JP6264837B2 - Semiconductor light emitting element, light source head, and image forming apparatus - Google Patents

Semiconductor light emitting element, light source head, and image forming apparatus Download PDF

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Description

本発明は、半導体発光素子、光源ヘッド、及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting element, a light source head, and an image forming apparatus.

特許文献1には、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ることを特徴とする発光サイリスタが記載されている。 In Patent Document 1, a first semiconductor layer of one of N-type and P-type conductivity, a second semiconductor layer opposite in conductivity type to the first semiconductor layer, and the same conductivity type as the first semiconductor layer are formed on a substrate. In the light emitting thyristor in which the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer having the opposite conductivity type to the first semiconductor layer are stacked in this order, the band gap of the third semiconductor layer is equal to the band gap of the second semiconductor layer. The third semiconductor layer is substantially the same and narrower than the band gap of the first and fourth semiconductor layers, and the third semiconductor layer includes a first region on the substrate side and a second region on the opposite side of the substrate. 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 ), and the impurity concentration of the second semiconductor layer is Impurity concentration of the first region of the third semiconductor layer The impurity concentration of the fourth semiconductor layer is substantially the same as or higher than the impurity concentration of the first semiconductor layer, and the impurity concentration of the fourth semiconductor layer is substantially equal to the impurity concentration of the second region of the third semiconductor layer. Light emitting thyristors are described which are characterized by the same or higher concentration.

特許文献2には、基板上に形成された多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡上に形成された発光層と、前記多層反射鏡を下部反射鏡とし、前記発光層で発光された光を共振させる共振器と、前記共振器の共振スペクトルの位相をシフトさせて、複数の主モードを有する定在波を発生させる位相シフト層と、を備えた、半導体層よりなる半導体発光素子が記載されている。   Patent Document 2 discloses a multilayer film reflecting mirror formed on a substrate, a light emitting layer formed on the multilayer film reflecting mirror, and light emitted from the light emitting layer using the multilayer reflecting mirror as a lower reflecting mirror. A semiconductor light emitting device comprising a semiconductor layer, and a phase shift layer that generates a standing wave having a plurality of main modes by shifting a phase of a resonance spectrum of the resonator Has been.

特開2010−239084号公報JP 2010-239084 A 特開2013−161979号公報JP 2013-161979 A

本発明は、半導体発光素子におけるPNP型及びNPN型の両トランジスタの対称性が異なる場合と比較して、閾値電圧が低い半導体発光素子、光源ヘッド、及び画像形成装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting element, a light source head, and an image forming apparatus having a low threshold voltage compared to the case where the symmetry of both PNP type and NPN type transistors in a semiconductor light emitting element is different. .

上記目的を達成するために、請求項1に記載の半導体発光素子は、基板上に形成された第1導電型の多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡上に形成された第2導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層上に形成された前記第1導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層上に形成された単一膜である、前記第2導電型の第3半導体層と、前記第3半導体層上に形成され、前記第1半導体層とバンドギャップが等しく、かつ前記第2半導体層よりもバンドギャップが大きく、また、前記第3半導体層よりもバンドギャップが小さい前記第2導電型の第4半導体層と、を含み、前記多層膜反射鏡はアノード、前記第1半導体層はゲート、前記第2半導体層はゲート、前記第3半導体層及び前記第4半導体層はカソードであり、前記多層膜反射鏡、前記第1半導体層、及び前記第2半導体層により形成される第1トランジスタにおける前記第1半導体層に接する前記多層膜反射鏡の電子のエネルギーと、前記第1半導体層に接する前記第2半導体層の電子のエネルギーとの大小関係と、前記第1半導体層、前記第2半導体層、前記第3半導体層、及び前記第4半導体層により形成される第2トランジスタにおける前記第2半導体層に接する前記第1半導体層の電子のエネルギーと、前記第2半導体層に接する前記第3半導体層の電子のエネルギーとの大小関係と、が同等であるIn order to achieve the above object, a semiconductor light-emitting device according to claim 1 includes a first-conductivity-type multilayer reflector formed on a substrate and a second-conductivity-type reflector formed on the multilayer reflector. A first semiconductor layer, a second semiconductor layer of the first conductivity type formed on the first semiconductor layer, and a second film of the second conductivity type that is a single film formed on the second semiconductor layer. The third semiconductor layer is formed on the third semiconductor layer, has a band gap equal to that of the first semiconductor layer, is larger than that of the second semiconductor layer, and is larger than that of the third semiconductor layer. It viewed including a fourth semiconductor layer of the band gap is smaller second conductivity type, wherein the multilayer reflector anode, the first semiconductor layer is a gate, said second semiconductor layer is a gate, said third semiconductor layer and The fourth semiconductor layer is a cathode, and the multilayer reflector; In the first transistor formed by the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the energy of electrons of the multilayer mirror in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in contact with the first semiconductor layer The magnitude relationship with the electron energy of the first semiconductor layer is in contact with the second semiconductor layer in the second transistor formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer. The magnitude relationship between the energy of electrons in the first semiconductor layer and the energy of electrons in the third semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer is equivalent .

また、請求項に記載の半導体発光素子は、前記第3半導体層のバンドギャップが、前記第1半導体層と接する前記多層膜反射鏡のバンドギャップと等しい。 In the semiconductor light emitting device according to claim 2 , a band gap of the third semiconductor layer is equal to a band gap of the multilayer reflector that is in contact with the first semiconductor layer.

請求項に記載の光源ヘッドは、本発明の半導体発光素子を光源として備える。 A light source head according to a third aspect includes the semiconductor light emitting element of the present invention as a light source.

請求項に記載の画像形成装置は、感光体と、前記感光体表面を帯電する帯電手段と、本発明の光源ヘッドを備え、かつ前記帯電手段により帯電された前記感光体表面に静電潜像を形成するために前記光源ヘッドの出射光により露光する露光手段と、前記露光手段により形成された前記静電潜像を現像する現像手段と、前記現像手段により現像された前記静電潜像を定着する定着手段と、を備える。 The image forming apparatus according to claim 4 is provided with a photosensitive member, a charging unit that charges the surface of the photosensitive member, and a light source head according to the present invention, and an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive member charged by the charging unit. An exposure unit that exposes light emitted from the light source head to form an image; a development unit that develops the electrostatic latent image formed by the exposure unit; and the electrostatic latent image developed by the development unit And fixing means for fixing.

請求項1に記載の発明によれば、半導体発光素子におけるPNP型及びNPN型の両トランジスタの対称性が異なる場合と比較して、閾値電圧が低い。   According to the first aspect of the present invention, the threshold voltage is low compared to the case where the PNP type and NPN type transistors in the semiconductor light emitting element are different in symmetry.

請求項2に記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、キャリアの注入効率が向上する。 According to the invention described in claim 2, compared with a case not having the present structure, to improve carrier injection efficiency.

請求項及び請求項に記載の発明によれば、本構成を有しない場合と比較して、画像の画質が向上する。 According to the third and fourth aspects of the present invention, the image quality of the image is improved as compared with the case where the present configuration is not provided.

本実施の形態に係る画像形成装置の一例の概略を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an outline of an example of an image forming apparatus according to the present embodiment. 本実施の形態に係る光源ヘッドの一例の内部構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the internal structure of an example of the light source head which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る半導体発光素子アレイの一例の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of an example of the semiconductor light-emitting element array which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る半導体発光素子の一例の概略構成を示す断面図及び各半導体層のバンドギャップを示す図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of an example of the semiconductor light-emitting device concerning this Embodiment, and a figure which shows the band gap of each semiconductor layer. 半導体発光素子内を流れる電流と電圧との対応関係の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the correspondence of the electric current and voltage which flow through the inside of a semiconductor light-emitting device. PNPN型の発光サイリスタを模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the PNPN type light emission thyristor. 本実施の形態の半導体発光素子のバンド構造の模式図である。It is a schematic diagram of the band structure of the semiconductor light emitting device of the present embodiment. 従来の半導体発光素子の一例の概略構成を示す断面図及び各半導体層のバンドギャップを示す図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of an example of the conventional semiconductor light-emitting device, and a figure which shows the band gap of each semiconductor layer. 従来の半導体発光素子のバンド構造の模式図である。It is a schematic diagram of the band structure of the conventional semiconductor light emitting element.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、本実施の形態の画像形成装置の一例の概略を示す概略構成図を示す。図2に、本実施の形態の光源ヘッドの一例の内部構成を示す概略断面図を示す。図3に、本実施の形態に係る半導体発光素子アレイの一例の外観を示す斜視図を示す。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an outline of an example of an image forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the internal configuration of an example of the light source head of the present embodiment. FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of an example of the semiconductor light emitting element array according to the present embodiment.

本実施形態に係る画像形成装置10は、図1に示すように、矢印A方向に回転する感光体12を備えている。   As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 10 according to the present embodiment includes a photoreceptor 12 that rotates in the direction of arrow A.

この感光体12の周囲には、感光体12の回転方向に沿って、帯電器14、光源ヘッド16(露光手段の一例)、現像器18(現像手段の一例)、転写体20(転写手段の一例)、クリーナ22、及びイレーズランプ24が順に配設されている。帯電器14は、感光体12表面を帯電する。光源ヘッド16は、帯電器14により帯電された感光体12表面に静電潜像を形成するために露光するためのものである。現像器18は、トナー像を形成するために静電潜像を現像剤により現像する。転写体20は、トナー像を用紙28(記録媒体の一例)に転写する。クリーナ22は、転写後に感光体12の残存した残トナーを除去する。イレーズランプ24は、感光体12を除電し電位を均一化する。   Around the photosensitive member 12, along the rotational direction of the photosensitive member 12, a charger 14, a light source head 16 (an example of an exposure unit), a developing unit 18 (an example of a developing unit), and a transfer member 20 (of the transfer unit). An example), a cleaner 22 and an erase lamp 24 are arranged in this order. The charger 14 charges the surface of the photoconductor 12. The light source head 16 is used for exposure to form an electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor 12 charged by the charger 14. The developing device 18 develops the electrostatic latent image with a developer to form a toner image. The transfer body 20 transfers the toner image to the paper 28 (an example of a recording medium). The cleaner 22 removes residual toner remaining on the photoconductor 12 after transfer. The erase lamp 24 neutralizes the potential by removing the charge from the photoconductor 12.

すなわち、感光体12は、帯電器14によって表面が帯電された後、光源ヘッド16によって光ビームが照射されて、感光体12上に潜像が形成される。なお、光源ヘッド16は駆動部(図示省略)と接続されており、駆動部によって半導体発光素子100の点灯を制御して、画像データに基づいて光ビームを出射するようになっている。   That is, the surface of the photoconductor 12 is charged by the charger 14, and then a light beam is irradiated by the light source head 16 to form a latent image on the photoconductor 12. The light source head 16 is connected to a driving unit (not shown), and the driving unit controls lighting of the semiconductor light emitting element 100 to emit a light beam based on image data.

形成された潜像には、現像器18によってトナーが供給されて、感光体12上にトナー像が形成される。感光体12上のトナー像は、転写体20によって、搬送されてきた用紙28に転写される。転写後に感光体12に残留しているトナーはクリーナ22によって除去され、イレーズランプ24によって除電された後、再び帯電器14によって帯電されて、同様の処理を繰り返す。   To the formed latent image, toner is supplied by the developing unit 18 to form a toner image on the photoreceptor 12. The toner image on the photoconductor 12 is transferred onto the conveyed paper 28 by the transfer body 20. The toner remaining on the photoconductor 12 after the transfer is removed by the cleaner 22, neutralized by the erase lamp 24, charged by the charger 14 again, and the same processing is repeated.

一方、トナー像が転写された用紙28は、加圧ローラ30Aと加熱ローラ30Bからなる定着器30(定着手段の一例)に搬送されて定着処理が施される。これにより、トナー像が定着されて、用紙28上に所望の画像が形成される。画像が形成された用紙28は装置外へ排出される。   On the other hand, the paper 28 onto which the toner image has been transferred is conveyed to a fixing device 30 (an example of a fixing unit) composed of a pressure roller 30A and a heating roller 30B and subjected to a fixing process. As a result, the toner image is fixed and a desired image is formed on the paper 28. The paper 28 on which the image is formed is discharged out of the apparatus.

次に、本実施の形態の光源ヘッド16の構成を詳細に説明する。本実施の形態の光源ヘッド16は、SLED(Self−scanning LED:自己走査型LED)を用いている。SLEDは、LEDアレイとその駆動部分を一体化したものであり、複数のサイリスタ構造を有する発光部(半導体発光素子100、詳細後述)を備えている。図2に示すように、光源ヘッド16は、半導体発光素子アレイ50と、実装基板52と、ロッドレンズアレイ54と、を備えている。実装基板52は、半導体発光素子アレイ50を支持するとともに、半導体発光素子アレイ50の駆動を制御する各種信号を供給するための回路(図示省略)とが実装される。ロッドレンズアレイ54は、セルフォックスレンズアレイ等の(セルフォックは、日本板硝子(株)の登録商標)である。   Next, the configuration of the light source head 16 of the present embodiment will be described in detail. The light source head 16 of the present embodiment uses an SLED (Self-scanning LED). The SLED is obtained by integrating an LED array and a driving portion thereof, and includes a light emitting unit (semiconductor light emitting element 100, which will be described in detail later) having a plurality of thyristor structures. As shown in FIG. 2, the light source head 16 includes a semiconductor light emitting element array 50, a mounting substrate 52, and a rod lens array 54. The mounting substrate 52 is mounted with a circuit (not shown) for supporting the semiconductor light emitting element array 50 and supplying various signals for controlling the driving of the semiconductor light emitting element array 50. The rod lens array 54 is a Selfox lens array or the like (Selfock is a registered trademark of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.).

実装基板52は、半導体発光素子アレイ50の取り付け面を感光体12に対向させて、ハウジング56内に配設され、板バネ58によって支持されている。   The mounting substrate 52 is disposed in the housing 56 with the mounting surface of the semiconductor light emitting element array 50 facing the photoreceptor 12 and is supported by a plate spring 58.

半導体発光素子アレイ50は、図3に示すように、例えば、感光体12の軸線方向に沿って当該軸線方向の解像度に応じて、複数の半導体発光素子100が配列されたチップ62が、さらに複数個直列に配列されている。半導体発光素子アレイ50は、感光体12の軸線方向に、予め定められた解像度で光ビームを照射するようになっている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor light emitting element array 50 includes, for example, a plurality of chips 62 in which a plurality of semiconductor light emitting elements 100 are arranged along the axial direction of the photoreceptor 12 according to the resolution in the axial direction. Are arranged in series. The semiconductor light emitting element array 50 irradiates the light beam with a predetermined resolution in the axial direction of the photosensitive member 12.

なお、本実施の形態では、チップ62が複数個直列に1次元状に配列された例を示したが、これに限らず、複数列に分けて2次元状に配置してもよい。例えば千鳥状に配置する場合には、複数のチップ62は、感光体12の軸線方向に沿って並ぶように一列に配置されると共に、当該軸線方向と交わる方向に一定間隔ずらして二列に配置される。複数のチップ62単位に分けられていても、複数の半導体発光素子100の各々は、互いに隣接する2つの半導体発光素子100の感光体12の軸線方向の間隔が、ほぼ一定の間隔となるように配列されている。   In the present embodiment, an example in which a plurality of chips 62 are arranged in a one-dimensional manner in series is shown. However, the present invention is not limited to this, and the chips 62 may be arranged in a plurality of rows and arranged in a two-dimensional manner. For example, when arranged in a zigzag pattern, the plurality of chips 62 are arranged in a row so as to be aligned along the axial direction of the photoconductor 12 and are arranged in two rows with a certain interval in the direction intersecting the axial direction. Is done. Even when divided into a plurality of chips 62, each of the plurality of semiconductor light emitting elements 100 has an interval between the two semiconductor light emitting elements 100 adjacent to each other in the axial direction of the photosensitive member 12 so as to be substantially constant. It is arranged.

ロッドレンズアレイ54は、図2に示すように、ホルダー64によって支持されており、各半導体発光素子100から出射された光ビームを感光体12上に結像させる。   As shown in FIG. 2, the rod lens array 54 is supported by a holder 64 and forms an image of the light beam emitted from each semiconductor light emitting element 100 on the photoreceptor 12.

次に、本実施の形態の半導体発光素子100について詳細に説明する。   Next, the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment will be described in detail.

まず、本実施の形態の半導体発光素子100の概略構成について説明する。図4には、本実施の形態の半導体発光素子100の一例の概略構成の断面図及び各半導体層のバンドギャップを示す。なお、本実施の形態では、半導体発光素子100を、AlGa1−xAs系の、基板側からPNPN型の発光サイリスタとした場合を示している。以下では、AlGa1−xAsにおけるAlの比率(x)をAl組成比という。また、本実施の形態の半導体発光素子100では、一例として、p型の場合は、不純物としてZnをドープしており、n型の場合は、不純物としてSiをドープしている。 First, a schematic configuration of the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment will be described. FIG. 4 shows a cross-sectional view of a schematic configuration of an example of the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment and the band gap of each semiconductor layer. In the present embodiment, the semiconductor light emitting element 100 is an Al x Ga 1-x As-based PNPN type light emitting thyristor from the substrate side. Hereinafter, the Al ratio (x) in Al x Ga 1-x As is referred to as Al composition ratio. Moreover, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, as an example, Zn is doped as an impurity in the p-type, and Si is doped as an impurity in the n-type.

半導体発光素子100は、基板102、バッファ層104、DBR(Distributed Bragg Reflector)層106、ゲート層108、発光層110、ゲート層112、調整層114、カソード層116、及びコンタクト層118がこの順に積層されている。   In the semiconductor light emitting device 100, a substrate 102, a buffer layer 104, a DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 106, a gate layer 108, a light emitting layer 110, a gate layer 112, an adjustment layer 114, a cathode layer 116, and a contact layer 118 are stacked in this order. Has been.

図4に示すように、本実施の形態の半導体発光素子100は、p型のGaAs系の基板102上に、p型のGaAs系のバッファ層104が積層されている。バッファ層104は、基板102とp型のAlGaAs系のDBR層106との結晶性を良好にするための機能を有している。   As shown in FIG. 4, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, a p-type GaAs buffer layer 104 is stacked on a p-type GaAs substrate 102. The buffer layer 104 has a function for improving the crystallinity between the substrate 102 and the p-type AlGaAs DBR layer 106.

DBR層106は、膜厚がそれぞれ0.25λとされ、かつ屈折率が互いに異なる2つの半導体層が交互に繰り返し積層された多層膜反射鏡である。なお、基準波長λは、発光層110から出射される光の真空中でのピーク波長(すなわち、自然発光スペクトルのピーク波長)λをDBR層106の屈折率nで割った値(λ=λ/n)である。つまりλは、発光層110から発せられる光がDBR層106内を伝搬する際のピーク波長である。 The DBR layer 106 is a multilayer film reflector in which two semiconductor layers each having a thickness of 0.25λ and different refractive indexes are alternately stacked. The reference wavelength λ is a value obtained by dividing the peak wavelength of light emitted from the light emitting layer 110 in vacuum (that is, the peak wavelength of the spontaneous emission spectrum) λ 0 by the refractive index n of the DBR layer 106 (λ = λ 0 / n). That is, λ is a peak wavelength when light emitted from the light emitting layer 110 propagates in the DBR layer 106.

DBR層106は、高屈折率の半導体膜106Aと低屈折率の半導体膜106Bとのペアが基板102側から順に、10.5ペア繰り返して積層されている。具体的には、DBR層106は、p型のAl0.2Ga0.8Asである半導体膜106Bの合計の膜数が10膜、p型のAl0.9Ga0.1Asである半導体膜106Aの合計の膜数が11膜であり、量子井戸の数が10である。 In the DBR layer 106, a pair of a high-refractive index semiconductor film 106A and a low-refractive index semiconductor film 106B is repeatedly stacked in order from the substrate 102 side by 10.5 pairs. Specifically, in the DBR layer 106, the total number of the semiconductor films 106B made of p-type Al 0.2 Ga 0.8 As is 10, and the p-type Al 0.9 Ga 0.1 As is used. The total number of the semiconductor films 106A is 11, and the number of quantum wells is 10.

半導体膜106Aは、Al組成比が0.90、バンドギャップが2.13eV、及び膜厚が0.25λである。半導体膜106Bは、Al組成比が0.20、バンドギャップが1.67ev、及び膜厚が0.25λである。DBR層106の高屈折率の半導体膜106A及び低屈折率の半導体膜106Bの膜厚をそれぞれ0.25λとすることで、基準波長λ(λ)の光に対する反射率が最大となる。 The semiconductor film 106A has an Al composition ratio of 0.90, a band gap of 2.13 eV, and a film thickness of 0.25λ. The semiconductor film 106B has an Al composition ratio of 0.20, a band gap of 1.67 ev, and a film thickness of 0.25λ. By setting the film thicknesses of the high refractive index semiconductor film 106A and the low refractive index semiconductor film 106B of the DBR layer 106 to 0.25λ, the reflectance with respect to the light having the reference wavelength λ (λ 0 ) is maximized.

DBR層106上には、Al組成比が0.30、バンドギャップが1.8eV、及び膜厚が1.28μmのn型のAlGaAs系のゲート層108が積層されている。また、ゲート層108上には、Al組成比が0.143、バンドギャップが1.60eV、及び膜厚が1.00μmのノンドープのAlGaAs系の発光層110が積層されている。さらに、発光層110上には、Al組成比が0.143、バンドギャップが1.60eV、及び膜厚が0.89μmのpの型AlGaAs系のゲート層112が積層されている。   On the DBR layer 106, an n-type AlGaAs gate layer 108 having an Al composition ratio of 0.30, a band gap of 1.8 eV, and a film thickness of 1.28 μm is laminated. On the gate layer 108, a non-doped AlGaAs light emitting layer 110 having an Al composition ratio of 0.143, a band gap of 1.60 eV, and a film thickness of 1.00 μm is stacked. Further, a p-type AlGaAs gate layer 112 having an Al composition ratio of 0.143, a band gap of 1.60 eV, and a film thickness of 0.89 μm is stacked on the light emitting layer 110.

発光層110には、ゲート層108側からから小数キャリアとして注入されたキャリア(電子)が移動してくる。また、発光層110には、ゲート層112側からから小数キャリアとして注入されたキャリア(正孔)が移動してくる。発光層110内では、移動してきた電子と正孔とが発光再結合する。   Carriers (electrons) injected as decimal carriers from the gate layer 108 side move to the light emitting layer 110. In addition, carriers (holes) injected as fractional carriers from the gate layer 112 side move to the light-emitting layer 110. In the light emitting layer 110, the moved electrons and holes are recombined by light emission.

ゲート層112上には、Al組成比が0.90、バンドギャップが2.13eV、及び膜厚が0.51μmのn型のAlGaAs系の調整層114が積層されている。調整層114は、カソードとして機能する。本実施の形態の調整層114は、カソード層116よりもAlの比率が高い。AlGaAsでは、Al組成比が高いほど、バンドギャップが大きいため、調整層114は、カソード層116よりもバンドギャップが大きい。   On the gate layer 112, an n-type AlGaAs adjustment layer 114 having an Al composition ratio of 0.90, a band gap of 2.13 eV, and a film thickness of 0.51 μm is laminated. The adjustment layer 114 functions as a cathode. The adjustment layer 114 of this embodiment has a higher Al ratio than the cathode layer 116. In AlGaAs, the higher the Al composition ratio, the larger the band gap. Therefore, the adjustment layer 114 has a larger band gap than the cathode layer 116.

調整層114上には、Al組成比が0.30、バンドギャップが1.8eV、及び膜厚が0.45μmのn型のAlGaAs系のカソード層116が積層されている。本実施の形態の半導体発光素子100では、抵抗値低減のために、カソード層116のAl組成比を低くしている。具体的には、カソード層116のAl組成比は、ゲート層108と接するDBR層106の半導体膜106A(詳細後述)のAl組成比よりも低い。   On the adjustment layer 114, an n-type AlGaAs cathode layer 116 having an Al composition ratio of 0.30, a band gap of 1.8 eV, and a film thickness of 0.45 μm is laminated. In the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the Al composition ratio of the cathode layer 116 is lowered in order to reduce the resistance value. Specifically, the Al composition ratio of the cathode layer 116 is lower than the Al composition ratio of the semiconductor film 106 </ b> A (detailed later) of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108.

また、上述のように、カソード層116は、調整層114よりもAl組成比が低く、バンドギャップが小さい。カソード層116上には、コンタクト層118が積層されている。コンタクト層118は、Al組成比が0、バンドギャップが1.42eV、及び膜厚が0.03μmである。   Further, as described above, the cathode layer 116 has a lower Al composition ratio and a smaller band gap than the adjustment layer 114. A contact layer 118 is laminated on the cathode layer 116. The contact layer 118 has an Al composition ratio of 0, a band gap of 1.42 eV, and a film thickness of 0.03 μm.

半導体発光素子100の上記各半導体層の結晶成長には、例えば、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法が適用される。   For crystal growth of each of the semiconductor layers of the semiconductor light emitting device 100, for example, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method is applied.

半導体発光素子100の基板102の裏側(バッファ層104と接する側と反対側)には、アノード電極である下部電極(図示省略)が設けられる。また、半導体発光素子100のコンタクト層118の表側(カソード層116と接する側と反対側)には、カソード電極である上部電極(図示省略)が設けられる。さらに、ゲート層112上(発光層110と接する側と反対側)には、ゲート電極(図示省略)が設けられる。半導体発光素子100では、ゲート電極に信号(電圧)を印加し、ゲート電極から上部電極へゲート電流を流すことにより、下部電極と上部電極との間を導通させる。これにより、発光層110内でキャリア(電子及び正孔)が再結合し、再結合により発光した光が、発光面(半導体発光素子100のコンタクト層118が設けられた側)から出射される。   On the back side of the substrate 102 of the semiconductor light emitting device 100 (the side opposite to the side in contact with the buffer layer 104), a lower electrode (not shown) that is an anode electrode is provided. Further, an upper electrode (not shown) that is a cathode electrode is provided on the front side of the contact layer 118 of the semiconductor light emitting device 100 (the side opposite to the side in contact with the cathode layer 116). Further, a gate electrode (not shown) is provided on the gate layer 112 (on the side opposite to the side in contact with the light emitting layer 110). In the semiconductor light emitting device 100, a signal (voltage) is applied to the gate electrode, and a gate current is caused to flow from the gate electrode to the upper electrode, thereby establishing conduction between the lower electrode and the upper electrode. Thereby, carriers (electrons and holes) are recombined in the light emitting layer 110, and light emitted by the recombination is emitted from the light emitting surface (the side where the contact layer 118 of the semiconductor light emitting element 100 is provided).

図5には、半導体発光素子100内を流れる電流と電圧との対応関係の一例を示す。なお、図5は、半導体発光素子100のゲート電極に3.0Vを印加した場合を示している。図5に示すように、本実施の形態の半導体発光素子100のゲート電極に3.0Vを印加した場合の閾値電圧は、4.5Vであった。   FIG. 5 shows an example of the correspondence relationship between the current flowing through the semiconductor light emitting device 100 and the voltage. FIG. 5 shows a case where 3.0 V is applied to the gate electrode of the semiconductor light emitting device 100. As shown in FIG. 5, the threshold voltage in the case where 3.0 V was applied to the gate electrode of the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment was 4.5 V.

次に、本実施の形態の半導体発光素子100の作用について詳細に説明する。   Next, the operation of the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment will be described in detail.

一般に、PNPN型の発光サイリスタは、PNP型のトランジスタと、NPN型のトランジスタとを組み合わせた復号回路と等価である。図6には、PNPN型の発光サイリスタを模式的に示した説明図を示す。図6(1)に示すように、発光サイリスタは、PNPNの4重構造をしている。PNPN型の発光サイリスタは、図6(2)及び図6(3)に示すように、PNP型トランジスタと、NPN型トランジスタとを組み合わせた復号回路と等価である。   In general, a PNPN light-emitting thyristor is equivalent to a decoding circuit that combines a PNP transistor and an NPN transistor. FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing a PNPN type light-emitting thyristor. As shown in FIG. 6A, the light-emitting thyristor has a PNPN quadruple structure. The PNPN light-emitting thyristor is equivalent to a decoding circuit combining a PNP transistor and an NPN transistor, as shown in FIGS. 6 (2) and 6 (3).

本実施の形態の半導体発光素子100では、調整層114及びカソード層116がカソードとして機能し、DBR層106がアノードとして機能する。本実施の形態の半導体発光素子100は、ゲート層108、発光層110、ゲート層112、調整層114、及びカソード層116によるNPN型トランジスタと、DBR層106、ゲート層108、発光層110、及びゲート層112によるPNP型トランジスタとの組み合わせと等価である。   In the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the adjustment layer 114 and the cathode layer 116 function as a cathode, and the DBR layer 106 functions as an anode. The semiconductor light emitting device 100 of this embodiment includes an NPN transistor including a gate layer 108, a light emitting layer 110, a gate layer 112, an adjustment layer 114, and a cathode layer 116, a DBR layer 106, a gate layer 108, a light emitting layer 110, and This is equivalent to the combination with the PNP transistor by the gate layer 112.

NPN型のトランジスタの特性は、カソードのバンドギャップ及びn型のゲートのバンドギャップの影響を受ける。具体的には、本実施の形態の半導体発光素子100では、調整層114のバンドギャップ及びゲート層108のバンドギャップの影響を受ける。一方、PNP型トランジスタの特性は、アノードのバンドギャップ及びp型のゲートのバンドギャップの影響を受ける。具体的には、本実施の形態の半導体発光素子100では、ゲート層108と接するDBR層106の半導体膜106A(Al0.9Ga0.1As)のバンドギャップ及びゲート層112のバンドギャップの影響を受ける。 The characteristics of the NPN transistor are affected by the band gap of the cathode and the band gap of the n-type gate. Specifically, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, it is affected by the band gap of the adjustment layer 114 and the band gap of the gate layer 108. On the other hand, the characteristics of the PNP transistor are affected by the band gap of the anode and the band gap of the p-type gate. Specifically, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the band gap of the semiconductor film 106A (Al 0.9 Ga 0.1 As) of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108 and the band gap of the gate layer 112 are determined. to be influenced.

AlGaAs系では、p型かn型かに係わらず、Al組成比が同じであれば、バンドギャップは同じになる。本実施の形態の半導体発光素子100では、調整層114のAl組成比とゲート層108と接するDBR層106の半導体膜106A(Al0.9Ga0.1As)のAl組成比とが同じである。そのため、図4に示すように、調整層114のバンドギャップ及びゲート層108と接するDBR層106の半導体膜106A(Al0.9Ga0.1As)のバンドギャップとは、等しくなる。 In the AlGaAs system, the band gap is the same if the Al composition ratio is the same regardless of whether it is p-type or n-type. In the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the Al composition ratio of the adjustment layer 114 is the same as the Al composition ratio of the semiconductor film 106A (Al 0.9 Ga 0.1 As) of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108. is there. Therefore, as shown in FIG. 4, the band gap of the adjustment layer 114 and the band gap of the semiconductor film 106 </ b> A (Al 0.9 Ga 0.1 As) of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108 are equal.

図7には、本実施の形態の半導体発光素子100のバンド構造の模式図を示す。図7は、本実施の形態の半導体発光素子100におけるPNP型トランジスタ及びNPN型トランジスタの層深さ方向の位置と電子のエネルギーとの対応関係を模式的に表している。図7に示すように、NPN型トランジスタにおけるゲート層112(及び発光層110)を挟んだバンドギャップの対称性と、PNP型トランジスタにおけるゲート層108(及び発光層110)を挟んだバンドギャップの対称性とが同様になっている。   In FIG. 7, the schematic diagram of the band structure of the semiconductor light-emitting device 100 of this Embodiment is shown. FIG. 7 schematically shows the correspondence between the position of the PNP transistor and the NPN transistor in the layer depth direction and the energy of electrons in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the symmetry of the band gap sandwiching the gate layer 112 (and the light emitting layer 110) in the NPN transistor and the symmetry of the band gap sandwiching the gate layer 108 (and the light emitting layer 110) in the PNP transistor. Sex is the same.

従って、本実施の形態の半導体発光素子100におけるPNP型トランジスタとNPN型トランジスタとでは、特性に大きな差がない。すなわち、本実施の形態の半導体発光素子100におけるPNP型トランジスタとNPN型トランジスタとは、同様の特性を有する。   Therefore, there is no significant difference in characteristics between the PNP transistor and the NPN transistor in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment. That is, the PNP transistor and the NPN transistor in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment have similar characteristics.

ここで、本実施の形態の半導体発光素子100との比較のために、従来の半導体発光素子について説明する。   Here, a conventional semiconductor light emitting device will be described for comparison with the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment.

図8には、従来の半導体発光素子の一例の概略構成の断面図及び各半導体層のバンドギャップを示す。従来の半導体発光素子1000は、基板1102、バッファ層1104、DBR(Distributed Bragg Reflector)層1106、ゲート層1108、発光層1110、ゲート層1112、カソード層1116、及びコンタクト層1118がこの順に積層されている。なお、図8に示した従来の半導体発光素子1000は、基板側からPNPN型の発光サイリスタである。   FIG. 8 shows a cross-sectional view of a schematic configuration of an example of a conventional semiconductor light emitting device and band gaps of the respective semiconductor layers. In the conventional semiconductor light emitting device 1000, a substrate 1102, a buffer layer 1104, a DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 1106, a gate layer 1108, a light emitting layer 1110, a gate layer 1112, a cathode layer 1116, and a contact layer 1118 are laminated in this order. Yes. The conventional semiconductor light emitting device 1000 shown in FIG. 8 is a PNPN type light emitting thyristor from the substrate side.

図8に示すように、従来の半導体発光素子1000は、p型のGaAs系の基板1102上に、p型のGaAs系のバッファ層1104を介してp型のDBR層1106が形成されている。DBR層1106は、Al組成比が0.2(バンドギャップが1.67eV)のp型のAlGaAs系の半導体膜1106Bとp型のAl組成比が0.9(バンドギャップが2.13eV)のAlGaAs系の半導体膜1106Aとのペアが10.5ペア繰り返して積層されている。DBR層1106上には、Al組成比が0.30(バンドギャップ1.8eV)のn型のAlGaAs系のゲート層1108、Al組成比が0.143(バンドギャップが1.6eV)のノンドープのAlGaAs系の発光層1110、及びAl組成比が0.143(バンドギャップ1.6eV)のpの型AlGaAs系のゲート層1112がこの順に積層されている。ゲート層1112上には、Al組成比が0.30(バンドギャップが1.8eV)のn型のAlGaAs系のカソード層1116及びコンタクト層1118がこの順に積層されている。   As shown in FIG. 8, a conventional semiconductor light emitting device 1000 has a p-type DBR layer 1106 formed on a p-type GaAs substrate 1102 via a p-type GaAs buffer layer 1104. The DBR layer 1106 has a p-type AlGaAs semiconductor film 1106B having an Al composition ratio of 0.2 (band gap of 1.67 eV) and a p-type Al composition ratio of 0.9 (band gap of 2.13 eV). A pair of AlGaAs-based semiconductor film 1106A is repeatedly laminated by 10.5 pairs. On the DBR layer 1106, an n-type AlGaAs gate layer 1108 having an Al composition ratio of 0.30 (band gap of 1.8 eV) and an undoped layer having an Al composition ratio of 0.143 (band gap of 1.6 eV). An AlGaAs light emitting layer 1110 and a p-type AlGaAs gate layer 1112 having an Al composition ratio of 0.143 (band gap 1.6 eV) are stacked in this order. On the gate layer 1112, an n-type AlGaAs cathode layer 1116 and a contact layer 1118 having an Al composition ratio of 0.30 (band gap is 1.8 eV) are stacked in this order.

すなわち、従来の半導体発光素子1000は、本実施の形態の半導体発光素子100における調整層114に対応する半導体層が設けられていない点で、本実施の形態の半導体発光素子100と異なっている。   That is, the conventional semiconductor light emitting device 1000 is different from the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment in that a semiconductor layer corresponding to the adjustment layer 114 in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment is not provided.

従来の半導体発光素子1000のゲート電極に3.0Vを印加した場合の閾値電圧は、図5に示すように、5.0V以上であった。   As shown in FIG. 5, the threshold voltage when 3.0 V was applied to the gate electrode of the conventional semiconductor light emitting device 1000 was 5.0 V or more.

図9には、従来の半導体発光素子1000のバンド構造を模式的に表した模式図を示す。図9は、半導体発光素子1000における層深さ方向の位置と電子のエネルギーとの対応関係を模式的に表している。従来の半導体発光素子1000では、カソード層1116がカソードとして機能し、DBR層1106がアノードとして機能する。従来の半導体発光素子1000は、ゲート層1108、発光層1110、ゲート層1112、及びカソード層1116によるNPN型トランジスタと、DBR層1106、ゲート層1108、発光層1110、及びゲート層1112によるPNP型トランジスタとの組み合わせと、等価である。   FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a band structure of a conventional semiconductor light emitting device 1000. As shown in FIG. FIG. 9 schematically shows the correspondence between the position in the layer depth direction and the energy of electrons in the semiconductor light emitting device 1000. In the conventional semiconductor light emitting device 1000, the cathode layer 1116 functions as a cathode, and the DBR layer 1106 functions as an anode. A conventional semiconductor light emitting device 1000 includes an NPN transistor including a gate layer 1108, a light emitting layer 1110, a gate layer 1112, and a cathode layer 1116, and a PNP transistor including a DBR layer 1106, a gate layer 1108, a light emitting layer 1110, and a gate layer 1112. Is equivalent to the combination.

AlGaAs系では、Al組成比が低いほど、p型かn型かに係わらず、バンドギャップが小さくなる。図8に示すように、カソード層1116のAl組成比は、ゲート層1108と接するDBR層1106の半導体膜1106A(Al0.9Ga0.1As)のAl組成比よりも低い。そのため、カソード層1116のバンドギャップは、ゲート層1108と接するDBR層1106の半導体膜1106A(Al0.9Ga0.1As)のバンドギャップよりも小さい。 In the AlGaAs system, the lower the Al composition ratio, the smaller the band gap, regardless of whether it is p-type or n-type. As shown in FIG. 8, the Al composition ratio of the cathode layer 1116 is lower than the Al composition ratio of the semiconductor film 1106 </ b> A (Al 0.9 Ga 0.1 As) of the DBR layer 1106 in contact with the gate layer 1108. Therefore, the band gap of the cathode layer 1116 is smaller than the band gap of the semiconductor film 1106A (Al 0.9 Ga 0.1 As) of the DBR layer 1106 in contact with the gate layer 1108.

従って、従来の半導体発光素子1000では、図9に示すように、NPN型トランジスタにおけるゲート層1112(及び発光層1110)を挟んだバンドギャップの対称性と、PNP型トランジスタにおけるゲート層1108(及び発光層1110)を挟んだバンドギャップの対称性とが異なっている。   Therefore, in the conventional semiconductor light emitting device 1000, as shown in FIG. 9, the symmetry of the band gap across the gate layer 1112 (and the light emitting layer 1110) in the NPN transistor and the gate layer 1108 (and light emission in the PNP transistor). The band gap symmetry across the layer 1110) is different.

すなわち、従来の半導体発光素子1000では、PNP型トランジスタと、NPN型トランジスタとでは、特性が異なっている。従来の半導体発光素子1000のように両トランジスタの特性が異なる場合、特に特性の差が大きい場合は、キャリアの注入効率が低くなる。   That is, in the conventional semiconductor light emitting device 1000, the PNP type transistor and the NPN type transistor have different characteristics. When the characteristics of the two transistors are different as in the conventional semiconductor light emitting device 1000, particularly when the difference in characteristics is large, the carrier injection efficiency is low.

一方、上述したように本実施の形態の半導体発光素子100では、PNP型トランジスタとNPN型トランジスタとの特性が同様になっている。両トランジスタの特性が同様である場合は、特性が異なる場合に比べてキャリアの注入効率が高くなる。   On the other hand, as described above, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the characteristics of the PNP transistor and the NPN transistor are the same. When the characteristics of both transistors are the same, the carrier injection efficiency is higher than when the characteristics are different.

半導体発光素子では、キャリアの注入効率が低くなると、閾値電圧の増加の要因となる場合がある。従来の半導体発光素子1000では閾値電圧が5.0V以上であるのに対し、本実施の形態の半導体発光素子100では閾値電圧が4.5Vであった(上記、図5参照)。このように、本実施の形態の半導体発光素子100では、従来の半導体発光素子1000に比べてキャリアの注入効率を高くすることにより、従来の半導体発光素子1000よりも閾値電圧が低くなった。   In the semiconductor light emitting device, when the carrier injection efficiency is low, the threshold voltage may increase. The threshold voltage of the conventional semiconductor light emitting device 1000 is 5.0 V or higher, whereas the threshold voltage of the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment is 4.5 V (see FIG. 5 above). Thus, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the threshold voltage is lower than that of the conventional semiconductor light emitting device 1000 by increasing the carrier injection efficiency compared to the conventional semiconductor light emitting device 1000.

以上説明したように、本実施の形態の半導体発光素子100は、ゲート層112とカソード層116との間に、カソードとして機能する調整層114を設けた。調整層114は、カソード層116よりもAl組成比が高く、バンドギャップが大きい。また、調整層114は、ゲート層108と接するDBR層106の半導体膜106A(Al0.9Ga0.1As)とAl組成比が同じであり、バンドギャップが等しい。 As described above, in the semiconductor light emitting device 100 of this embodiment, the adjustment layer 114 that functions as a cathode is provided between the gate layer 112 and the cathode layer 116. The adjustment layer 114 has a higher Al composition ratio and a larger band gap than the cathode layer 116. The adjustment layer 114 has the same Al composition ratio and the same band gap as the semiconductor film 106A (Al 0.9 Ga 0.1 As) of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108.

本実施の形態の半導体発光素子100では、NPN型トランジスタにおけるゲート層112(及び発光層110)を挟んだバンドギャップの対称性と、PNP型トランジスタにおけるゲート層108(及び発光層110)を挟んだバンドギャップの対称性とが同様になる。これにより、NPN型トランジスタ及びPNP型トランジスタの特性は同様になる。本実施の形態の半導体発光素子100では、PNP型トランジスタ及びNPN型トランジスタの特性が同様であるため、キャリアの注入効率が向上する。   In the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the symmetry of the band gap across the gate layer 112 (and the light emitting layer 110) in the NPN transistor and the gate layer 108 (and the light emitting layer 110) in the PNP transistor are sandwiched. The symmetry of the band gap is the same. Thereby, the characteristics of the NPN transistor and the PNP transistor are the same. In the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, since the characteristics of the PNP transistor and the NPN transistor are the same, the carrier injection efficiency is improved.

従って、本実施の形態の半導体発光素子100では、PNP型及びNPN型の両トランジスタの対称性が異なる従来の半導体発光素子1000と比較して、閾値電圧が低くなる。   Therefore, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, the threshold voltage is lower than that of the conventional semiconductor light emitting device 1000 in which the symmetry of both the PNP type and NPN type transistors is different.

また、本実施の形態の半導体発光素子100では、調整層114が単一の半導体膜による層(単一層)であるため、調整層を複数の半導体層で形成する場合に比べて、キャリアの注入効率が向上する。ゲート層とカソード層との間に、複数の半導体膜を設けた半導体発光素子として例えば、上記特許文献2には、ゲート層とカソード層との間に、位相シフト層が設けられた半導体発光素子が記載されている。当該位相シフト層は、Al組成比が異なるAlGaAs系の半導体膜のペアを複数含む。このように、特許文献2に記載の半導体発光素子では、位相シフト層は、Al組成比が異なる半導体膜のペアを含むと共に、複数のペアを含んでいる。そのため、位相シフト層は複数の半導体層により形成されている。特許文献2に記載の半導体発光素子では、複数の半導体層により形成されているため、膜厚の増大を招く。膜厚の増大により、特許文献2に記載の半導体発光素子は、本実施の形態の半導体発光素子100に比べて、抵抗が大きく、キャリアが注入しづらくなり、キャリアの注入効率が低くなる。   Further, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, since the adjustment layer 114 is a layer (single layer) made of a single semiconductor film, carrier injection is performed compared to the case where the adjustment layer is formed of a plurality of semiconductor layers. Efficiency is improved. As a semiconductor light emitting device in which a plurality of semiconductor films are provided between a gate layer and a cathode layer, for example, in Patent Document 2, a semiconductor light emitting device in which a phase shift layer is provided between a gate layer and a cathode layer. Is described. The phase shift layer includes a plurality of pairs of AlGaAs semiconductor films having different Al composition ratios. As described above, in the semiconductor light emitting device described in Patent Document 2, the phase shift layer includes a pair of semiconductor films having different Al composition ratios and a plurality of pairs. Therefore, the phase shift layer is formed of a plurality of semiconductor layers. Since the semiconductor light emitting element described in Patent Document 2 is formed of a plurality of semiconductor layers, the film thickness is increased. Due to the increase in film thickness, the semiconductor light-emitting element described in Patent Document 2 has a higher resistance and less carrier injection than the semiconductor light-emitting element 100 of the present embodiment, resulting in lower carrier injection efficiency.

このように、本実施の形態の半導体発光素子100では、調整層114が単一層であるため、複数層とした場合に比べて、抵抗が低く、キャリアの注入効率が高くなる。従って、本実施の形態の半導体発光素子100では、サイリスタ特性が向上する。   As described above, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, since the adjustment layer 114 is a single layer, the resistance is lower and the carrier injection efficiency is higher than in the case of using a plurality of layers. Therefore, the thyristor characteristic is improved in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment.

また、本実施の形態の半導体発光素子100では、調整層114が単一層であるため、複数層である場合に比べて、製造が容易になり製造歩留まりが向上し、また、製造コストの増大を抑制する。   Further, in the semiconductor light emitting device 100 of the present embodiment, since the adjustment layer 114 is a single layer, the manufacturing is easier and the manufacturing yield is improved and the manufacturing cost is increased as compared with the case where there are a plurality of layers. Suppress.

なお、本実施の形態は、本発明の一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることはいうまでもない。   In addition, this Embodiment is an example of this invention, and it cannot be overemphasized that it can change according to a condition within the range which does not deviate from the main point of this invention.

例えば、本実施の形態では、調整層114のAl組成比を、ゲート層108と接するDBR層106の半導体膜と同じ0.9としているがこれに限らない。例えば、調整層114のAl組成比を、カソード層116のAl組成比よりも高く、かつゲート層108と接するDBR層106の半導体膜106Aよりも低くしてもよい。このように、調整層114のAl組成比を、ゲート層108と接するDBR層106の半導体膜とが異なっていても、ゲート層112とカソード層116との間にカソード層116よりもAl組成比が高い(バンドギャップが大きい)調整層114を設けることにより、調整層114を設けない場合に比べて、閾値電圧を抑制する効果が得られる。なお、調整層114のAl組成比は、半導体発光素子100におけるPNP型トランジスタと、調整層114を含むNPN型トランジスタの特性の差が閾値電圧に影響を及ぼさない範囲内であることが好ましい。   For example, in this embodiment, the Al composition ratio of the adjustment layer 114 is set to 0.9, which is the same as that of the semiconductor film of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108, but is not limited thereto. For example, the Al composition ratio of the adjustment layer 114 may be higher than the Al composition ratio of the cathode layer 116 and lower than the semiconductor film 106A of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108. Thus, even if the Al composition ratio of the adjustment layer 114 is different from that of the semiconductor film of the DBR layer 106 in contact with the gate layer 108, the Al composition ratio is higher than that of the cathode layer 116 between the gate layer 112 and the cathode layer 116. By providing the adjustment layer 114 having a high (a large band gap), an effect of suppressing the threshold voltage can be obtained as compared with the case where the adjustment layer 114 is not provided. Note that the Al composition ratio of the adjustment layer 114 is preferably within a range in which the difference in characteristics between the PNP transistor in the semiconductor light emitting device 100 and the NPN transistor including the adjustment layer 114 does not affect the threshold voltage.

調整層114の膜厚も、本実施の形態で説明した膜厚に限定されない。調整層114の膜厚は、半導体発光素子100の特性や、調整層114が含まれるNPN型トランジスタの特性等に応じて定めればよい。なお、キャリアの注入効率の観点からは、調整層114の膜厚は、薄い方が好ましい。   The thickness of the adjustment layer 114 is not limited to the thickness described in this embodiment. The film thickness of the adjustment layer 114 may be determined according to the characteristics of the semiconductor light emitting device 100, the characteristics of the NPN transistor including the adjustment layer 114, and the like. From the viewpoint of carrier injection efficiency, the adjustment layer 114 is preferably thin.

例えば、発光層110は、本実施の形態に示したように、ノンドープであってもよいし、p型、n型、いずれでもよい。なお、正孔は、電子に比べて移動度が小さいため、空間的な広がり(厚み方向及び層の面内方向の広がり)が小さく発光効率が高いため、p型またはノンドープとすることが好ましい。   For example, the light emitting layer 110 may be non-doped as shown in this embodiment, or may be p-type or n-type. Note that holes are less p-type or non-doped because they have a lower mobility than electrons and thus have a small spatial expansion (expansion in the thickness direction and in-plane direction of the layer) and high luminous efficiency.

また、本実施の形態では、半導体発光素子100が発光サイリスタである場合について説明したがこれに限らず、例えば、発光ダイオードであってもよい。また、本実施の形態では、半導体発光素子100がPNPN型である場合について説明したがこれに限らず、例えば、NPNP型であってもよい。   In the present embodiment, the case where the semiconductor light emitting element 100 is a light emitting thyristor has been described. However, the present invention is not limited thereto, and may be a light emitting diode, for example. In the present embodiment, the case where the semiconductor light emitting element 100 is a PNPN type has been described. However, the present invention is not limited thereto, and may be an NPNP type, for example.

また、本実施の形態では、具体的一例として、AlGaAs系材料を用いた半導体発光素子100について説明したがこれに限らず、InGaAsP系や、AlGaInP系、及びInGaN/GaN系材料等を用いた半導体発光素子に対して適用してもよい。   In the present embodiment, the semiconductor light emitting device 100 using an AlGaAs-based material has been described as a specific example. However, the present invention is not limited to this, and a semiconductor using an InGaAsP-based, AlGaInP-based, InGaN / GaN-based material, or the like. You may apply with respect to a light emitting element.

また、本実施の形態では、自己走査型の電子写真式の画像形成装置10の光源ヘッド16に適用した場合について説明したがこれに限らず、本実施の形態の半導体発光素子100を他の光源ヘッドや他の画像形成装置に適用するようにしてもよい。また、半導体発光素子100を、例えば、スキャナ等、他の装置の光源に適用してもよい。   In the present embodiment, the case of applying to the light source head 16 of the self-scanning electrophotographic image forming apparatus 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor light emitting element 100 of the present embodiment is replaced with another light source. You may make it apply to a head or another image forming apparatus. Further, the semiconductor light emitting element 100 may be applied to a light source of another device such as a scanner.

10 画像形成装置
16 光源ヘッド
100 半導体発光素子
102 基板
104 バッファ層
106 DBR層
108 ゲート層
110 発光層
112 ゲート層
114 調整層
116 カソード層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Image forming apparatus 16 Light source head 100 Semiconductor light emitting element 102 Substrate 104 Buffer layer 106 DBR layer 108 Gate layer 110 Light emitting layer 112 Gate layer 114 Adjustment layer 116 Cathode layer

Claims (4)

基板上に形成された第1導電型の多層膜反射鏡と、
前記多層膜反射鏡上に形成された第2導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成された前記第1導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層上に形成された単一膜である、前記第2導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層上に形成され、前記第1半導体層とバンドギャップが等しく、かつ前記第2半導体層よりもバンドギャップが大きく、また、前記第3半導体層よりもバンドギャップが小さい前記第2導電型の第4半導体層と、
を含み、
前記多層膜反射鏡はアノード、前記第1半導体層はゲート、前記第2半導体層はゲート、前記第3半導体層及び前記第4半導体層はカソードであり、
前記多層膜反射鏡、前記第1半導体層、及び前記第2半導体層により形成される第1トランジスタにおける前記第1半導体層に接する前記多層膜反射鏡の電子のエネルギーと、前記第1半導体層に接する前記第2半導体層の電子のエネルギーとの大小関係と、
前記第1半導体層、前記第2半導体層、前記第3半導体層、及び前記第4半導体層により形成される第2トランジスタにおける前記第2半導体層に接する前記第1半導体層の電子のエネルギーと、前記第2半導体層に接する前記第3半導体層の電子のエネルギーとの大小関係と、が同等である、
半導体発光素子。
A first-conductivity-type multilayer reflector formed on a substrate;
A first semiconductor layer of a second conductivity type formed on the multilayer-film reflective mirror;
A second semiconductor layer of the first conductivity type formed on the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of the second conductivity type, which is a single film formed on the second semiconductor layer;
The second semiconductor layer is formed on the third semiconductor layer and has a band gap equal to that of the first semiconductor layer, a band gap larger than that of the second semiconductor layer, and a band gap smaller than that of the third semiconductor layer. A conductive fourth semiconductor layer;
Only including,
The multilayer mirror is an anode, the first semiconductor layer is a gate, the second semiconductor layer is a gate, the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are cathodes,
The energy of electrons of the multilayer reflector in contact with the first semiconductor layer in the first transistor formed by the multilayer reflector, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer A magnitude relationship with the energy of electrons of the second semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer;
Energy of electrons of the first semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer in a second transistor formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer; The magnitude relationship with the energy of electrons of the third semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer is equivalent.
Semiconductor light emitting device.
前記第3半導体層のバンドギャップは、前記第1半導体層と接する前記多層膜反射鏡のバンドギャップと等しい、
請求項1に記載の半導体発光素子。
The band gap of the third semiconductor layer is equal to the band gap of the multilayer reflector in contact with the first semiconductor layer.
The semiconductor light emitting device according to claim 1 .
前記請求項1または前記請求項2に記載の半導体発光素子を光源として備えた、光源ヘッド。 A light source head comprising the semiconductor light emitting element according to claim 1 or 2 as a light source. 感光体と、
前記感光体表面を帯電する帯電手段と、
前記請求項に記載の光源ヘッドを備え、かつ前記帯電手段により帯電された前記感光体表面に静電潜像を形成するために前記光源ヘッドの出射光により露光する露光手段と、
前記露光手段により形成された前記静電潜像を現像する現像手段と、
前記現像手段により現像された前記静電潜像を定着する定着手段と、
を備えた画像形成装置。
A photoreceptor,
Charging means for charging the surface of the photoreceptor;
An exposure unit comprising the light source head according to claim 3 and exposing with light emitted from the light source head to form an electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor charged by the charging unit;
Developing means for developing the electrostatic latent image formed by the exposure means;
Fixing means for fixing the electrostatic latent image developed by the developing means;
An image forming apparatus.
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