGS. In the present embodiment, an N-type semiconductor substrate is used as the substrate 21. The light emitting thyristor T is composed of a light emitting thyristor 116, and a first semiconductor layer (N-type) 22, a second semiconductor layer (P-type) 23, and a third semiconductor layer (N-type) 24 on the surface of the substrate 31 in the Z direction. The first region 24a, the second region 24b, the fourth semiconductor layer (P type) 25, the fifth semiconductor layer (P type) 26, and the ohmic contact layer 27 are stacked in this order. The material, band gap, impurity concentration, and film thickness of each semiconductor layer 22, 23, 24a, 24b, 25, 26, 27 are the same as those of the light emitting thyristor 116 illustrated in the second embodiment. 4 and FIG. 6, reference numerals are different, but corresponding configurations are described with the same names. For example, the substrate 21 of FIG. 6 corresponds to the substrate 101 of FIG. 4 described above, and the first to fifth semiconductor layers 22, 23, 24, 25, and 26 of FIG. This corresponds to the fifth semiconductor layers 102, 103, 104, 107, and 108, respectively.

スイッチ用サイリスタSは、本実施の形態では発光用サイリスタTと同時に形成されるので各層の構成は同一となる。具体的には、スイッチ用サイリスタSは、基板21の表面のうち、発光用サイリスタTが形成された面と同一表面上に、第1半導体層(N型)32、第2半導体層(P型)33、第3半導体層(N型)34のうちの第1領域34a、第2領域34b、第4半導体層(P型)35および第5半導体層(P型)36、オーミックコンタクト層37がこの順に積層されて形成される。以下の説明において、発光用サイリスタTに関する説明はスイッチ用サイリスタSについても同様である。   In this embodiment, the switch thyristor S is formed at the same time as the light emitting thyristor T, and therefore the configuration of each layer is the same. Specifically, the switch thyristor S has a first semiconductor layer (N-type) 32 and a second semiconductor layer (P-type) on the same surface of the surface of the substrate 21 as the surface on which the light-emitting thyristor T is formed. ) 33, the first region 34a, the second region 34b, the fourth semiconductor layer (P-type) 35 and the fifth semiconductor layer (P-type) 36, and the ohmic contact layer 37 in the third semiconductor layer (N-type) 34. It is formed by laminating in this order. In the following description, the description of the light emitting thyristor T is the same for the switch thyristor S.

基板21には、本実施の形態では、第1半導体層22と同じ導電型の半導体基板が用いられる。基板21の厚み方向Zで、各半導体層22〜26が積層されている表面とは反対側の表面上には、全面にわたって裏面電極20が形成される。裏面電極20は、金属材料および合材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には裏面電極20は、金(Au)、金とゲルマニウムとの合金(AuGe)および金と亜鉛との合金(AuZn)などによって形成される。裏面電極20は、各発光用サイリスタTの共通の電極として用いられる。   In the present embodiment, a semiconductor substrate having the same conductivity type as that of the first semiconductor layer 22 is used for the substrate 21. On the surface opposite to the surface on which the semiconductor layers 22 to 26 are stacked in the thickness direction Z of the substrate 21, the back electrode 20 is formed over the entire surface. The back electrode 20 is formed of a conductive material such as a metal material and a composite material. Specifically, the back electrode 20 is formed of gold (Au), an alloy of gold and germanium (AuGe), an alloy of gold and zinc (AuZn), or the like. The back electrode 20 is used as a common electrode for each light emitting thyristor T.

本実施の形態では、第1半導体層22と第3半導体層24の導電型はN型であり、第2半導体層23と第4半導体層25の導電型はP型である。したがって、発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSのカソードが共通の電極としての裏面電極20に接続され、ゲート電極にはNゲート電極が用いられる。裏面電極20を接地して、カソード電位を零(0)ボルト(V)にすると、各発光用サイリスタTのアノードaに電圧または電流を印加する電源に、正電源を用いることができるので好ましい。   In the present embodiment, the conductivity type of the first semiconductor layer 22 and the third semiconductor layer 24 is N-type, and the conductivity type of the second semiconductor layer 23 and the fourth semiconductor layer 25 is P-type. Therefore, the cathodes of the light emitting thyristor T and the switch thyristor S are connected to the back electrode 20 as a common electrode, and an N gate electrode is used as the gate electrode. It is preferable that the back electrode 20 is grounded and the cathode potential is zero (0) volts (V) because a positive power source can be used as a power source for applying voltage or current to the anode a of each light emitting thyristor T.

絶縁層28は、発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSの表面に沿って形成されており、発光用サイリスタTとスイッチ用サイリスタSとの間にも形成され、各発光用サイリスタTおよび各スイッチ用サイリスタSが相互に絶縁層28によって電気的に絶縁される。絶縁層28は、電気絶縁性および透光性ならびに平坦性を有する樹脂材料によって形成される。たとえば、ポリイミドおよびベンゾシクロブテン(BCB)など、発光用サイリスタTが発する波長の光の95%以上を透過する樹脂材料が用いられる。   The insulating layer 28 is formed along the surfaces of the light-emitting thyristor T and the switch thyristor S, and is also formed between the light-emitting thyristor T and the switch thyristor S. The thyristors S are electrically insulated from each other by the insulating layer 28. The insulating layer 28 is formed of a resin material having electrical insulation, translucency, and flatness. For example, a resin material that transmits 95% or more of light having a wavelength emitted by the light emitting thyristor T, such as polyimide and benzocyclobutene (BCB), is used.

絶縁層28のうち、オーミックコンタクト層27の表面(基板と離反する側)を覆う部分の一部に貫通孔29が形成される。この貫通孔29にアノードaの一部が形成されて、オーミックコンタクト層27に接触している。前記貫通孔29は、発光用サイリスタTの配列方向Xの中央で、かつ発光用サイリスタTの幅方向Yの中央が絶縁層28から露出するように形成されており、アノードaからの電流を、発光用サイリスタTの中央部に効率的に供給して、発光用サイリスタTを発光させることができる。発光用サイリスタTでは、主に第3半導体層24において光が発生する。   A through hole 29 is formed in a part of the insulating layer 28 that covers the surface of the ohmic contact layer 27 (side away from the substrate). A part of the anode a is formed in the through hole 29 and is in contact with the ohmic contact layer 27. The through hole 29 is formed so that the center of the light emitting thyristor T in the arrangement direction X and the center of the light emitting thyristor T in the width direction Y are exposed from the insulating layer 28, and the current from the anode a is The light emitting thyristor T can emit light by being efficiently supplied to the central portion of the light emitting thyristor T. In the light emitting thyristor T, light is generated mainly in the third semiconductor layer 24.

発光用サイリスタTのアノードaの配列方向Xの長さW3は、発光用サイリスタTの配列方向Xの長さW2の1/3以下に形成される。アノードaは、発光用サイリスタTの光の出射方向の一部を覆うが、長さW3を前述したように選ぶことによって、発光用サイリスタTから発せられ光を、なるべく遮らないようにする。   The length W3 in the arrangement direction X of the anodes a of the light emitting thyristors T is formed to be 1/3 or less of the length W2 in the arrangement direction X of the light emitting thyristors T. The anode a covers a part of the light emitting thyristor T in the light emission direction, but the light emitted from the light emitting thyristor T is prevented from being blocked as much as possible by selecting the length W3 as described above.

第1半導体層22、第2半導体層23、第3半導体層24、第4半導体層25、第4半導体層26およびオーミックコンタクト層27は、基板21の一表面に分子線エピタキシャル成長および化学気相成長(CVD)法などのエピタキシャル成長法用いて順次積層して形成することができる。その後、フォトリソグラフィを用いたパターニングとエッチングとを用いて、各発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSが形成される。したがって、一連の製造プロセスにおいて、発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSを同時に形成することになるので、スイッチ用サイリスタSおよび発光用サイリスタTを構成する各半導体層の層構成が同一になる。結果として、スイッチ用サイリスタSおよび発光用サイリスタTはいずれも発光機能およびスイッチ機能の両方を兼ね備えたものになるが、スイッチ用サイリスタSはそのうちスイッチ機能のみを用いる。このようにすれば同じ構造で特性が安定したものを一度に簡単に作製することができ、製造コストを低減することができる。   The first semiconductor layer 22, the second semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, the fourth semiconductor layer 25, the fourth semiconductor layer 26, and the ohmic contact layer 27 are formed by molecular beam epitaxial growth and chemical vapor deposition on one surface of the substrate 21. The layers can be sequentially stacked by using an epitaxial growth method such as a (CVD) method. Thereafter, the light emitting thyristors T and the switch thyristors S are formed by patterning and etching using photolithography. Therefore, since the light emitting thyristor T and the switch thyristor S are formed simultaneously in a series of manufacturing processes, the semiconductor layers constituting the switch thyristor S and the light emitting thyristor T have the same layer configuration. As a result, both the switch thyristor S and the light emitting thyristor T have both the light emitting function and the switch function, but the switch thyristor S uses only the switch function. In this way, the same structure and stable characteristics can be easily manufactured at a time, and the manufacturing cost can be reduced.

なお、絶縁層28は、各半導体層を形成した後、前述したポリイミドなどの樹脂材料をスピンコーティングしてから硬化させ、さらに電極と発光用サイリスタTとの接続に必要な各貫通孔29を形成するためにフォトリソグラフィによるパターニングおよびエッチングを施すことで作製される。   The insulating layer 28 is formed by forming each semiconductor layer, spin-coating the above-described resin material such as polyimide, and then curing, and further forming each through hole 29 necessary for connection between the electrode and the light emitting thyristor T. In order to achieve this, patterning and etching by photolithography are performed.

図7に示すように、発光用サイリスタTの幅方向Yの形状については、発光用サイリスタTの第1半導体層22と、第2半導体層23と、第3半導体層24とのゲート横配線GH寄りの端部は、第4半導体層25と、第5半導体層26と、オーミックコンタクト層27とのゲート横配線GH寄りの端部よりも、ゲート横配線GHに向かって突出し、ゲート横配線GHとの被接続部201を構成する。被接続部201の配列方向Xの長さは、前述した長さW2と等しい。なお、第3半導体層24の第2領域24bうち、被接続部201を構成する部分は、第4半導体層25が積層される部分よりも厚みが小さい。この理由は、エッチング工程によって、第3半導体層24の第2領域24bの表面を露出させて被接続部201を形成するときに、第4半導体層25が残存しないようにオーバーエッチングするためである。   As shown in FIG. 7, the shape of the light emitting thyristor T in the width direction Y is the gate lateral wiring GH of the first semiconductor layer 22, the second semiconductor layer 23, and the third semiconductor layer 24 of the light emitting thyristor T. The end near the gate protrudes toward the gate horizontal wiring GH from the end near the gate horizontal wiring GH of the fourth semiconductor layer 25, the fifth semiconductor layer 26, and the ohmic contact layer 27, and the gate horizontal wiring GH The connected part 201 is configured. The length of the connected portion 201 in the arrangement direction X is equal to the length W2 described above. In the second region 24b of the third semiconductor layer 24, the portion constituting the connected portion 201 is smaller in thickness than the portion where the fourth semiconductor layer 25 is laminated. This is because, when the connected portion 201 is formed by exposing the surface of the second region 24b of the third semiconductor layer 24 by the etching process, the fourth semiconductor layer 25 is over-etched so as not to remain. .

スイッチ用サイリスタSの幅方向Yの形状についても同様に、スイッチ用サイリスタSの第1半導体層32と、第2半導体層33と、第3半導体層34とのゲート横配線GH寄りの端部は、第4半導体層35と、第5半導体層36と、オーミックコンタクト層37とのゲート横配線GH寄りの端部よりも、ゲート横配線GHに向かって突出し、ゲート横配線GHとの被接続部202を構成する。また、オーバーエッチングを施すために、第3半導体層34の第2領域34bのうち、被接続部202を構成する部分の厚みは、第4半導体層35が積層される部分の厚みよりも小さく形成される。   Similarly for the shape of the switch thyristor S in the width direction Y, the end portions of the switch thyristor S near the gate lateral wiring GH of the first semiconductor layer 32, the second semiconductor layer 33, and the third semiconductor layer 34 are as follows. The fourth semiconductor layer 35, the fifth semiconductor layer 36, and the ohmic contact layer 37 protrude toward the gate horizontal wiring GH from the end portions near the gate horizontal wiring GH and are connected to the gate horizontal wiring GH. 202 is configured. Further, in order to perform over-etching, the thickness of the portion constituting the connected portion 202 in the second region 34b of the third semiconductor layer 34 is formed smaller than the thickness of the portion where the fourth semiconductor layer 35 is laminated. Is done.

絶縁層28は、発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSの表面に沿って形成されるとともに、発光用サイリスタTとスイッチ用サイリスタSとの間にも形成され、発光用サイリスタTとスイッチ用サイリスタSとが絶縁層28によって電気的に絶縁される。発光用サイリスタTとスイッチ用サイリスタSとの間に形成された絶縁層28の表面には、ゲート横配線GHおよびセレクト信号伝送路14が形成され、さらにそれらの表面に沿って絶縁層203が形成される。また、スイッチ用サイリスタSを挟んでゲート横配線と離反する側の絶縁層28の表面には、電源ライン11が形成され、さらにその表面に沿って絶縁層203が形成される。   The insulating layer 28 is formed along the surfaces of the light-emitting thyristor T and the switch thyristor S, and is also formed between the light-emitting thyristor T and the switch thyristor S, and the light-emitting thyristor T and the switch thyristor S. Are electrically insulated by the insulating layer 28. On the surface of the insulating layer 28 formed between the light emitting thyristor T and the switch thyristor S, the gate horizontal wiring GH and the select signal transmission path 14 are formed, and further, the insulating layer 203 is formed along these surfaces. Is done. Further, the power supply line 11 is formed on the surface of the insulating layer 28 on the side separated from the gate lateral wiring with the switch thyristor S interposed therebetween, and the insulating layer 203 is further formed along the surface.

形成された絶縁層28,203のうち、発光用サイリスタTの前記被接続部201およびゲート横配線GHの表面(基板反対側)に積層される部分には、貫通孔204,205が形成される。発光用サイリスタTの第3半導体層24の第2領域24b(ゲート電極bに対応する)とゲート横配線GHとを電気的に接続する接続部61は、これらの貫通孔204,205の部分および貫通孔204,205に挟まれた絶縁層28,203の部分に積層して設けられる。また、絶縁層28,203のうち、スイッチ用サイリスタSの前記被接続部202およびゲート横配線GHの表面(基板反対側)に積層される部分にも、貫通孔205,206が形成される。スイッチ用サイリスタSの第3半導体層34の第2領域34b(ゲート電極dに対応する)とゲート横配線GHを電気的に接続する接続部66は、これらの貫通孔205,206の部分および貫通孔205,206に挟まれた絶縁層28,203とに積層して設けられる。図7に示すように、ゲート横配線GHに積層する部分の絶縁層203に設けられた貫通孔205が共通する場合には、前記接続部61,66は一体で形成される。   In the formed insulating layers 28 and 203, through holes 204 and 205 are formed in portions of the light emitting thyristor T that are stacked on the connected portion 201 and the surface of the gate horizontal wiring GH (on the opposite side of the substrate). . The connection portion 61 that electrically connects the second region 24b (corresponding to the gate electrode b) of the third semiconductor layer 24 of the light emitting thyristor T and the gate lateral wiring GH includes the through holes 204 and 205 and The insulating layers 28 and 203 sandwiched between the through holes 204 and 205 are stacked and provided. Further, through holes 205 and 206 are also formed in portions of the insulating layers 28 and 203 that are stacked on the connected portion 202 of the switch thyristor S and the surface of the gate lateral wiring GH (on the opposite side of the substrate). The connection portion 66 that electrically connects the second region 34b (corresponding to the gate electrode d) of the third semiconductor layer 34 of the switch thyristor S and the gate lateral wiring GH includes the through-holes 205 and 206 and the through-holes. The insulating layers 28 and 203 sandwiched between the holes 205 and 206 are stacked. As shown in FIG. 7, when the through-hole 205 provided in the insulating layer 203 of the part laminated | stacked on the gate horizontal wiring GH is common, the said connection parts 61 and 66 are formed integrally.

また、前述したように、発光用サイリスタTに積層される絶縁層28のうち、オーミックコンタクト層27の表面(基板反対側)に積層される部分の一部には貫通孔29が形成される。この貫通孔29にアノードaの一部が形成されて、オーミックコンタクト層27に接触している。アノードaは、発光信号入力端子Aとの接続部60とともに一体形成される。接続部60は発光用サイリスタTの第4半導体層25、第5半導体層26およびオーミックコンタクト層27のゲート横配線GH寄りの端部の一部を覆い、第3半導体層24の第2領域24bに設けられた被接続部201に積層された絶縁層28の表面(基板反対側)の一部も積層して形成される。同様に、スイッチ用サイリスタSに積層される絶縁層28のうち、オーミックコンタクト層37の表面(基板反対側)に積層される部分の一部には貫通孔207が形成される。この貫通孔207にアノードcの一部が形成されて、オーミックコンタクト層37に接触している。   Further, as described above, the through hole 29 is formed in a part of the insulating layer 28 laminated on the light emitting thyristor T on the surface of the ohmic contact layer 27 (on the opposite side of the substrate). A part of the anode a is formed in the through hole 29 and is in contact with the ohmic contact layer 27. The anode a is integrally formed with the connection portion 60 with the light emission signal input terminal A. The connection portion 60 covers a part of the fourth semiconductor layer 25, the fifth semiconductor layer 26, and the ohmic contact layer 27 of the light emitting thyristor T near the gate lateral wiring GH, and the second region 24 b of the third semiconductor layer 24. A part of the surface (on the opposite side of the substrate) of the insulating layer 28 laminated on the connected portion 201 provided on the substrate is also laminated. Similarly, a through-hole 207 is formed in a part of the insulating layer 28 laminated on the switch thyristor S on the surface of the ohmic contact layer 37 (on the opposite side of the substrate). A part of the anode c is formed in the through hole 207 and is in contact with the ohmic contact layer 37.

またスイッチ用サイリスタSは遮光膜12で覆われる。遮光膜12の幅方向Yの一方の端は、スイッチ用サイリスタSの第4半導体層35、第5半導体層36およびオーミックコンタクト層37の、発光用サイリスタTと反対側の端部を覆い、遮光膜12の幅方向Yの他方の端は、スイッチ用サイリスタSの第3半導体層34の第2領域34bの前記被接続部202を覆い、セレクト信号伝送路14とスイッチ用サイリスタSとの中央付近まで延びる。   The switch thyristor S is covered with a light shielding film 12. One end of the light shielding film 12 in the width direction Y covers the end of the fourth semiconductor layer 35, the fifth semiconductor layer 36, and the ohmic contact layer 37 of the switching thyristor S on the side opposite to the light emitting thyristor T to shield the light. The other end in the width direction Y of the film 12 covers the connected portion 202 of the second region 34b of the third semiconductor layer 34 of the switch thyristor S, and is near the center between the select signal transmission line 14 and the switch thyristor S. Extend to.

図8は、図5の切断面線VIII−VIIIから見た発光素子アレイチップ1の基本的構成を示す一部の断面図である。   FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the basic configuration of the light-emitting element array chip 1 as viewed from the section line VIII-VIII in FIG.

CS抵抗RCSおよびプルアップ抵抗RPは、発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSを構成する各半導体層22〜26,32〜36のいずれかからなる半導体層を薄膜抵抗として利用すればよい。本実施の形態では、プルアップ抵抗RPは、第1半導体層52、第2半導体層53、および第3半導体層54によって構成される半導体薄膜を利用しており、CS抵抗RCSは、第1半導体層42、第2半導体層43、および第3半導体層44を利用している。CS抵抗RCSおよびプルアップ抵抗RPは、本実施の形態では、発光用サイリスタTおよびスイッチ用サイリスタSを構成する各半導体層22〜26,32〜36およびオーミックコンタクト層27,37を形成するときに同時に形成されるので、新たな製造工程を必要としない。   As the CS resistor RCS and the pull-up resistor RP, a semiconductor layer composed of any one of the semiconductor layers 22 to 26 and 32 to 36 constituting the light emitting thyristor T and the switch thyristor S may be used as a thin film resistor. In the present embodiment, the pull-up resistor RP uses a semiconductor thin film composed of the first semiconductor layer 52, the second semiconductor layer 53, and the third semiconductor layer 54, and the CS resistor RCS is the first semiconductor layer. The layer 42, the second semiconductor layer 43, and the third semiconductor layer 44 are used. In this embodiment, the CS resistor RCS and the pull-up resistor RP are used when the semiconductor layers 22 to 26 and 32 to 36 and the ohmic contact layers 27 and 37 constituting the light emitting thyristor T and the switch thyristor S are formed. Since they are formed at the same time, no new manufacturing process is required.

CS抵抗RCSを構成する第3半導体層44の幅方向Yの一方の端部の表面は、スイッチ用サイリスタSのゲート電極dとCS抵抗RCSとを接続する接続部65の一端が接続され、CS抵抗RCSの一端に相当する。またCS抵抗RCSを構成する第3半導体層44の幅方向Yの他方の端部は、セレクト信号伝送路14とCS抵抗RCSとを接続する接続部67の一端が接続され、CS抵抗RCSの他端に相当する。   The surface of one end portion in the width direction Y of the third semiconductor layer 44 constituting the CS resistor RCS is connected to one end of a connection portion 65 that connects the gate electrode d of the switch thyristor S and the CS resistor RCS. This corresponds to one end of the resistor RCS. The other end portion in the width direction Y of the third semiconductor layer 44 constituting the CS resistor RCS is connected to one end of a connection portion 67 that connects the select signal transmission path 14 and the CS resistor RCS. It corresponds to the end.

CS抵抗RCSを構成する第1半導体層42、第2半導体層43、および第3半導体層44と、プルアップ抵抗RPを構成する第1半導体層52、第2半導体層53、および第3半導体層54との全体の厚みを決定するためのエッチング工程も、前記被接続部201,202の形成と同時に行われる。したがって、CS抵抗RCSおよびプルアップ抵抗RPの厚みと前記被接続部201,202の厚みは等しい。   First semiconductor layer 42, second semiconductor layer 43, and third semiconductor layer 44 that form CS resistor RCS, and first semiconductor layer 52, second semiconductor layer 53, and third semiconductor layer that form pull-up resistor RP An etching process for determining the overall thickness of the connection portion 54 is performed simultaneously with the formation of the connected portions 201 and 202. Therefore, the thickness of the CS resistor RCS and the pull-up resistor RP is equal to the thickness of the connected parts 201 and 202.

図8において、絶縁層28は、CS抵抗RCSおよびプルアップ抵抗RPの表面に沿って形成されるとともに、CS抵抗RCSおよびプルアップ抵抗RPとの間にも形成され、CS抵抗RCSおよびプルアップ抵抗RPとが絶縁層28によって電気的に絶縁される。前述したように絶縁層28の表面には、ゲート横配線GH、セレクト信号伝送路14および電源ライン11が形成され、さらにそれらの表面に沿って絶縁層203が形成される。   In FIG. 8, the insulating layer 28 is formed along the surfaces of the CS resistor RCS and the pull-up resistor RP, and is also formed between the CS resistor RCS and the pull-up resistor RP. The insulating layer 28 is electrically insulated from the RP. As described above, the gate horizontal wiring GH, the select signal transmission line 14, and the power supply line 11 are formed on the surface of the insulating layer 28, and the insulating layer 203 is formed along these surfaces.

形成された絶縁層28,103のうち、セレクト信号伝送路14およびCS抵抗RCSを構成する第3半導体層44の幅方向Yの他端部の表面(基板反対側)に積層される部分には、貫通孔109,110が形成されて、それらを電気的に接続するための接続部67が設けられる。また、絶縁層28のうち、CS抵抗RCSを構成する第3半導体層44の幅方向Yの一端部の表面(基板反対側)に積層される部分にも貫通孔111が形成され、スイッチ用サイリスタSのゲート電極dとの接続部65が設けられる。さらに、形成された絶縁層28,103のうち、プルアップ抵抗RPと電源ライン11に積層される部分にも貫通孔112,113が形成され、それらを電気的に接続する接続部68が形成される。   Of the formed insulating layers 28 and 103, the portion laminated on the surface (the substrate opposite side) of the other end portion in the width direction Y of the third semiconductor layer 44 constituting the select signal transmission path 14 and the CS resistor RCS The through holes 109 and 110 are formed, and a connection portion 67 for electrically connecting them is provided. A through-hole 111 is also formed in a portion of the insulating layer 28 that is stacked on the surface of one end portion in the width direction Y of the third semiconductor layer 44 that constitutes the CS resistor RCS (on the opposite side of the substrate). A connection portion 65 to the S gate electrode d is provided. Further, in the formed insulating layers 28 and 103, through-holes 112 and 113 are also formed in a portion laminated on the pull-up resistor RP and the power supply line 11, and a connection portion 68 for electrically connecting them is formed. The

図9は、本発明の実施の一形態の発光装置10を模式的に示すブロック回路図である。発光装置10は、複数の発光素子アレイチップL1,L2,…,Lp−1,Lp(記号pは、2以上の正の整数)と、前記発光素子アレイチップL1〜Lpの駆動回路として、発光信号を供給する発光信号駆動IC(Integrated Circuit)130と、ゲート信号を供給するゲート信号駆動IC131と、セレクト信号を供給するセレクト信号駆動IC132とを含んで構成される。各駆動ICは後述する制御手段96に基づいて、画像情報を出力する。各発光素子アレイチップL1〜Lpについて、それぞれを総称して指す場合および不特定のものを指す場合に、単に発光素子アレイチップLと記載する。また、発光素子アレイチップLを単にアレイチップLと記載する場合がある。本実施の形態では各アレイチップLには、図5に示す発光素子アレイチップ1を用いる。なお、セレクト信号駆動IC132が前記第1の駆動回路に対応し、ゲート信号駆動IC131が前記第2の駆動回路に対応し、発光信号駆動IC130が前記第3の駆動回路に対応する。   FIG. 9 is a block circuit diagram schematically showing the light emitting device 10 according to the embodiment of the present invention. The light emitting device 10 emits light as a plurality of light emitting element array chips L1, L2,..., Lp-1, Lp (the symbol p is a positive integer of 2 or more) and a drive circuit for the light emitting element array chips L1 to Lp. A light emission signal drive IC (Integrated Circuit) 130 that supplies a signal, a gate signal drive IC 131 that supplies a gate signal, and a select signal drive IC 132 that supplies a select signal are included. Each drive IC outputs image information based on a control means 96 described later. Each of the light emitting element array chips L1 to Lp is simply referred to as the light emitting element array chip L when collectively referring to each of the light emitting element array chips L1 to Lp. Further, the light emitting element array chip L may be simply referred to as an array chip L. In the present embodiment, the light-emitting element array chip 1 shown in FIG. The select signal drive IC 132 corresponds to the first drive circuit, the gate signal drive IC 131 corresponds to the second drive circuit, and the light emission signal drive IC 130 corresponds to the third drive circuit.

各アレイチップLは、配列方向Xに沿って発光素子Tが一列に配列されて、各発光素子Tからの光の出射方向を揃えて回路基板に実装される。ただし、図9には回路基板は図示していない。また、発光信号駆動IC130とゲート信号駆動IC131とセレクト信号駆動IC132とは、前記回路基板に実装される。回路基板にはさらに、各駆動IC130〜132の出力端子と各アレイチップLのボンディングパッドとを接続するためのパターン配線が形成され、パターン配線とボンディングパッドとがボンディングワイヤで接続される。   In each array chip L, the light emitting elements T are arranged in a line along the arrangement direction X, and the light emitting directions from the respective light emitting elements T are aligned and mounted on the circuit board. However, the circuit board is not shown in FIG. The light emission signal driving IC 130, the gate signal driving IC 131, and the select signal driving IC 132 are mounted on the circuit board. Further, pattern wiring for connecting the output terminals of the driving ICs 130 to 132 and the bonding pads of the array chips L is formed on the circuit board, and the pattern wiring and the bonding pads are connected by bonding wires.

前述したように、発光素子アレイチップ1には、m個の発光信号用ボンディングパッドA、1個のセレクト信号用ボンディングパッドCS、および4個のゲート信号用ボンディングパッドGが含まれる。さらに前記プルアップ抵抗RPの他端(スイッチ用サイリスタSのゲート電極dが接続されるのと反対側)に印加される正電源を接続するための電源用ボンディングパッドVsが必要であり、図9に図示されている。なお、図9に示されたp個のアレイチップが実装されている本実施の形態の場合には、各アレイチップLを構成する発光素子Tの配列方向Xに沿う一方から他方に向かって、各アレイチップに第1番から第p番まで番号を付すと、第i10(1≦i10≦p)番目のアレイチップLのセレクト信号用ボンディングパッドCSをセレクト信号用ボンディングパッドCSi10と記載する。不特定のアレイチップLのセレクト信号用ボンディングパッドCS1〜CSpを指すときは、単にセレクト信号用ボンディングパッドCSと記載する場合がある。 As described above, the light emitting element array chip 1 includes m light emitting signal bonding pads A, one select signal bonding pad CS, and four gate signal bonding pads G. Further, a power supply bonding pad Vs for connecting a positive power supply applied to the other end of the pull-up resistor RP (the side opposite to the connection of the gate electrode d of the switch thyristor S) is required. Is shown in FIG. In the case of the present embodiment in which p array chips shown in FIG. 9 are mounted, from one to the other along the arrangement direction X of the light emitting elements T constituting each array chip L, When each array chip is numbered from No. 1 to No. p, the select signal bonding pad CS of the i 10 (1 ≦ i 10 ≦ p) th array chip L is described as a select signal bonding pad CSi 10. To do. When referring to the select signal bonding pads CS1 to CSp of the unspecified array chip L, the select signal bonding pads CS may be simply described.

発光信号駆動IC130は、各アレイチップLの発光信号用ボンディングパッドA1〜Amと同数(m個)の発光信号出力端子λ1〜λmを有する。発光信号出力端子λ1〜λmについて、複数のものを総称する場合または不特定のものを指す場合に、単に発光信号出力端子λと記載する場合がある。各発光信号用ボンディングパッドAと発光信号出力端子λとの接続は、異なるアレイチップ間で配線を共用して接続される。p個のアレイチップが実装されている本実施の形態の場合には、各アレイチップLを構成する発光素子Tの配列方向Xに沿う一方から他方に向かって、発光信号用ボンディングパッドA1〜Amに第1番から第m番まで番号を付し、また発光信号出力端子λ1〜λmにも第1番から第m番まで番号を付すと、p個のアレイチップのそれぞれの第i(1≦i≦m)番目の発光信号用ボンディングパッドAi同士が電気的に接続され、さらに第i番目の発光信号出力端子λiに電気的に接続される。 The light emission signal drive IC 130 has the same number (m) of light emission signal output terminals λ1 to λm as the light emission signal bonding pads A1 to Am of each array chip L. The light emission signal output terminals λ1 to λm may be simply referred to as the light emission signal output terminal λ when collectively referring to a plurality of light emission signal outputs terminals λ1 to λm. Each light emitting signal bonding pad A and the light emitting signal output terminal λ are connected by sharing wiring between different array chips. In the case of this embodiment in which p array chips are mounted, light emitting signal bonding pads A1 to Am from one to the other along the arrangement direction X of the light emitting elements T constituting each array chip L. Are numbered from 1 to m, and the light emission signal output terminals λ1 to λm are also numbered from 1 to m, respectively, i 8 (1) of each of the p array chips. ≦ i 8 ≦ m) The light emitting signal bonding pads Ai 8 are electrically connected to each other and further electrically connected to the i 8th light emitting signal output terminal λi 8 .

ゲート信号駆動IC131は各アレイチップLのゲート信号用ボンディングパッドG1〜G4と同数(4個)のゲート信号出力端子μ1〜μ4を有する。ゲート信号出力端子μ1〜μ4について、複数のものを総称する場合または不特定のものを指す場合に、単にゲート信号出力端子μと記載する場合がある。各ゲート信号用ボンディングパッドGとゲート信号出力端子μとの接続は、異なるアレイチップ間で配線を共用して接続される。p個のアレイチップが実装されている本実施の形態の場合には、各アレイチップLを構成する発光素子Tの配列方向Xに沿う一方から他方に向かって、ゲート信号用ボンディングパッドG1〜G4に第1番から第4番まで番号を付し、またゲート信号出力端子μ1〜μ4にも第1番から第4番まで番号を付すと、p個のアレイチップそれぞれの第i(1≦i≦4)番目のゲート信号用ボンディングパッドGi同士が電気的に接続され、さらに第i番目のゲート信号出力端子μiに電気的に接続される。 The gate signal driving IC 131 has the same number (four) of gate signal output terminals μ1 to μ4 as the gate signal bonding pads G1 to G4 of each array chip L. The gate signal output terminals μ1 to μ4 may be simply referred to as the gate signal output terminal μ when collectively referring to a plurality of gate signal output terminals μ1 to μ4 or when referring to an unspecified one. Each gate signal bonding pad G and the gate signal output terminal μ are connected by sharing wiring between different array chips. In the case of the present embodiment in which p array chips are mounted, the gate signal bonding pads G1 to G4 are directed from one to the other along the arrangement direction X of the light emitting elements T constituting each array chip L. Are numbered from No. 1 to No. 4 and gate signal output terminals μ1 to μ4 are also numbered from No. 1 to No. 4, respectively, and the i 9 (1 ≦ 1) of each of the p array chips. i 9 ≦ 4) The gate signal bonding pads Gi 9 are electrically connected to each other, and further electrically connected to the i 9th gate signal output terminal μi 9 .

セレクト信号駆動IC132はアレイチップLと同数(p個)のセレクト信号出力端子ν1〜νpを有する。セレクト信号出力端子ν1〜νpについて、複数のものを総称する場合または不特定のものを指す場合に、単にセレクト信号出力端子νと記載する場合がある。各セレクト信号用ボンディングパッドCSi10とセレクト信号出力端子νとの接続は、各アレイチップと個別に接続される。p個のアレイチップが実装されている本実施の形態の場合には、各アレイチップLを構成する発光素子Tの配列方向Xに沿う一方から他方に向かって、各アレイチップに第1番から第p番まで番号を付し、またセレクト信号出力端子ν1〜νpにも第1番から第p番まで番号を付すと、第i10(1≦i10≦p)番目のアレイチップLのセレクト信号用ボンディングパッドCSi10と第i10番目のセレクト信号出力端子νi10とが電気的に接続される。 The select signal driving IC 132 has the same number (p) of select signal output terminals ν1 to νp as the array chip L. The select signal output terminals ν1 to νp may be simply referred to as a select signal output terminal ν when collectively referring to a plurality of select signal output terminals ν1 to νp. Each select signal bonding pad CSi 10 and the select signal output terminal ν are individually connected to each array chip. In the case of this embodiment in which p array chips are mounted, each array chip starts from the first along the array direction X of the light emitting elements T constituting each array chip L. When numbers are assigned to the p-th and the select signal output terminals ν1 to νp are also numbered from the first to the p-th, the select of the i 10 (1 ≦ i 10 ≦ p) -th array chip L The signal bonding pad CSi 10 and the i-th 10th select signal output terminal νi 10 are electrically connected.

前述したように、各アレイチップLのセレクト信号用ボンディングパッドCSとセレクト信号出力端子νとが個別に接続されるので、セレクト信号駆動IC132は、各アレイチップLのセレクト信号用ボンディングパッドCSに順番にセレクト信号を出力して、アレイチップLを順番にセレクト状態にすることできる。一方、各アレイチップLとゲート信号駆動IC131との配線は共用されているので、例えば、第i(1≦i≦4)番目のゲート信号出力端子μiから出力されたゲート信号は、すべてのアレイチップLの第i(1≦i≦4)番目のゲート信号用ボンディングパッドGiに入力され、すべてのアレイチップLの第i番目のスイッチ用サイリスタSiのアノードciに入力される。しかし、各アレイチップLの第i番目のスイッチ用サイリスタSiの中でスイッチングするのは、セレクト信号が入力されることでセレクト状態にあるアレイチップLのみである。さらに、セレクト状態にあるアレイチップLの第i番目のゲート横配線GHiに接続された発光用サイリスタTの中で、発光信号駆動IC130から発光信号が入力された発光素子ブロックBに属する発光用サイリスタTが発光する。 As described above, since the select signal bonding pad CS of each array chip L and the select signal output terminal ν are individually connected, the select signal driving IC 132 is sequentially connected to the select signal bonding pad CS of each array chip L. The select signal can be output to the array chip L in order. On the other hand, since the wiring of each array chip L and the gate signal driving IC 131 is shared, for example, the gate signal output from the i 9 (1 ≦ i 9 ≦ 4) th gate signal output terminal μi 9 is Input to the i 9 (1 ≦ i 9 ≦ 4) th gate signal bonding pad Gi 9 of all the array chips L, and the anodes ci 9 of the i 9th switch thyristors Si 9 of all the array chips L Is input. However, for switching among the i 9 th switch thyristor Si 9 of each array chip L is only array chip L in the selected state by the selection signal is input. Further, among the light emitting thyristors T connected to the i 9th gate horizontal wiring GHi 9 of the array chip L in the selected state, the light emission belonging to the light emitting element block B to which the light emission signal is input from the light emission signal driving IC 130. The thyristor T for use emits light.

このように、セレクト状態にあるアレイチップLを順番に切り替えることで、複数の発光素子アレイ間でゲート信号駆動IC131および発光信号駆動IC130を共用にする時分割駆動を安定に動作させることができる。したがって、駆動用ICの数、および駆動用ICを実装する基板の層数を少なくすることができ、発光素子アレイおよび駆動用IC実装基板の面積を小さくすることができ、結果として小型でかつ安定に動作する発光装置が実現できる。   As described above, by switching the array chips L in the selected state in order, it is possible to stably operate time-division driving in which the gate signal driving IC 131 and the light emitting signal driving IC 130 are shared among the plurality of light emitting element arrays. Accordingly, the number of driving ICs and the number of layers of the board on which the driving ICs are mounted can be reduced, and the area of the light emitting element array and the driving IC mounting board can be reduced. As a result, it is small and stable. A light emitting device that operates in a short time can be realized.

図10は、発光装置10の動作を示すタイミングチャートであり、横軸は基準時刻からの経過時間を表し、縦軸は信号レベルを電圧または電流の大きさで表す。図10では、発光信号駆動IC130、ゲート信号駆動IC131、およびセレクト信号駆動IC132のそれぞれの信号出力端子(発光信号出力端子λ、ゲート信号出力端子μ、およびセレクト信号出力端子ν)から出力される信号(発光信号、ゲート信号およびセレクト信号)の波形が示されている。さらに、プルアップ抵抗RPの他端(スイッチ用サイリスタSのゲート電極dが接続されるのと反対側)に印加される電源電圧Vccの波形も示されている。なお、図10では、出力波形の参照符号には、各信号出力端子と接続されるボンディングパッド(信号入力端子)の参照符号を用いている。   FIG. 10 is a timing chart showing the operation of the light emitting device 10, where the horizontal axis represents the elapsed time from the reference time, and the vertical axis represents the signal level in terms of voltage or current. In FIG. 10, signals output from the signal output terminals (light emission signal output terminal λ, gate signal output terminal μ, and select signal output terminal ν) of the light emission signal drive IC 130, the gate signal drive IC 131, and the select signal drive IC 132, respectively. Waveforms of (light emission signal, gate signal and select signal) are shown. Furthermore, the waveform of the power supply voltage Vcc applied to the other end of the pull-up resistor RP (the side opposite to the side where the gate electrode d of the switch thyristor S is connected) is also shown. In FIG. 10, reference numerals of bonding pads (signal input terminals) connected to the signal output terminals are used as reference numerals of the output waveform.

本実施の形態では、発光信号駆動IC130は、ハイ(H)レベルのとき5mA、ロー(L)レベルのとき0mAの定電流を出力する。ゲート信号駆動IC131は、ハイ(H)レベルのとき1mA、ロー(L)レベルのとき0mAの定電流を出力する。セレクト信号駆動IC132は、ハイ(H)レベルのとき5V、ロー(L)レベルのとき0Vの定電圧を出力する。また、プルアップ抵抗の他端(スイッチ用サイリスタSのゲート電極dが接続されるのと反対側)に印加される電源電圧Vccは5Vである。   In the present embodiment, the light emission signal driving IC 130 outputs a constant current of 5 mA when the level is high (H) and 0 mA when the level is low (L). The gate signal driving IC 131 outputs a constant current of 1 mA when the level is high (H) and 0 mA when the level is low (L). The select signal driving IC 132 outputs a constant voltage of 5V when the level is high (H) and 0V when the level is low (L). The power supply voltage Vcc applied to the other end of the pull-up resistor (the side opposite to the side where the gate electrode d of the switch thyristor S is connected) is 5V.

図10を用いて、発光装置10の動作を時間の経過の順に説明する。時刻t0では、セレクト信号はハイ(H)レベルであるので、どのアレイチップも選択状態にない。時刻t1で、第1番目のアレイチップL1に入力されるセレクト信号をロー(L)レベルにすることで、第1番目のアレイチップL1がセレクト状態になる。時刻t2で、各アレイチップLの第1番目のゲート信号入力端子G1にハイ(H)レベルの信号が入力される。すると、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のみ、第1番目のスイッチ用サイリスタS1がスイッチングしてオン状態に遷移し、スイッチ用サイリスタS1のゲート電極d1に接続されたゲート横配線GH1の電位がほぼローレベル(0V)になる。次に、時刻t3で、各アレイチップの発光信号入力端子A1〜Amに発光信号が入力される。すると、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のうちで、第1番目のゲート横配線GH1に接続された発光用サイリスタTが発光する。時刻t4で発光信号がロー(L)レベルに戻るので消灯する。次に、時刻t5で、第1番目のゲート信号入力端子G1に入力されるゲート信号がロー(L)レベルに戻り、第2番目のゲート信号入力端子G2に入力されるゲート信号がハイ(H)レベルになる。すると、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のみ、第2番目のスイッチ用サイリスタS2がスイッチングしてオン状態に遷移する。時刻t6〜t7では、再び各アレイチップの発光信号入力端子A1〜Amに発光信号が入力される。すると、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のうちで、第2番目のゲート横配線GH2に接続された発光用サイリスタTが発光する。以下同様に、時刻t8〜t11では、第3番目のゲート信号入力端子G3に入力されるゲート信号がハイ(H)レベルになるので、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のうち、第3番目のスイッチ用サイリスタS3がスイッチングしてオン状態に遷移する。この状態で、時刻t9〜t10で、再び各アレイチップの発光信号入力端子A1〜Amに発光信号が入力されるので、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のうちで、第3番目のゲート横配線GH3に接続された発光用サイリスタTが発光する。また、時刻t11〜t14では、第4番目のゲート信号入力端子G4に入力されるゲート信号がハイ(H)レベルになるので、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のうち、第4番目のスイッチ用サイリスタS4がスイッチングしてオン状態に遷移する。この状態で、時刻t12〜t13で、再び各アレイチップの発光信号入力端子A1〜Amに発光信号が入力されるので、選択状態にある第1番目のアレイチップL1のうちで、第4番目のゲート横配線GH4に接続された発光用サイリスタTが発光する。時刻t15で、第1番目のアレイチップL1のスイッチ用サイリスタSのゲートがハイ(H)レベルに遷移し、第1番目のアレイチップL1の選択状態は終了するとともに、時刻t15で第2番目のアレイチップL2のセレクト信号入力端子CS2に入力されるセレクト信号がロー(L)レベルに遷移し、第2番目のアレイチップL2の選択状態が開始する。   The operation of the light emitting device 10 will be described in the order of time passage with reference to FIG. At time t0, since the select signal is at the high (H) level, no array chip is in the selected state. At time t1, the select signal input to the first array chip L1 is set to a low (L) level, so that the first array chip L1 enters the select state. At time t2, a high (H) level signal is input to the first gate signal input terminal G1 of each array chip L. Then, only in the selected first array chip L1, the first switch thyristor S1 switches to the ON state, and the gate horizontal wiring GH1 connected to the gate electrode d1 of the switch thyristor S1 is switched. The potential is almost low (0 V). Next, at time t3, light emission signals are input to the light emission signal input terminals A1 to Am of each array chip. Then, the light emitting thyristor T connected to the first gate horizontal wiring GH1 in the first array chip L1 in the selected state emits light. Since the light emission signal returns to the low (L) level at time t4, the light is turned off. Next, at time t5, the gate signal input to the first gate signal input terminal G1 returns to the low (L) level, and the gate signal input to the second gate signal input terminal G2 is high (H ) Become a level. Then, only in the selected first array chip L1, the second switch thyristor S2 is switched to be turned on. From time t6 to t7, the light emission signal is input again to the light emission signal input terminals A1 to Am of each array chip. Then, the light emitting thyristor T connected to the second gate horizontal wiring GH2 in the first array chip L1 in the selected state emits light. Similarly, from time t8 to t11, since the gate signal input to the third gate signal input terminal G3 is at the high (H) level, the first array chip L1 in the selected state is the first one. The third switch thyristor S3 is switched to be turned on. In this state, at time t9 to t10, the light emission signal is input again to the light emission signal input terminals A1 to Am of each array chip. Therefore, among the first array chips L1 in the selected state, the third one is selected. The light emitting thyristor T connected to the gate lateral wiring GH3 emits light. In addition, at time t11 to t14, the gate signal input to the fourth gate signal input terminal G4 is at the high (H) level, so the fourth array chip L1 in the selected state is the fourth one. The switching thyristor S4 switches to the ON state. In this state, at time t12 to t13, the light emission signal is input again to the light emission signal input terminals A1 to Am of each array chip. Therefore, among the first array chips L1 in the selected state, the fourth one. The light emitting thyristor T connected to the gate lateral wiring GH4 emits light. At time t15, the gate of the switching thyristor S of the first array chip L1 transitions to a high (H) level, the selection state of the first array chip L1 is completed, and the second array chip at time t15. The select signal input to the select signal input terminal CS2 of the array chip L2 transitions to the low (L) level, and the selection state of the second array chip L2 starts.

このように、セレクト信号を第1番目のアレイチップから順番に与え、順番にアレイチップを選択状態にすることで、アレイチップLごとの時分割駆動が可能となる。さらに、ゲート信号が、第1番目のスイッチ用サイリスタから順番に与えられることで、アレイチップLの中での時分割駆動が可能になる。   As described above, by applying the select signals in order from the first array chip and sequentially selecting the array chips, the time-division driving for each array chip L becomes possible. Further, the gate signal is sequentially applied from the first switch thyristor, so that time-division driving in the array chip L is possible.

図11は、発光用サイリスタTのアノード電圧とアノード電流との関係である順方向電圧−電流特性を示すグラフである。アノード電圧は、カソードの電位を0(零)ボルト(V)としたときのアノードの電位を表し、アノード電流は、アノードに流入する電流を表す。   FIG. 11 is a graph showing a forward voltage-current characteristic that is a relationship between the anode voltage and the anode current of the light emitting thyristor T. The anode voltage represents the anode potential when the cathode potential is 0 (zero) volts (V), and the anode current represents the current flowing into the anode.

図11は、横軸をアノード電圧とし、縦軸をアノード電流としている。また、図11には負荷線70も示されている。発光用サイリスタTは、ゲート電極bに制御信号を与えることによってしきい電圧VBOが低下するので、動作点が、順方向電圧−電流特性を表す特性曲線71と、負荷線70とが交わるオフ状態のq2点から、特性曲線71と負荷線70とが交わるオン状態のq1点へと遷移することで発光する。オン状態のq1点では、アノードとカソードとの間に主電流が流れる。 In FIG. 11, the horizontal axis represents the anode voltage, and the vertical axis represents the anode current. FIG. 11 also shows a load line 70. In the thyristor T for light emission, the threshold voltage V BO is lowered by giving a control signal to the gate electrode b, so that the operating point is off at which the characteristic curve 71 representing the forward voltage-current characteristic and the load line 70 intersect. Light is emitted by transition from the point q2 in the state to the point q1 in the on state where the characteristic curve 71 and the load line 70 intersect. A main current flows between the anode and the cathode at the point q1 in the on state.

具体的に数値を使って、発光用サイリスタTの動作を説明する。ここでは、カソードの電位を0ボルト(V)として、発光信号がハイ(H)レベルのとき、アノードaに5Vの電位を与え、発光信号がロー(L)レベルのとき、アノードaに0Vの電位を与えるものとする。また制御信号がハイ(H)レベルのとき、ゲート電極bに5Vの電位を与え、制御信号がロー(L)レベルのとき、ゲート電極gに0Vの電位を与えるものとする。   The operation of the light emitting thyristor T will be described specifically using numerical values. Here, when the cathode potential is 0 volt (V), when the light emission signal is at a high (H) level, a potential of 5 V is applied to the anode a, and when the light emission signal is at a low (L) level, 0 V is applied to the anode a. A potential shall be applied. When the control signal is high (H) level, a potential of 5V is applied to the gate electrode b, and when the control signal is low (L) level, a potential of 0V is applied to the gate electrode g.

まず、ゲート信号がハイ(H)レベルのとき、ゲート電極bの電位は5Vとなるので、アノード電流を流すためには、ゲート電極bの電位5Vよりも、第3半導体層(N型)および第4半導体層(P型)によって形成されるダイオードの順方向降下電圧分だけ高い電位をアノードaに与える必要がある。順方向降下電圧は、発光サイリスタがGaAsまたはAlGaAsで作製される場合には約1.5Vである。したがって、発光信号をハイ(H)レベルにしても、発光用サイリスタTは、q2点のオフ状態となり発光しない。次に、ゲート信号がロー(L)レベルのとき、ゲート電極bの電位は0Vとなるので、アノード電流を流すためには、ゲート電極gの電位0Vよりも、第3半導体層(N型)および第4半導体層(P型)によって形成されるダイオードの順方向降下電圧分だけ高い電位をアノードaに与える必要がある。したがって、発光信号をハイ(H)レベルにすれば、発光用サイリスタTは、q1点のオン状態となりアノード電流が流れ発光する。   First, when the gate signal is at a high (H) level, the potential of the gate electrode b is 5 V. Therefore, in order to flow the anode current, the third semiconductor layer (N-type) and the potential of the gate electrode b are more than 5 V. It is necessary to apply a potential higher to the anode a by the forward drop voltage of the diode formed by the fourth semiconductor layer (P type). The forward drop voltage is about 1.5V when the light emitting thyristor is made of GaAs or AlGaAs. Therefore, even if the light emission signal is set to the high (H) level, the light emitting thyristor T is turned off at the point q2 and does not emit light. Next, when the gate signal is at a low (L) level, the potential of the gate electrode b is 0 V. Therefore, in order to flow the anode current, the third semiconductor layer (N-type) is more than the potential 0 V of the gate electrode g. Further, it is necessary to apply a potential higher to the anode a by the forward drop voltage of the diode formed by the fourth semiconductor layer (P type). Therefore, when the light emission signal is set to the high (H) level, the light emitting thyristor T is turned on at the point q1, and the anode current flows to emit light.

なお、スイッチ用サイリスタSの構成およびその動作も、発光用サイリスタTの場合と同様に説明することができる。   The configuration and operation of the switch thyristor S can be described in the same manner as in the case of the light emitting thyristor T.

前記しきい電圧VBOは、前述の電流増幅率βにも関係を有しており、しきい電圧VBOは、ある程度以上大きく設定することが好ましい。本実施形態において、印加電圧がしきい電圧VBOを超えることによって起こる降伏は、パンチスルーによる降伏である。コレクタ接合にかかる電圧が高くなれば高くなるほど、ベース領域に広がり、ベース幅が減小する。これによって、電流増幅率βが増大し、ベース電流でコレクタ電流が制御されない状態となる。本実施形態においてしきい電圧VBOは、パンチスルーによる降伏を前提として設計される。 The threshold voltage V BO is also related to the current amplification factor β described above, and it is preferable that the threshold voltage V BO is set larger than a certain level. In the present embodiment, the breakdown that occurs when the applied voltage exceeds the threshold voltage V BO is breakdown due to punch-through. The higher the voltage applied to the collector junction, the wider the base region and the smaller the base width. As a result, the current amplification factor β increases, and the collector current is not controlled by the base current. In this embodiment, the threshold voltage V BO is designed on the premise of breakdown due to punch-through.

したがって、しきい電圧VBOは、キャリアの電荷量を「q」(クーロン、「C」)、ベースのキャリア濃度を「N」、ベースの厚み寸法を「W」、第1領域64aのキャリア濃度を「NN1」、第1領域64aの厚み寸法を「WN1」、第2領域のキャリア濃度を「NN2」、誘電率を「εε」、拡散電位を「V」とおくと、 Therefore, the threshold voltage V BO is such that the carrier charge amount is “q” (Coulomb, “C”), the base carrier concentration is “N P ”, the base thickness dimension is “W P ”, and the first region 64a The carrier concentration is “N N1 ”, the thickness dimension of the first region 64 a is “W N1 ”, the carrier concentration of the second region is “N N2 ”, the dielectric constant is “εε 0 ”, and the diffusion potential is “V D ”. When,

Figure 0005543124
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と表すことができる。また拡散電位Vは、ボルツマン定数を「k」、温度を「T」、真性キャリア濃度を「n」として、 It can be expressed as. Further, the diffusion potential V d is expressed by assuming that the Boltzmann constant is “k”, the temperature is “T”, and the intrinsic carrier concentration is “n i ”.

Figure 0005543124
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と表すことができる。「ln」は、底をネピアの数「e」とする自然対数を表す。この計算式は、空乏層が、ベースの少なくとも一部、すなわち第2半導体層23と、第1領域24aと、第2領域24bとを含む範囲に形成されることを前提とし、さらに降伏がパンチスルーによって生じるものとするので、空乏層の厚み寸法がベースの第2半導体層23の膜厚に一致する条件を追加して算出したものである。 It can be expressed as. “Ln” represents a natural logarithm with the base “e” as the number of Napiers. This calculation formula assumes that the depletion layer is formed in at least a part of the base, that is, the range including the second semiconductor layer 23, the first region 24a, and the second region 24b, and further, the breakdown is punched. Since it is caused by the through, it is calculated by adding a condition that the thickness dimension of the depletion layer matches the film thickness of the base second semiconductor layer 23.

式(2)から、しきい電圧VBOを充分に大きく設定しようとすれば、ベースとなる第2半導体層23のキャリア濃度「N」および膜厚「W」の少なくともいずれか一方を大きくすることが必要となることが分かる。ベースとなる層の膜厚「Wp」は、すなわち厚み寸法「W」であるので、これを大きく設定すれば電流増幅率βの値が小さくなってしまう。 From equation (2), if the threshold voltage V BO is set sufficiently large, at least one of the carrier concentration “N P ” and the film thickness “W P ” of the second semiconductor layer 23 serving as the base is increased. It turns out that it is necessary to do. Since the film thickness “Wp” of the base layer is the thickness dimension “W B ”, if this is set large, the value of the current amplification factor β becomes small.

本実施形態では、第1領域24aのキャリア濃度の値を5×1015(cm−3)以上1×1016(cm−3)としたことによって、電流増幅率βの値を、充分に大きくすることができ、かつトランジスタ型の各層を形成する層のうち、ベースの層の厚み寸法およびキャリア濃度を大きく設定しなくても、電圧VBOを充分に大きくすることができる。このように、第1領域24aのキャリア濃度の調整によって、電流増幅率βの値を充分に大きく設定し、かつベースの層の厚み寸法およびキャリア濃度を低く抑えることと、発光のために必要となるしきい電圧VBOを充分に大きくすることとを両立することができる。したがって、発光強度に対する電流増幅率βの影響を抑制することができる。 In the present embodiment, the value of the current amplification factor β is made sufficiently large by setting the value of the carrier concentration of the first region 24 a to 5 × 10 15 (cm −3 ) or more and 1 × 10 16 (cm −3 ). The voltage V BO can be sufficiently increased without setting the thickness dimension and the carrier concentration of the base layer among the layers forming the transistor-type layers. As described above, the adjustment of the carrier concentration in the first region 24a requires setting the current amplification factor β sufficiently large, keeping the thickness dimension of the base layer and the carrier concentration low, and light emission. It is possible to achieve both a sufficiently large threshold voltage VBO . Therefore, the influence of the current amplification factor β on the emission intensity can be suppressed.

次に、本発明の発光装置を用いて構成される本発明の実施の一形態の画像形成装置87について説明する。   Next, an image forming apparatus 87 according to an embodiment of the present invention configured using the light emitting device of the present invention will be described.

図12は、図5に示した発光装置10を有する画像形成装置87の基本的構成を示す側面図である。画像形成装置87は、電子写真方式の画像形成装置であり、発光装置10を、感光体ドラム90への露光装置に使用している。本実施の形態では、複数の発光装置10および駆動手段73が、回路基板に実装される。回路基板に実装される複数の発光装置10を、単に発光装置10と記載する。   FIG. 12 is a side view showing a basic configuration of an image forming apparatus 87 having the light emitting device 10 shown in FIG. The image forming apparatus 87 is an electrophotographic image forming apparatus, and the light emitting device 10 is used as an exposure device for the photosensitive drum 90. In the present embodiment, a plurality of light emitting devices 10 and driving means 73 are mounted on a circuit board. The plurality of light emitting devices 10 mounted on the circuit board are simply referred to as the light emitting devices 10.

画像形成装置87は、Y(イエロ)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の4色のカラー画像を形成するタンデム方式を採用した装置であり、大略的に、4つの発光装置10Y,10M,10C,10K、集光手段であるレンズアレイ88Y,88M,88C,88k、前記発光装置10および駆動手段73が実装された回路基板31およびレンズアレイ88を保持する第1ホルダ89Y,89M,89C,89K、4つの感光体ドラム90Y,90M,90C,90K、4つの現像剤供給手段91Y,91M,91C,91K、転写手段である転写ベルト92、4つのクリーナ93Y,93M,93C,93K、4つの帯電器94Y,94M,94C,94K、定着手段95および制御手段96を含んで構成される。   The image forming apparatus 87 is an apparatus that employs a tandem system that forms four color images of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), and is roughly divided into four light emitting elements. Devices 10Y, 10M, 10C, 10K, lens arrays 88Y, 88M, 88C, 88k as condensing means, circuit board 31 on which the light emitting device 10 and driving means 73 are mounted, and a first holder 89Y for holding the lens array 88. 89M, 89C, 89K, four photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, 90K, four developer supply means 91Y, 91M, 91C, 91K, a transfer belt 92 as transfer means, and four cleaners 93Y, 93M, 93C. , 93K, four chargers 94Y, 94M, 94C, 94K, a fixing means 95 and a control means 96.

各発光装置10は、駆動手段73によって各色のカラー画像情報に基づいて駆動される。4つ発光装置10のX方向の長さW11は、たとえば200mm〜400mmに選ばれる。   Each light emitting device 10 is driven by the driving means 73 based on the color image information of each color. The length W11 in the X direction of the four light emitting devices 10 is selected from 200 mm to 400 mm, for example.

各発光装置10の発光素子Lからの光は、レンズアレイ88を介して各感光体ドラム90C,90M,90Y,90Kに集光して照射される。レンズアレイ88は、たとえば発光素子Lの光軸上にそれぞれ配置される複数のレンズを含み、これらのレンズを一体的に形成して構成される。   Light from the light emitting element L of each light emitting device 10 is condensed and irradiated onto each of the photosensitive drums 90C, 90M, 90Y, and 90K via the lens array 88. The lens array 88 includes, for example, a plurality of lenses respectively disposed on the optical axis of the light emitting element L, and is configured by integrally forming these lenses.

発光装置10が実装される回路基板およびレンズアレイ88は、第1ホルダ89によって保持される。ホルダ89によって、発光素子Lの光照射方向と、レンズアレイ88のレンズの光軸方向とがほぼ一致するようにして位置合わせされる。   The circuit board on which the light emitting device 10 is mounted and the lens array 88 are held by the first holder 89. By the holder 89, the light irradiation direction of the light emitting element L and the optical axis direction of the lens of the lens array 88 are aligned so as to be substantially aligned.

各感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kは、たとえば円筒状の基体表面に感光体層を被着して成り、その外周面には各発光装置10Y,10M,10C,10Kからの光を受けて静電潜像が形成される静電潜像形成位置が設定される。   Each of the photoconductive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K is formed, for example, by adhering a photoconductive layer on the surface of a cylindrical substrate, and the outer peripheral surface receives light from the light emitting devices 10Y, 10M, 10C, and 10K. Then, an electrostatic latent image forming position where the electrostatic latent image is formed is set.

各感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kの周辺部には、各静電潜像形成位置を基準として回転方向下流側に向かって順番に、露光された感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kに現像剤を供給する現像剤供給手段91Y,91M,91C,91K、転写ベルト92、クリーナ93C,93M,93Y,93K、および帯電器94Y,94M,94C,94Kがそれぞれ配置される。感光体ドラム90に現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写ベルト92は、4つの感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kに対して共通に設けられる。   The exposed photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K are sequentially exposed at the periphery of the photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K toward the downstream side in the rotational direction with respect to the electrostatic latent image forming positions. Developer supply means 91Y, 91M, 91C, 91K for supplying developer to the transfer belt 92, cleaners 93C, 93M, 93Y, 93K, and chargers 94Y, 94M, 94C, 94K are arranged, respectively. A transfer belt 92 that transfers an image formed on the photosensitive drum 90 with a developer onto a recording sheet is provided in common to the four photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K.

前記感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kは、第2ホルダによって保持され、この第2ホルダと第1ホルダ89とは、相対的に固定される。各感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kの回転軸方向と、各発光体チップ組立体86の前記X方向とがほぼ一致するようにして位置合わせされる。   The photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K are held by a second holder, and the second holder and the first holder 89 are relatively fixed. The photoconductor drums 90Y, 90M, 90C, and 90K are aligned so that the rotation axis directions of the respective photoconductor drums 90Y and the X direction of the respective light emitter chip assemblies 86 substantially coincide with each other.

転写ベルト92によって、記録シートを搬送し、現像剤によって画像が形成された記録シートは、定着手段95に搬送される。定着手段95は、記録シートに転写された現像剤を定着させる。感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kは、回転駆動手段によって回転される。   The recording sheet is conveyed by the transfer belt 92, and the recording sheet on which an image is formed by the developer is conveyed to the fixing unit 95. The fixing unit 95 fixes the developer transferred to the recording sheet. The photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K are rotated by a rotation driving unit.

制御手段96は、前述した駆動手段73にクロック信号および画像情報を与えるとともに、感光体ドラム90Y,90M,90C,90Kを回転駆動する回転駆動手段、現像剤供給手段91Y,91M,91C,91K、転写手段92、帯電手段94Y,94M,94C,94Kおよび定着手段95の各部を制御する。   The control unit 96 supplies a clock signal and image information to the driving unit 73 described above, and also rotates and drives the photosensitive drums 90Y, 90M, 90C, and 90K, developer supply units 91Y, 91M, 91C, and 91K, Each part of the transfer means 92, the charging means 94Y, 94M, 94C, 94K and the fixing means 95 is controlled.

このような構成の画像形成装置87では、露光装置として使用される発光装置10からバイアス光および漏れ光が発生しないので、高画質の画像を形成することができる。また発光サイリスタによるスイッチ素子Tおよび発光素子Lを集積化した発光装置10を露光装置に用いているので、このような露光装置は、安価に製造することができ、これによって画像形成装置87の製造コストを低減することができる。また本実施の形態の画像形成装置87の発光装置10を発光装置120に代えても、同様の効果を達成することができる。   In the image forming apparatus 87 having such a configuration, bias light and leakage light are not generated from the light emitting device 10 used as the exposure apparatus, so that a high quality image can be formed. In addition, since the light emitting device 10 in which the switch element T and the light emitting element L by the light emitting thyristor are integrated is used for the exposure apparatus, such an exposure apparatus can be manufactured at low cost, thereby manufacturing the image forming apparatus 87. Cost can be reduced. Even if the light emitting device 10 of the image forming apparatus 87 of the present embodiment is replaced with the light emitting device 120, the same effect can be achieved.

なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned form, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.

115,116 発光サイリスタ
10 発光装置
101 基板(N型)
102 第1半導体層(N型)
103 第2半導体層(P型)
104 第3半導体層(N型)
105 第1領域
106 第2領域
107 第4半導体層(P型)
108 第5半導体層(P型)
110 表面電極(アノード電極)
111 裏面電極(カソード電極)
112 ゲート電極
115, 116 Light-emitting thyristor 10 Light-emitting device 101 Substrate (N-type)
102 First semiconductor layer (N-type)
103 Second semiconductor layer (P type)
104 Third semiconductor layer (N-type)
105 1st area | region 106 2nd area | region 107 4th semiconductor layer (P type)
108 Fifth semiconductor layer (P type)
110 Surface electrode (anode electrode)
111 Back electrode (cathode electrode)
112 Gate electrode

Claims (7)

基板上に、N型およびP型のいずれか一方の導電型の第1半導体層、第1半導体層と反対導電型の第2半導体層、第1半導体層と同じ導電型の第3半導体層、および第1半導体層と反対導電型の第4半導体層がこの順に積層されている発光サイリスタにおいて、
前記第3半導体層のバンドギャップは、前記第2半導体層のバンドギャップと略同一であり、かつ、前記第1および前記第4半導体層のバンドギャップより狭幅であり、
前記第3半導体層は、前記基板側の第1領域と前記基板と反対側の第2領域とを含んでなり、かつ、前記第1領域の不純物濃度は前記第2領域の不純物濃度よりも低く、かつ1×1016(cm−3)未満であり、
前記第2半導体層の不純物濃度は、前記第3半導体層の第1領域の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度であり、かつ、前記第1半導体層の不純物濃度より低濃度であり、
前記第4半導体層の不純物濃度は、前記第3半導体層の第2領域の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度であり、
電流増幅率の値が1000以上であることを特徴とする発光サイリスタ。
On the substrate, a first semiconductor layer of one of N-type and P-type conductivity, a second semiconductor layer having a conductivity type opposite to the first semiconductor layer, a third semiconductor layer having the same conductivity type as the first semiconductor layer, And a light emitting thyristor in which a fourth semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor layer is stacked in this order
The band gap of the third semiconductor layer is substantially the same as the band gap of the second semiconductor layer, and is narrower than the band gaps of the first and fourth semiconductor layers,
The third semiconductor layer includes a first region on the substrate side and a second region on the opposite side of the substrate, and the impurity concentration of the first region is lower than the impurity concentration of the second region. And less than 1 × 10 16 (cm −3 ),
The impurity concentration of the second semiconductor layer is substantially the same as or higher than the impurity concentration of the first region of the third semiconductor layer, and is lower than the impurity concentration of the first semiconductor layer,
The impurity concentration of the fourth semiconductor layer, Ri substantially equal to or higher concentrations der and impurity concentration of the second region of the third semiconductor layer,
Emitting thyristor value of the current amplification factor, characterized in der Rukoto 1000 or more.
前記第1領域の不純物濃度は、5×1015(cm−3)以上であることを特徴とする請求項1記載の発光サイリスタ。 2. The light-emitting thyristor according to claim 1, wherein the impurity concentration of the first region is 5 × 10 15 (cm −3 ) or more. 前記第4半導体層の前記基板と反対側に、前記第4半導体層と同じ導電型の第5半導体層が積層され、前記第5半導体層のバンドギャップは、前記第4半導体層のバンドギャップと略同一またはそれより広幅であり、前記第5半導体層の不純物濃度は、前記第4半導体層の不純物濃度と略同一またはそれより高濃度であることを特徴とする請求項1または2記載の発光サイリスタ。   A fifth semiconductor layer having the same conductivity type as the fourth semiconductor layer is stacked on the opposite side of the fourth semiconductor layer from the substrate, and the band gap of the fifth semiconductor layer is equal to the band gap of the fourth semiconductor layer. 3. The light emitting device according to claim 1, wherein the fifth semiconductor layer has substantially the same or wider width, and the impurity concentration of the fifth semiconductor layer is substantially the same as or higher than the impurity concentration of the fourth semiconductor layer. Thyristor. (a)第1電極と、第2電極と、前記第1電極に第1信号が入力されていて、かつ前記第2電極に第2信号が入力されているときに制御信号が出力される第1制御電極とを備えるn(nは2以上の整数)個のスイッチ素子と、
(b)前記各第1制御電極に個別に接続されるn本の信号伝送路と、
(c)第3電極と、前記n本の信号伝送路のうちのいずれか1つに接続される第2制御電極とを備え、前記第3電極に第3信号が入力されていて、かつ前記第2制御電極に制御信号が入力されているときに発光する複数の発光素子とを含む発光素子アレイであって、
前記各信号伝送路には、少なくとも1つの前記発光素子の第2制御電極が接続され、
前記n個のスイッチ素子の第1電極が相互に電気的に接続されており、
前記スイッチ素子および前記発光素子が、カソードまたはアノードを共通の電極とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光サイリスタを含んで構成され、前記スイッチ素子がさらに、第1および第2の抵抗体を含んで構成され、
(a)カソードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極は、前記第1および第2の抵抗体のそれぞれの一端と接続され、
前記第1の抵抗体の他端には、共通の電極に対して正の電圧が印加され、
前記第1電極は、第2の抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
(b)アノードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極は、前記第1および第2の抵抗体のそれぞれの一端と接続され、
前記第1の抵抗体の他端には、共通の電極に対して負の電圧が印加され、
前記第1電極は、第2の抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極であることを特徴とする発光素子アレイ。
(A) A first control signal is output when a first signal is input to the first electrode, the second electrode, and the first electrode, and a second signal is input to the second electrode. N (n is an integer of 2 or more) switch elements including one control electrode;
(B) n signal transmission lines individually connected to the first control electrodes;
(C) a third electrode and a second control electrode connected to any one of the n signal transmission lines, wherein a third signal is input to the third electrode, and A light emitting element array including a plurality of light emitting elements that emit light when a control signal is input to the second control electrode,
Each signal transmission line is connected to at least one second control electrode of the light emitting element,
The first electrodes of the n switch elements are electrically connected to each other;
The said switch element and the said light emitting element are comprised including the light emitting thyristor as described in any one of Claims 1-3 which makes a cathode or an anode a common electrode, and the said switch element is further 1st and 2nd. Consisting of a resistor
(A) When the cathode is a common electrode,
The N gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of each of the first and second resistors,
A positive voltage is applied to the other electrode of the first resistor with respect to the common electrode,
The first electrode is the other end of the second resistor;
The second electrode is an anode of a light-emitting thyristor constituting a switch element;
The third electrode is an anode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
(B) When the anode is a common electrode,
The P gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of each of the first and second resistors,
A negative voltage is applied to the other electrode of the first resistor with respect to the common electrode,
The first electrode is the other end of the second resistor;
The second electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The third electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is a P gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The light emitting element array, wherein the second control electrode is a P gate electrode of a light emitting thyristor constituting the light emitting element.
(a)第1電極と、第2電極と、前記第1電極に第1信号が入力されていて、かつ前記第2電極に第2信号が入力されているときに制御信号が出力される第1制御電極とを備えるn(nは2以上の整数)個のスイッチ素子と、
(b)前記各第1制御電極に個別に接続されるn本の信号伝送路と、
(c)第3電極と、前記n本の信号伝送路のうちのいずれか1つに接続される第2制御電極とを備え、前記第3電極に第3信号が入力されていて、かつ前記第2制御電極に制御信号が入力されているときに発光する複数の発光素子とを含む発光素子アレイであって、
前記各信号伝送路には、少なくとも1つの前記発光素子の第2制御電極が接続され、
前記n個のスイッチ素子の第1電極が相互に電気的に接続されており、
前記スイッチ素子および前記発光素子が、カソードまたはアノードを共通の電極とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光サイリスタを含んで構成され、前記スイッチ素子がさらに抵抗体を含んで構成され、
(a)カソードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極は、前記抵抗体の一端と接続され、
前記第1電極は、前記抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのアノードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのNゲート電極であり、
(b)アノードを共通の電極とする場合は、
前記スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極は、前記抵抗体の一端と接続され、
前記第1電極は、前記抵抗体の他端であり、
前記第2電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第3電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのカソードであり、
前記第1制御電極は、スイッチ素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極であり、
前記第2制御電極は、発光素子を構成する発光サイリスタのPゲート電極である発光素子アレイを複数備える発光素子アレイ部と、
前記第1電極と電気的に接続され、前記第1信号を供給する第1の駆動回路と、
前記第2電極と電気的に接続され、前記第2信号を供給する第2の駆動回路と、
前記第3信号と電気的に接続され、前記第3信号を供給する第3の駆動回路とを含み、
前記第1の駆動回路は、ハイレベルおよびローレベルを有する前記第1信号の前記ハイレベルまたは前記ローレベルの電位を設定する第1信号レベル設定手段を有することを特徴とする発光装置。
(A) A first control signal is output when a first signal is input to the first electrode, the second electrode, and the first electrode, and a second signal is input to the second electrode. N (n is an integer of 2 or more) switch elements including one control electrode;
(B) n signal transmission lines individually connected to the first control electrodes;
(C) a third electrode and a second control electrode connected to any one of the n signal transmission lines, wherein a third signal is input to the third electrode, and A light emitting element array including a plurality of light emitting elements that emit light when a control signal is input to the second control electrode,
Each signal transmission line is connected to at least one second control electrode of the light emitting element,
The first electrodes of the n switch elements are electrically connected to each other;
The said switch element and the said light emitting element are comprised including the light emitting thyristor as described in any one of Claims 1-3 which makes a cathode or an anode a common electrode, and the said switch element is further comprised including a resistor. And
(A) When the cathode is a common electrode,
The N gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of the resistor,
The first electrode is the other end of the resistor;
The second electrode is an anode of a light-emitting thyristor constituting a switch element;
The third electrode is an anode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode is an N gate electrode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
(B) When the anode is a common electrode,
The P gate electrode of the light emitting thyristor constituting the switch element is connected to one end of the resistor,
The first electrode is the other end of the resistor;
The second electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The third electrode is a cathode of a light emitting thyristor constituting a light emitting element,
The first control electrode is a P gate electrode of a light emitting thyristor constituting a switch element,
The second control electrode includes a light emitting element array unit including a plurality of light emitting element arrays which are P gate electrodes of light emitting thyristors constituting the light emitting element,
A first drive circuit electrically connected to the first electrode and supplying the first signal;
A second drive circuit electrically connected to the second electrode and supplying the second signal;
A third drive circuit electrically connected to the third signal and supplying the third signal;
The light emitting device according to claim 1, wherein the first driving circuit includes first signal level setting means for setting a potential of the high level or the low level of the first signal having a high level and a low level.
前記スイッチ素子を構成する前記発光サイリスタが発する光を遮光または減光するための、遮光手段または減光手段を含むことを特徴とする請求項5に記載の発光装置。   6. The light emitting device according to claim 5, further comprising a light shielding means or a light reducing means for shielding or reducing light emitted from the light emitting thyristor constituting the switch element. 請求項5または6に記載の発光装置と、
画像情報に基づいて前記発光装置を駆動する駆動手段と、
感光体ドラムに前記発光装置の発光素子からの光を集光する集光手段と、
前記発光装置からの光が前記集光手段によって前記感光体ドラムに集光されて露光された感光体ドラムに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写手段と、
前記記録シートに転写された現像剤を定着させる定着手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。
A light emitting device according to claim 5 or 6,
Driving means for driving the light emitting device based on image information;
Condensing means for condensing light from the light emitting element of the light emitting device on the photosensitive drum;
Developer supplying means for supplying the developer to the exposed photosensitive drum by which light from the light emitting device is condensed on the photosensitive drum by the condensing means;
Transfer means for transferring an image formed by a developer on the photosensitive drum to a recording sheet;
An image forming apparatus comprising: fixing means for fixing the developer transferred to the recording sheet.
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