JP7232086B2 - 半導体発光装置、露光ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光装置、露光ヘッド及び画像形成装置に関する。

画像形成装置の感光ドラムへの潜像形成用の露光ヘッドとして、面発光素子アレイが利用されている。この露光ヘッドの典型的な構成では、多数の面型発光素子（半導体基板主面に対して垂直に光を放射する発光素子）がある方向に配列されており、各発光素子の配列方向と同一な方向にレンズアレイが並んでいる。そして、発光素子からの光は、当該レンズを通して感光ドラム上に結像する。発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されたものと発光サイリスタで構成されたものが知られている。

特許文献１には、発光サイリスタを用いた自己走査型発光素子アレイが開示されている。特許文献１に記載の自己走査型発光素子アレイでは、シフト部サイリスタの間を結合ダイオードで結合することによって、シフト部サイリスタのゲート間に電位勾配を形成し、シフト部サイリスタの閾値電圧差を利用して自己走査機能を実現している。

特開２００７－２５０８５３号公報

しかしながら、発光サイリスタを用いた従来の自己走査型発光素子アレイでは、シフト部サイリスタのゲート間に所定の電位勾配を形成することができず、転送動作に不具合が生じることがあった。

本発明の目的は、自己走査型回路の転送動作を安定化しうる半導体発光装置、露光ヘッド及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、シフトサイリスタのゲートと発光サイリスタのゲートとが各々に接続された複数のノードと、前記複数のノードの間を接続する複数の転送ダイオードと、を有する半導体発光装置であって、半導体基板の上に設けられた第１導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に設けられた前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体層と、前記第２の半導体層の上に設けられた前記第１導電型の第３の半導体層と、前記第３の半導体層の上に設けられた前記第２導電型の第４の半導体層と、前記第４の半導体層の上に設けられた前記第１導電型の第５の半導体層と、を含む積層構造を有し、前記複数の転送ダイオードの各々は、前記第４の半導体層と前記第５の半導体層とが形成するｐｎ接合によって構成されたダイオードであり、前記半導体基板と前記複数の転送ダイオードの各々との間に、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層と、前記第３の半導体層と、前記第４の半導体層と、からなるｐｎｐｎ接合が構成されており、
前記転送ダイオードの動作時に前記ｐｎｐｎ接合において寄生サイリスタがオンになるのを抑制するように前記第３の半導体層の電位が設定されている半導体発光装置が提供される。

本発明によれば、自己走査型の半導体発光装置において、自己走査型回路の転送動作を安定化することができる。

本発明の第１実施形態による半導体発光装置の概略構成を示す等価回路図である。 本発明の第１実施形態による半導体発光装置におけるシフトサイリスタのオン状態の転送動作を説明する図である。 本発明の第１実施形態による半導体発光装置の駆動方法を示すタイミング図である。 本発明の第１実施形態による半導体発光装置の転送ダイオード部を構成する半導体素子を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による半導体発光装置における転送ダイオード部の構成例を示す概略断面図である。 本発明の第１実施形態による半導体発光装置における発光サイリスタ部及びシフトサイリスタ部の構成例を示す概略断面図である。 参考例による半導体発光装置における走査回路部の等価回路図である。 参考例による半導体発光装置における課題を説明する図である。 本発明の第２実施形態による半導体発光装置の概略構成を示す等価回路図である。 本発明の第２実施形態による半導体発光装置の転送ダイオード部を構成する半導体素子を示す概略図である。 本発明の第３実施形態による半導体発光装置の概略構成を示す等価回路図である。 本発明の第３実施形態による半導体発光装置の転送ダイオード部を構成する半導体素子を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による画像形成装置の構成例を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による画像形成装置の露光ヘッドの構成例を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による画像形成装置の面発光素子アレイチップ群を示す概略図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による半導体発光装置の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体発光装置の概略構成を示す等価回路図である。

本実施形態による半導体発光装置１００は、図１に示すように、複数のシフトサイリスタＴと、複数の転送ダイオードＤと、複数の発光サイリスタＬと、を有する。複数の転送ダイオードＤの各々には、寄生サイリスタＰが接続されている。

本実施形態による半導体発光装置１００は、ダイオード結合を用いた自己走査型の発光装置（ＳＬＥＤ：Self-scanning Light Emitting Device）である。自己走査型の発光装置としては発光ダイオード（ＬＥＤ）や面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いたものもあるが、サイリスタを利用した発光装置は配線数が少なくてすむメリットがあり、複写機などの露光ヘッドとして好適である。自己走査型の半導体発光装置では、シフトサイリスタＴの間を転送ダイオードＤで結合することによって、シフトサイリスタＴのゲート間に電位勾配を形成し、シフトサイリスタＴの閾値電圧差を利用して自己走査機能を実現する。

図１には、このように構成される自己走査型回路のうち、複数のシフトサイリスタＴとして、４個のシフトサイリスタＴ_ｎ－１～Ｔ_ｎ＋２を示している。また、複数の発光サイリスタＬとして、１６個の発光サイリスタＬ_４ｎ－７～Ｌ_４ｎ＋８を示している。また、複数の転送ダイオードＤとして、５個の転送ダイオードＤ_ｎ－２～Ｄ_ｎ＋２を示している。また、寄生サイリスタＰとして、寄生サイリスタＰ_ｎ－２～Ｐ_ｎ＋２を示している。ただし、シフトサイリスタＴ、転送ダイオードＤ、寄生サイリスタＰ及び発光サイリスタＬの数は、発光装置の規模等に応じて適宜選択されうる。添え字のｎは、２以上の整数である。

転送ダイオードＤ_ｎ－２～Ｄ_ｎ＋２は、隣り合う転送ダイオードＤのアノードとカソードとが接続されるように、直列に接続されている。すなわち、転送ダイオードＤ_ｎ－２のアノードが転送ダイオードＤ_ｎ－１のカソードに接続され、転送ダイオードＤ_ｎ－１のアノードが転送ダイオードＤ_ｎのカソードに接続されている。また、転送ダイオードＤ_ｎのアノードが転送ダイオードＤ_ｎ＋１のカソードに接続され、転送ダイオードＤ_ｎ＋１のアノードが転送ダイオードＤ_ｎ＋２のカソードに接続されている。複数の転送ダイオードＤ_ｎ－２～Ｄ_ｎ＋２により構成される直列接続体は、スタート信号Φｓが供給されるスタート信号ラインを構成する。スタート信号Φｓは、当該直列接続体のカソード側の端部から供給される。寄生サイリスタＰは、アノードが対応する転送ダイオードＤのアノードに接続され、カソードが基準電圧に接続され、ゲートが電気的に開放状態（フローティング状態）とされている。

隣り合う転送ダイオードＤの間の接続ノードの各々は、ゲート抵抗Ｒｇを介して、電源電圧ＶＧＫが供給されるゲートラインに接続されている。また、隣り合う転送ダイオードＤの間の接続ノードの各々には、１つのシフトサイリスタＴのゲートと、４つの発光サイリスタＬのゲートと、が接続されている。すなわち、転送ダイオードＤ_ｎ－２と転送ダイオードＤ_ｎ－１との間の接続ノード（共通ゲートＧ_ｎ－１）には、シフトサイリスタＴ_ｎ－１のゲートと、発光サイリスタＬ_４ｎ－７～Ｌ_４ｎ－４のゲートと、が接続されている。転送ダイオードＤ_ｎ－１と転送ダイオードＤ_ｎとの間の接続ノード（共通ゲートＧ_ｎ）には、シフトサイリスタＴ_ｎのゲートと、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎのゲートと、が接続されている。転送ダイオードＤ_ｎと転送ダイオードＤ_ｎ＋１との間の接続ノード（共通ゲートＧ_ｎ＋１）には、シフトサイリスタＴ_ｎ＋１のゲートと、発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４のゲートと、が接続されている。転送ダイオードＤ_ｎ＋１と転送ダイオードＤ_ｎ＋２との間の接続ノード（共通ゲートＧ_ｎ＋２）には、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２のゲートと、発光サイリスタＬ_４ｎ＋５～Ｌ_４ｎ＋８のゲートと、が接続されている。

奇数番目のシフトサイリスタＴ（例えば、シフトサイリスタＴ_ｎ－１，Ｔ_ｎ＋１）のアノードは、入力抵抗Ｒ１を介して転送信号Φ１が供給される転送信号ラインに接続されている。偶数番目のシフトサイリスタＴ（例えば、シフトサイリスタＴ_ｎ，Ｔ_ｎ＋２）のアノードは、入力抵抗Ｒ２を介して転送信号Φ２が供給される転送信号ラインに接続されている。

発光サイリスタＬのアノードは、抵抗Ｒｗを介して点灯信号ΦＷが供給される所定の点灯信号ラインに接続されている。すなわち、発光サイリスタＬ_４ｎ－７，Ｌ_４ｎ－３，Ｌ_４ｎ＋１，Ｌ_４ｎ＋５のアノードは、抵抗Ｒｗ４を介して点灯信号ΦＷ４が供給される点灯信号ラインに接続されている。発光サイリスタＬ_４ｎ－６，Ｌ_４ｎ－２，Ｌ_４ｎ＋２，Ｌ_４ｎ＋６のアノードは、抵抗Ｒｗ３を介して点灯信号ΦＷ３が供給される点灯信号ラインに接続されている。発光サイリスタＬ_４ｎ－５，Ｌ_４ｎ－１，Ｌ_４ｎ＋３，Ｌ_４ｎ＋７のアノードは、抵抗Ｒｗ２を介して点灯信号ΦＷ２が供給される点灯信号ラインに接続されている。発光サイリスタＬ_４ｎ－４，Ｌ_４ｎ，Ｌ_４ｎ＋４，Ｌ_４ｎ＋８のアノードは、抵抗Ｒｗ１を介して点灯信号ΦＷ１が供給される点灯信号ラインに接続されている。

次に、本実施形態による半導体発光装置１００におけるシフトサイリスタＴのオン状態の転送動作について、図１及び図２を用いて説明する。ここでは、ゲートラインに供給される電源電圧ＶＧＫは５Ｖであり、転送信号ラインに供給される転送信号Φ１，Φ２は０Ｖ及び５Ｖのいずれかであるものとする。

図２は、本実施形態による半導体発光装置におけるシフトサイリスタのオン状態の転送動作を説明する図である。

図２（ａ）は、転送信号Φ１が０Ｖ、転送信号Φ２が５Ｖであり、シフトサイリスタＴ_ｎがオン状態のときの共通ゲートＧ_ｎ－１～Ｇ_ｎ＋４の電位の分布を示している。なお、共通ゲートＧ_ｎ＋３，Ｇ_ｎ＋４は、共通ゲートＧ_ｎ＋２の後に続く図１には不図示の共通ゲートである。

シフトサイリスタＴ_ｎがオン状態のとき、シフトサイリスタＴ_ｎのゲート及び発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎのゲートに接続されている共通ゲートＧ_ｎの電位は、約０．２Ｖまで低下する。共通ゲートＧ_ｎと共通ゲートＧ_ｎ＋１との間には、共通ゲートＧ_ｎと共通ゲートＧ_ｎ＋１とを接続する転送ダイオードＤ_ｎの拡散電位にほぼ等しい電位差が発生する。本実施形態において転送ダイオードＤ_ｎの拡散電位は約１．５Ｖであり、共通ゲートＧ_ｎ＋１の電位は、共通ゲートＧ_ｎの電位である０．２Ｖに転送ダイオードＤ_ｎの拡散電位である１．５Ｖを加えた１．７Ｖとなる。同様に、共通ゲートＧ_ｎ＋２の電位は３．２Ｖとなり、共通ゲートＧ_ｎ＋３（図示せず）の電位は４．７Ｖとなる。

ここで、共通ゲートＧの上限電圧は電源電圧ＶＧＫであるため、共通ゲートＧ_ｎ＋４以降の電位は電源電圧ＶＧＫの値である５Ｖとなる。また、共通ゲートＧ_ｎと共通ゲートＧ_ｎ－１との間の転送ダイオードＤは逆バイアスになっているため、共通ゲートＧ_ｎ－１には電源電圧ＶＧＫがそのまま供給される。共通ゲートＧ_ｎ－１よりも前の共通ゲートＧについても同様である。すなわち、共通ゲートＧ_ｎより前の共通ゲートＧ_ｎ－１等の電位は、電源電圧ＶＧＫの値である５Ｖとなる。こうして、共通ゲートＧ_ｎ～Ｇ_ｎ＋３には、図２（ａ）に示すような電位勾配が形成される。

シフトサイリスタＴがオンするために必要な電圧（閾値電圧）は、ゲート電位に拡散電位を加えた電圧とほぼ同じである。シフトサイリスタＴ_ｎがオンのとき、転送信号Φ２が供給される転送信号ラインに接続されている他のシフトサイリスタＴの中で最もゲート電位が低いのはシフトサイリスタＴ_ｎ＋２である。シフトサイリスタＴ_ｎ＋２に対応する共通ゲートＧ_ｎ＋２の電位は前述のように３．２Ｖであり、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２の閾値電圧は４．７Ｖとなる。

しかしながら、シフトサイリスタＴ_ｎがオン状態であることにより、転送信号Φ２が供給される転送信号ラインの電位は、拡散電位に相当する電圧（約１．５Ｖ）に低下している。そのため、転送信号Φ２が供給される転送信号ラインの電位はシフトサイリスタＴ_ｎ＋２の閾値電圧よりも低くなっており、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２はオンすることができない。同じ転送信号ラインに接続されている他の総てのシフトサイリスタＴは、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２よりも閾値電圧が高いため、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２と同様にオンすることができない。その結果、シフトサイリスタＴ_ｎのみがオン状態を保つことができる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から、転送信号Φ１を５Ｖに遷移したときの共通ゲートＧ_ｎ－１～Ｇ_ｎ＋４の電位の分布を示している。

転送信号Φ１が供給される転送信号ラインに接続されているシフトサイリスタＴに着目すると、最も閾値電圧が低い状態のシフトサイリスタＴ_ｎ＋１の閾値電圧は３．２Ｖである。次に閾値電圧が低い状態のシフトサイリスタＴ_ｎ＋３の閾値電圧は６．２Ｖである。したがって、この状態で転送信号Φ１を０Ｖから５Ｖに遷移することで、転送信号Φ１が供給される転送信号ラインに接続されているシフトサイリスタＴのうち、シフトサイリスタＴ_ｎ＋１だけをオン状態にすることができる。この状態では、シフトサイリスタＴ_ｎとシフトサイリスタＴ_ｎ＋１とがオンした状態であり、シフトサイリスタＴ_ｎ＋１よりも右側のシフトサイリスタＴのゲート電位は各々拡散電位の分だけ低下していく。ただし、電源電圧ＶＧＫは５Ｖであり、ゲート電位は電源電圧ＶＧＫで制限される。したがって、シフトサイリスタＴ_ｎ＋５よりも右側のシフトサイリスタＴにおいては、ゲート電位は５Ｖとなる。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から、転送信号Φ２を０Ｖに遷移したときの共通ゲートＧ_ｎ－１～Ｇ_ｎ＋４の電位の分布を示している。

転送信号Φ２を５Ｖから０Ｖに遷移すると、シフトサイリスタＴ_ｎがオフとなる。これにより、共通ゲートＧ_ｎの電位は、電源電圧ＶＧＫまで上昇する。

このようにして、シフトサイリスタＴ_ｎからシフトサイリスタＴ_ｎ＋１へのオン状態の転送が完了する。

なお、転送ダイオードＤのアノードには寄生サイリスタＰが接続されているが、寄生サイリスタＰのゲートは開放状態となっている。そのため、寄生サイリスタＰがオンするためには例えば２０Ｖ程度以上の高電圧が必要である。典型的には、電源電圧ＶＧＫ、転送信号Φ１，Φ２の電圧は５Ｖ程度以下であるため寄生サイリスタＰがオンすることはなく、シフトサイリスタＴのオン状態の転送動作に寄生サイリスタＰが影響することはない。

次に、本実施形態による半導体発光装置における発光サイリスタＬの発光動作について、図１乃至図３を用いて説明する。ここでは、ゲートラインに供給される電源電圧ＶＧＫは５Ｖであり、転送信号ラインに供給される転送信号Φ１，Φ２及び点灯信号ラインに供給される点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４の電圧は０Ｖ及び５Ｖのいずれかであるものとする。

シフトサイリスタＴ_ｎがオン状態のとき、共通ゲートＧ_ｎの電位は、前述の通り約０．２Ｖである。したがって、共通ゲートＧ_ｎに接続されている発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの閾値電圧は、１．７Ｖである。つまり、電圧が１．７Ｖ以上の点灯信号ΦＷ１～ΦＷ４が供給されれば、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎを点灯可能である。ここで、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４は、それぞれ、発光サイリスタＬ_４ｎ－３，Ｌ_４ｎ－２，Ｌ_４ｎ－１，Ｌ_４ｎに対応している。したがって、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４の組み合わせに応じた任意の組み合わせで発光サイリスタＬ_４ｎ－３，Ｌ_４ｎ－２，Ｌ_４ｎ－１，Ｌ_４ｎを点灯することができる。

共通ゲートＧ_ｎの電位が０．２Ｖのとき、隣の共通ゲートＧ_ｎ＋１の電位は１．７Ｖであり、共通ゲートＧ_ｎ＋１に接続されている発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４の閾値電圧は３．２Ｖである。点灯信号ΦＷ１～ΦＷ４は５Ｖであるため、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの点灯駆動と同時に発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４が点灯するようにも思われる。

しかしながら、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの閾値電圧は発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４の閾値電圧よりも低いため、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの方が発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４よりも先にオンになる。一旦、発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４がオンになると、オンになった発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４に接続されている点灯信号ラインの電位が拡散電位に相当する１．５Ｖまで低下する。その結果、当該点灯信号ラインの電位が発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４の閾値電圧よりも低くなり、発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４がオンになることはない。

図３は、本実施形態による半導体発光装置の駆動方法の一例を示すタイミング図である。図３には、電源電圧ＶＧＫ、スタート信号Φｓ、転送信号Φ１，Φ２、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４を示している。転送信号Φ１は奇数番目のシフトサイリスタＴ用のクロック信号であり、転送信号Φ２は偶数番目のシフトサイリスタＴ用のクロック信号である。

まず、スタート信号Φｓを５Ｖから０Ｖに遷移する。これにより、スタート信号Φｓの入力側に最も近いシフトサイリスタＴのゲートに接続される共通ゲートＧ（例えば、共通ゲートＧ_ｎ－１）の電位が５Ｖから１．７Ｖに低下し、シフトサイリスタＴ_ｎ－１の閾値電圧が３．２Ｖになる。これにより、シフトサイリスタＴ_ｎ－１は、転送信号Φ１によってオンにできる状態となる。

次いで、転送信号Φ１を０Ｖから５Ｖに遷移し、シフトサイリスタＴ_ｎ－１をオンにする。また、シフトサイリスタＴ_ｎ－１をオンにしてから少し遅れてスタート信号Φｓを０Ｖから５Ｖに遷移する。スタート信号Φｓは、次の点灯動作の開始のタイミングまで５Ｖのまま保持する。

転送信号Φ１は、奇数番目のシフトサイリスタＴ用のクロック信号であり、周期Ｔｃで０Ｖから５Ｖに立ち上がる周期パルスである。転送信号Φ２は、偶数番目のシフトサイリスタＴ用のクロック信号であり、転送信号Φ１と同じ周期Ｔｃで０Ｖから５Ｖに立ち上がる周期パルスである。転送信号Φ１と転送信号Φ２とは、概ね逆位相の信号であるが、パルスの前後に互いのオン状態（５Ｖの期間）が重なる期間Ｔｏｖを有するように構成されている。

点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４は、転送信号Φ１，Φ２の半分の周期（Ｔｃ／２）で送信される。シフトサイリスタＴがオン状態のときに５Ｖの点灯信号ΦＷが印加されると、５Ｖになった点灯信号ΦＷに対応する発光サイリスタＬが点灯する。

例えば、時刻ａでは、同一のシフトサイリスタＴ（例えば、シフトサイリスタＴ_ｎ－１）に接続されている４つの発光サイリスタＬのうち、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４に対応する４つの発光サイリスタＬが同時に点灯する。また、時刻ｂでは、同一のシフトサイリスタＴ（例えば、シフトサイリスタＴ_ｎ）に接続されている４つの発光サイリスタＬのうち、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ３，ΦＷ４に対応する３つの発光サイリスタＬが同時に点灯する。また、時刻ｃでは、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ２，ΦＷ３，ΦＷ４はいずれも０Ｖであり、総ての発光サイリスタＬが消灯状態である。また、時刻ｄでは、同一のシフトサイリスタＴ（例えば、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２）に接続されている４つの発光サイリスタＬのうち、点灯信号ΦＷ１，ΦＷ４に対応する２つの発光サイリスタＬが同時に点灯する。また、時刻ｅでは、同一のシフトサイリスタＴ（例えば、図示しないシフトサイリスタＴ_ｎ＋３）に接続されている４つの発光サイリスタＬのうち、点灯信号ΦＷ２に対応する発光サイリスタＬのみが点灯する。

次に、本実施形態による半導体発光装置１００の具体的な構造について、図４乃至図６を用いて説明する。

図４は、本実施形態による半導体発光装置の転送ダイオード部を構成する半導体素子を示す概略図である。図４（ａ）が平面図であり、図４（ｂ）が図４（ａ）のＡ－Ａ′線断面図であり、図４（ｃ）が転送ダイオード部の等価回路図である。なお、本実施形態において転送ダイオード部とは、半導体基板上に本実施形態の半導体発光装置を形成したときに転送ダイオードＤが配される部分を意味する。転送ダイオード部には、図１に示す回路要素のうち、転送ダイオードＤと、寄生サイリスタＰと、が含まれる。

転送ダイオード部は、半導体基板１０に設けられる。半導体基板１０の上には、第１導電型（例えばｎ型）の半導体層１２と、第１導電型と異なる第２導電型（例えばｐ型）の半導体層１４と、第１導電型の半導体層１６と、第２導電型の半導体層１８と、第１導電型の半導体層２０と、がこの順番で積層されている。半導体層１２，１４，１６，１８，２０の各々は、複数の半導体層によって構成されていてもよい。転送ダイオード部は、これら半導体層の積層体によって構成される。

半導体層１８の上の半導体層２０は一部が除去されている。露出した半導体層１８の上には電極３４が設けられている。半導体基板１０の半導体層１２が設けられた面とは反対側の面には電極３０が設けられている。この場合、半導体基板１０は、第１導電型を有することが望ましい。また、半導体層１２を省略し、第１導電型の半導体基板１０を半導体層１２の代わりに使用してもよい。半導体層２０の上には電極３２が設けられている。

こうして、半導体層１８，２０のｐｎ接合により、転送ダイオードＤが構成されている。また、半導体層１８，１６，１４，１２のｐｎｐｎ接合により、寄生サイリスタＰが構成されている。電極３４，３２が、転送ダイオードＤのアノード電極とカソード電極とを構成する。また、電極３４，３０が、寄生サイリスタＰのアノード電極とカソード電極とを構成する。例えば、第２導電型がｐ型の場合、電極３４が転送ダイオードＤ及び寄生サイリスタＰのアノード電極となる。電極３０は、基準電圧（例えば０Ｖ）が供給される電極でもある。寄生サイリスタＰのゲート（半導体層１６又は半導体層１４）は、電極等の電気的な接続部を持たない状態（開放状態或いはフローティング状態）である。

このようにして構成される転送ダイオード部の等価回路図は、図４（ｃ）に示すようになる。

図５は、本実施形態による半導体発光装置における転送ダイオード部の具体的な構成例を示す概略断面図である。図５は、図４（ａ）のＡ－Ａ′線断面図に対応している。図４に示した構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、この符号にＡ，Ｂ，Ｃの添え字を付記することで区別している。

ｎ型のＧａＡｓ基板１０Ａの上には、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１８Ａの上には、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層２０Ａと、が設けられている。転送ダイオード部は、これら半導体層の積層体によって構成される。

ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａは一部が除去されている。露出したＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、転送ダイオードＤのアノード電極を構成する電極３４が設けられている。ＧａＡｓ基板１０ＡのＡｌＧａＡｓ層１２Ａが設けられた面とは反対側の面には、電極３０が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層２０Ａの上には、転送ダイオードＤのカソード電極を構成する電極３２が設けられている。

こうして、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃとｎ型のＡｌＧａＡｓ層２０Ａとの間のｐｎ接合により、転送ダイオードＤが構成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａとのｐｎｐｎ接合により、寄生サイリスタＰが構成されている。ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂは、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと電極３４との間のコンタクト層である。

ここで、寄生サイリスタＰは、１つの半導体基板１０の上に転送ダイオードＤ、発光サイリスタＬ及びシフトサイリスタＴを集積することに伴って形成されたものである。

図６は、本実施形態による半導体発光装置における発光サイリスタ部及びシフトサイリスタ部を構成する半導体素子の例を示す概略図である。図６（ａ）が発光サイリスタ部の構成例を示す概略断面図であり、図６（ｂ）がシフトサイリスタ部の構成例を示す概略断面図である。なお、本実施形態においてシフトサイリスタ部とは、半導体基板上に本実施形態の半導体発光装置を形成したときに発光サイリスタＬが配される部分を意味する。また、本実施形態においてシフトサイリスタ部とは、半導体基板上に本実施形態の半導体発光装置を形成したときにシフトサイリスタＴが配される部分を意味する。

発光サイリスタ部は、ＧａＡｓ基板１０Ａの上に設けられたＡｌＧａＡｓ層１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０Ａのうち、ＡｌＧａＡｓ層１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ，１８Ｂを含む積層体により構成される。発光サイリスタ部のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａは、成膜後に除去する、或いは、成膜時に堆積しないようにする。

ＡｌＧａＡｓ層１８Ａの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂは一部が除去されている。露出したＡｌＧａＡｓ層１８Ａの上には、絶縁層３６が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、透明電極３８が設けられている。透明電極３８は絶縁層３６の上に延在しており、絶縁層３６が設けられた領域の透明電極３８の上には、発光サイリスタＬのアノード電極を構成する電極４０が設けられている。ＧａＡｓ基板１０ＡのＡｌＧａＡｓ層１２Ａが設けられた面とは反対側の面には、電極３０が設けられている。

こうして、発光サイリスタ部に設けられたｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａとのｐｎｐｎ接合により、発光サイリスタＬが構成されている。

発光サイリスタＬの発光用電流は、電極４０から供給され、透明電極３８、ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂ、ＡｌＧａＡｓ層１８Ａ、ＡｌＧａＡｓ層１６Ａ、ＡｌＧａＡｓ層１４Ａ、ＡｌＧａＡｓ層１２Ａ、ＧａＡｓ基板１０Ａを介して電極３０へと流れる。この発光用電流によって発光部であるＡｌＧａＡｓ層１６Ａで生じた光が、ＡｌＧａＡｓ層１８Ａ、ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂ及び透明電極３８を透過して外部へと出射される。

シフトサイリスタ部は、ＧａＡｓ基板１０Ａの上に設けられたＡｌＧａＡｓ層１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０Ａのうち、ＡｌＧａＡｓ層１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ，１８Ｂを含む積層体により構成される。シフトサイリスタ部のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａは、成膜後に除去する、或いは、成膜時に堆積しないようにする。

ＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ａ，１８Ｂは一部が除去されている。露出したＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上には、シフトサイリスタＴのゲート電極を構成する電極４４が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、シフトサイリスタＴのアノード電極を構成する電極４２が設けられている。ＧａＡｓ基板１０ＡのＡｌＧａＡｓ層１２Ａが設けられた面とは反対側の面には、電極３０が設けられている。

こうして、シフトサイリスタ部に設けられたｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａとのｐｎｐｎ接合により、シフトサイリスタＴが構成されている。

シフトサイリスタＴの構造は発光サイリスタＬの構造と同じであり、サイリスタとしての動作時には発光する。この発光は、半導体発光装置を例えば複写機の露光ヘッドとして用いる場合、画像悪化の原因となる。したがって、シフトサイリスタ部は、必要に応じて遮光部材（例えば金属膜など）で被覆することが望ましい。

なお、図６（ａ）では記載を省略しているが、発光サイリスタＬもシフトサイリスタＴと同様、ゲートを構成する電極を有している。

ＡｌＧａＡｓ層１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａの各々の組成、厚さ、不純物濃度は、発光サイリスタＬ及びシフトサイリスタＴにおいて所望のサイリスタ特性が得られるように適宜設定される。ＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａは、転送ダイオードＤとして所望のダイオード特性が得られるように適宜設定される。

例えば、ＡｌＧａＡｓ層１２Ａは、厚さ６００ｎｍ、Ａｌ組成２５％、ドナー不純物濃度が２×１０^１８ｃｍ^－３のｎ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。ＡｌＧａＡｓ層１４Ａは、厚さ７００ｎｍ、Ａｌ組成２５％、アクセプタ不純物濃度が２×１０^１８ｃｍ^－３のｐ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。ＡｌＧａＡｓ層１６Ａは、厚さ３５０ｎｍ、Ａｌ組成１５％、ドナー不純物濃度が２×１０^１７ｃｍ^－３のｎ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。ＡｌＧａＡｓ層１８Ａは、厚さ３２０ｎｍ、Ａｌ組成３０％、アクセプタ不純物濃度が２×１０^１７ｃｍ^－３のｐ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。

ＡｌＧａＡｓ層１８Ａは不純物濃度が低く金属電極とオーミックコンタクトを形成するのが困難なため、コンタクト層としてＡｌＧａＡｓ層１８Ｂが設けられる。ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂは、厚さ２００ｎｍ、Ａｌ組成３０％、アクセプタ不純物濃度が７×１０^１９ｃｍ^－３のｐ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。

また、ＡｌＧａＡｓ層１８Ｃは、厚さ２００ｎｍ、Ａｌ組成３０％、アクセプタ不純物濃度が３×１０^１８ｃｍ^－３のｐ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。ＡｌＧａＡｓ層２０Ａは、厚さ４００ｎｍ、Ａｌ組成３０％、ドナー不純物濃度が３×１０^１８ｃｍ^－３のｎ型ＡｌＧａＡｓ層により構成されうる。

なお、転送ダイオードＤの機能として重要な点は、ＡｌＧａＡｓ層１８ＣとＡｌＧａＡｓ層２０Ａとの界面のｐｎ接合である。電極３２を構成する金属材料が熱処理などにより拡散してｐｎ接合界面に到達すると、ダイオード機能が阻害されてしまい好ましくない。本発明者等の検討によれば、金属材料は４００ｎｍ程度の深さまで拡散することが確認された。そのため、ＡｌＧａＡｓ層２０Ａの厚さは、ｐｎ接合界面への金属材料の拡散を防止する観点から、４００ｎｍ以上が好ましい。

本実施形態の半導体発光装置においては、転送ダイオードＤに寄生サイリスタＰが接続されている。転送ダイオードＤの部分に寄生サイリスタＰを構成する半導体層を残存しているのは、製造工程を簡略化し、ひいては製造コストを低減するためである。

このように構成する場合、転送ダイオードＤは、シフトサイリスタＴ及び発光サイリスタＬを構成する半導体層のうちの２層を用いて構成することも可能である。例えば、ＡｌＧａＡｓ層１６Ａをカソード、ＡｌＧａＡｓ層１８Ａをアノードとし、これらのｐｎ接合によって転送ダイオードＤを構成することもできる。この場合の転送部の等価回路は、例えば図７に示すようになる。

しかしながら、図７に示す回路では、サイリスタ構造の一部を転送ダイオードＤとして使用しているため、転送ダイオードＤに印加される電圧条件によっては寄生サイリスタＰがオンしてしまい、所望のゲート電位勾配が得られないことがある。

図８は、転送ダイオードＤ_ｎ＋２，Ｄ_ｎ＋４に接続された寄生サイリスタＰ_ｎ＋２，Ｐ_ｎ＋４がオンになることによって所望のゲート電位勾配が得られない場合の一例を示している。図８は、図２（ａ）と同様、シフトサイリスタＴ_ｎがオンの状態を示している。しかしながら、寄生サイリスタＰ_ｎ＋２，Ｐ_ｎ＋４がオンになることで、共通ゲートＧ_ｎ＋２，Ｇ_ｎ＋４の電位が本来あるべき電位Ｖ３、電源電圧ＶＧＫではなく、いずれも電位Ｖ１に低下してしまっている。

図８に示している範囲では、共通ゲートＧ_ｎ，Ｇ_ｎ＋２，Ｇ_ｎ＋４がそれぞれ電位Ｖ１になっているため、転送信号Φ２を印加したときにどのシフトサイリスタＴがオンするのか、不定な状態となる。したがって、正常な転送ができず、転送戻りや転送とびなどの不具合が生じる虞がある。

この点、本実施形態においては、転送ダイオードＤを、シフトサイリスタＴ及び発光サイリスタＬを構成する半導体層（ＡｌＧａＡｓ層１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ）とは別の半導体層（ＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａ）を用いて構成している。そして、寄生サイリスタＰのゲートを開放状態とし、寄生サイリスタＰがオンになるのを抑制している。

ゲートが開放状態の寄生サイリスタＰは、アノードとゲートとの間には電流が流れないため、基本的にはオン状態にはならない。ただし、サイリスタの特性として、ゲートが開放状態であってもアノードに一定以上の電圧が加わればオン状態になりうる。ゲートが開放状態のときにサイリスタがオン状態になるアノード電圧を、サイリスタのオン電圧ＶＢＯと称する。オン電圧ＶＢＯが低ければ、アノード電圧次第で寄生サイリスタＰはオン状態になってしまう。

しかしながら、本実施形態の上記構成において転送ダイオードＤに接続される寄生サイリスタＰのオン電圧ＶＢＯを調べたところ、寄生サイリスタＰのオン電圧ＶＢＯは２０Ｖ以上であった。典型的には、電源電圧ＶＧＫ、転送信号Φ１，Φ２等の駆動電圧は５Ｖ程度以下であるため、寄生サイリスタＰがオンすることはない。

したがって、本実施形態によれば、転送ダイオードＤに接続された寄生サイリスタＰがオンになるのを抑制し、シフトサイリスタＴのオン状態の転送動作を安定して行うことができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による半導体発光装置について、図９及び図１０を用いて説明する。第１実施形態による半導体発光装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図９は、本実施形態による半導体発光装置の概略構成を示す等価回路図である。図１０は、本実施形態による半導体発光装置の転送ダイオードの構造を示す概略図である。

本実施形態による半導体発光装置１００は、転送ダイオードＤに接続された寄生サイリスタＰのゲートに固定電圧が供給されているほかは、第１実施形態による半導体発光装置と同様である。すなわち、第１実施形態による半導体発光装置では寄生サイリスタＰのゲートは開放状態であったが、本実施形態による半導体発光装置１００では、図９に示すように、寄生サイリスタＰのゲートが電源電圧ＶＧＫに接続されている。

第１実施形態においては、寄生サイリスタＰのゲートを開放状態にすることで、オン電圧ＶＢＯを高め、寄生サイリスタＰが動作するのを抑制していた。しかしながら、寄生サイリスタＰのゲートは開放状態、すなわちフローティング状態であるため、静電誘導などによってその電位が変化し、寄生サイリスタＰが低い電圧でターンオンする虞がある。

本実施形態のように寄生サイリスタＰのゲートを電源電圧ＶＧＫに接続してその電位を固定することにより、外乱などによって寄生サイリスタＰが低い電圧でターンオンするのを防止することができ、オン状態の転送動作を更に安定して行うことができる。なお、本実施形態による半導体発光装置の動作は、第１実施形態による半導体発光装置の動作と同様である。

図１０は、本実施形態による半導体発光装置の転送ダイオード部を構成する半導体素子の一例を示す概略図である。図１０（ａ）が平面図であり、図１０（ｂ）が図１０（ａ）のＡ－Ａ′線断面図であり、図１０（ｃ）が転送ダイオードＤの等価回路図である。

ｎ型のＧａＡｓ基板１０Ａの上には、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上には、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂと、が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層２０Ａと、が設けられている。本実施形態の転送ダイオードＤにおける半導体層の積層構造は、第１実施形態の転送ダイオードＤと同様である。

ＧａＡｓ基板１０ＡのＡｌＧａＡｓ層１２Ａが設けられた面とは反対側の面には、電極３０が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層２０Ａの上には、転送ダイオードＤのカソード電極を構成する電極３２が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０Ａの一部は除去されており、露出したＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上には、寄生サイリスタＰのゲートを構成する電極４６が設けられている。また、ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａの一部は除去されており、露出したＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、転送ダイオードＤのアノード電極を構成する電極３４が設けられている。

ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃとｎ型のＡｌＧａＡｓ層２０Ａとの間のｐｎ接合により、転送ダイオードＤが構成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａとのｐｎｐｎ接合により、寄生サイリスタＰが構成されている。ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂは、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと電極３４との間のコンタクト層である。

本実施形態による半導体発光装置のシフトサイリスタＴ及び発光サイリスタＬには、第１実施形態による半導体発光装置と同様の構成を適用可能である。

このように、本実施形態によれば、転送ダイオードＤに接続された寄生サイリスタＰがオンになるのを抑制し、シフトサイリスタＴのオン状態の転送動作を安定して行うことができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による半導体発光装置について、図１１及び図１２を用いて説明する。第１及び第２実施形態による半導体発光装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１１は、本実施形態による半導体発光装置の概略構成を示す等価回路図である。図１２は、本実施形態による半導体発光装置の転送ダイオードの構造を示す概略図である。

本実施形態による半導体発光装置１００は、転送ダイオードＤに接続された寄生サイリスタＰのゲートとアノードとが接続されているほかは、第１実施形態による半導体発光装置と同様である。すなわち、第１実施形態による半導体発光装置では寄生サイリスタＰのゲートは開放状態であったが、本実施形態による半導体発光装置１００では、図１１に示すように、寄生サイリスタＰのゲートが寄生サイリスタＰのアノードに接続されている。

第１実施形態においては、寄生サイリスタＰのゲートを開放状態にすることで、オン電圧ＶＢＯを高め、寄生サイリスタＰが動作するのを抑制していた。しかしながら、寄生サイリスタＰのゲートは開放状態、すなわちフローティング状態であるため、静電誘導などによってその電位が変化し、寄生サイリスタＰが低い電圧でターンオンする虞がある。

本実施形態のように寄生サイリスタＰのアノードとゲートとを短絡することにより、寄生サイリスタＰのアノードに外乱が加わってもゲートはアノードと同電位に保たれるため、外乱などによって寄生サイリスタＰがターンオンするのを防止することができる。これにより、オン状態の転送動作を更に安定して行うことができる。なお、本実施形態による半導体発光装置の動作は、第１実施形態による半導体発光装置の動作と同様である。

図１２は、本実施形態による半導体発光装置の転送ダイオード部を構成する半導体素子の一例を示す概略図である。図１２（ａ）が平面図であり、図１２（ｂ）が図１２（ａ）のＡ－Ａ′線断面図であり、図１２（ｃ）が転送ダイオードＤの等価回路図である。

ｎ型のＧａＡｓ基板１０Ａの上には、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上には、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂと、が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層２０Ａと、が設けられている。本実施形態の転送ダイオードＤにおける半導体層の積層構造は、第１実施形態の転送ダイオードＤと同様である。

ＧａＡｓ基板１０ＡのＡｌＧａＡｓ層１２Ａが設けられた面とは反対側の面には、電極３０が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層２０Ａの上には、転送ダイオードＤのカソード電極を構成する電極３２が設けられている。ＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０Ａの一部は除去されており、露出したＡｌＧａＡｓ層１６Ａの上には、寄生サイリスタＰのゲートを構成する電極４６が設けられている。また、ＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃ，２０Ａの一部は除去されており、露出したＡｌＧａＡｓ層１８Ｂの上には、転送ダイオードＤのアノード電極を構成する電極３４が設けられている。また、電極３４と電極４６との間には、これらを電気的に接続する配線４８が設けられている。

ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｃとｎ型のＡｌＧａＡｓ層２０Ａとの間のｐｎ接合により、転送ダイオードＤが構成されている。また、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１６Ａと、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１４Ａと、ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１２Ａとのｐｎｐｎ接合により、寄生サイリスタＰが構成されている。ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ｂは、ｐ型のＡｌＧａＡｓ層１８Ａと電極３４との間のコンタクト層である。

本実施形態による半導体発光装置のシフトサイリスタＴ及び発光サイリスタＬには、第１実施形態による半導体発光装置と同様の構成を適用可能である。

このように、本実施形態によれば、転送ダイオードＤに接続された寄生サイリスタＰがオンになるのを抑制し、シフトサイリスタＴのオン状態の転送動作を安定して行うことができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による画像形成装置について、図１３乃至図１５を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による半導体発光装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１３は、本実施形態による画像形成装置の構成例を示す概略図である。図１４は、本実施形態による画像形成装置の露光ヘッドの構成例を示す概略図である。図１５は、本実施形態による画像形成装置の面発光素子アレイチップ群を示す概略図である。

第１乃至第３実施形態として説明した半導体発光装置１００は、種々の電子機器、例えば、イメージスキャナ、複写機、ファックスなどの画像形成装置に適用可能である。本実施形態では、第１乃至第３実施形態の半導体発光装置１００を用いた電子機器の一例として、電子写真方式の画像形成装置について説明する。

本実施形態による画像形成装置２００は、図１３に示すように、スキャナ部２１０と、作像部２２０と、定着部２４０と、給紙／搬送部２５０と、これらを制御する不図示の画像形成制御部と、を有する。

スキャナ部２１０は、原稿台に置かれた原稿に対して照明を当てて原稿の画像を光学的に読み取り、その画像を電気信号に変換して画像データを作成する。

作像部２２０は、電子写真プロセスを用いて現像を行う現像ユニットを複数有する。各現像ユニットは、感光体ドラム２２２と、露光ヘッド２２４と、帯電器２２６と、現像器２２８と、を有する。現像ユニットは、トナー像の現像に用いる構成を収めたプロセスカートリッジであってもよい。この場合、プロセスカートリッジは、画像形成装置の本体に対して着脱可能であることが好ましい。

感光体ドラム２２２は、静電潜像が形成される像担持体である。感光体ドラム２２２は、回転駆動され、帯電器２２６によって帯電する。

露光ヘッド２２４は、前記画像データに応じた光を感光体ドラム２２２に照射し、感光体ドラム２２２に静電潜像を形成する。

現像器２２８は、感光体ドラム２２２に形成された静電潜像に対してトナー（現像剤）を供給して現像する。トナーは、収納部に収納されている。トナーを収納する収納部は、現像ユニットに含まれていることが好ましい。現像されたトナー像（現像剤像）は、転写ベルト２３０上に搬送された紙などの記録媒体上に転写される。

本実施形態の画像形成装置は、一連の電子写真プロセスを用いて現像を行う現像ユニット（現像ステーション）を４つ有し、各現像ユニットからトナー像を転写することにより、所望の画像を形成する。４つの現像ユニットは、それぞれ異なる色のトナーを有している。具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の順に並べられた４つの現像ユニットは、シアンでの作像動作の開始から所定時間経過後に、マゼンタ、イエロー、ブラックでの作像動作を順次実行していく。

給紙／搬送部２５０は、本体内給紙ユニット２５２ａ，２５２ｂ、外部給紙ユニット２５２ｃ及び手差し給紙ユニット２５２ｄのうち、予め指示された給紙ユニットから紙を給紙する。給紙された紙はレジローラ２５４まで搬送される。

レジローラ２５４は、前述した作像部２２０において形成されたトナー像が紙上に転写されるように、転写ベルト２３０上に紙を搬送する。

光学センサ２３２が、転写ベルト２３０のトナー像が転写される面と対向するように配置されており、各現像ユニット間の色ズレ量を導出するため、転写ベルト２３０上に印字されたテストチャートの位置検出を行う。ここで導出された色ズレ量は、不図示の画像コントローラ部に送られ、各色の画像位置の補正に用いられる。この制御によって、紙上に、色ずれのないフルカラートナー像を転写することができる。

定着部２４０は、複数のローラと、ハロゲンヒータ等の熱源とを内蔵し、前記転写ベルト２３０上からトナー像が転写された紙上のトナーを、熱と圧力によって溶解、定着し、排紙ローラ２４２にて画像形成装置２００の外部に排紙する。

不図示の画像形成制御部は、画像形成装置を含む複合機（ＭＦＰ）全体を制御するＭＦＰ制御部と接続されておりして、ＭＦＰ制御部からの指示に応じて制御を実行する。また、画像形成制御部は、上述のスキャナ部２１０、作像部２２０、定着部２４０及び給紙／搬送部２５０の状態を管理しながら、全体が調和を保って円滑に動作できるよう指示を行う。

本実施形態による画像形成装置の露光ヘッド２２４について、図１４を用いて説明する。図１４（ａ）は、感光体ドラム２２２に対する露光ヘッド２２４の配置を示している。図１４（ｂ）は、露光ヘッド２２４からの光が感光体ドラム２２２の表面に結像されている様子を示している。

露光ヘッド２２４は、図１４（ａ）に示すように、感光体ドラム２２２と対向するように配置されている。露光ヘッド２２４及び感光体ドラム２２２の各々は、不図示の取り付け部材によって画像形成装置２００に取り付けられて使用される。

露光ヘッド２２４は、図１４（ｂ）に示すように、面発光素子アレイチップ群２６４と、面発光素子アレイチップ群２６４を実装するプリント基板２６２と、ロッドレンズアレイ２６６と、を有する。また、露光ヘッド２２４は、ロッドレンズアレイ２６６とプリント基板２６２とを支持するハウジング（支持部材）２６０を有する。

ロッドレンズアレイ２６６は、面発光素子アレイチップ群２６４からの光を集光する光学系である。露光ヘッド２２４は、面発光素子アレイチップ群２６４のチップ面から発生させた光を、ロッドレンズアレイ２６６によって感光体ドラム２２２に集光し、画像データに応じた静電潜像を感光体ドラム２２２に形成する。

露光ヘッド２２４は、工場内にて単体で組み立て調整作業が行われ、画像形成装置に取り付けた場合に光の集光位置が適切な位置になるように、各スポットのピント調整、光量調整が行われることが好ましい。ここで、感光体ドラム２２２とロッドレンズアレイ２６６との間の距離、及びロッドレンズアレイ２６６と面発光素子アレイチップ群２６４との間の距離は、所定の間隔となるように配置される。これにより、露光ヘッド２２４からの光が感光体ドラム２２２上に結像される。このため、ピント調整時においては、ロッドレンズアレイ２６６と面発光素子アレイチップ群２６４との距離が所望の値となるように、ロッドレンズアレイ２６６の取り付け位置の調整が行われる。また、光量調整時においては、各発光点を順次発光させていき、ロッドレンズアレイ２６６を介して集光させた光が、所定光量になるように各発光点の駆動電流が調整される。

本実施形態の露光ヘッド２２４は、感光体ドラム２２２に露光を行い、感光体ドラム２２２に静電潜像を形成する際に好適に用いることができる。しかしながら露光ヘッド２２４の用途は特に限定はされず、露光ヘッド２２４を例えばラインスキャナの光源として用いることもできる。

本実施形態による画像形成装置の面発光素子アレイチップ群２６４について、図１５を用いて説明する。図１５は、面発光素子アレイチップ群２６４を配列したプリント基板２６２を模式的に示す図である。

図１５（ａ）は、面発光素子アレイチップ群２６４を配列したプリント基板２６２の、面発光素子アレイチップ群２６４が実装されている面（以降、「面発光素子アレイ実装面」と称する）を模式的に示している。

図１５（ａ）に示すように、面発光素子アレイチップ群２６４は、本実施例では、２９個の面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９で構成される。面発光素子アレイチップ群２６４は、プリント基板２６２の面発光素子アレイ実装面に実装されている。面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９は、プリント基板２６２お上に千鳥状に２列に配列されている。面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９の各列は、プリント基板２６２の長手方向に沿って配置される。

面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９の各々は、第１乃至第３実施形態のいずれかに記載の半導体発光装置１００によって構成されうる。面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９の各々は、５１６個の発光点を有しており、それぞれの発光点に対応する５１６個の発光サイリスタＬを有している。面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９のそれぞれにおいて、５１６個の発光サイリスタＬは、チップの長手方向に所定のピッチで一次元的に配列されている。隣接する発光サイリスタＬ間は、素子分離溝で分離されている。すなわち、面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９は、複数の発光サイリスタＬが一次元的に配列された発光サイリスタアレイと呼ぶこともできる。本実施例では、隣接する発光サイリスタ間のピッチは、２１．１６μｍとなっており、これは１２００ｄｐｉの解像度のピッチに相当する。また、チップ内における５１６個の発光点の端から端までの間隔は、約１０．９ｍｍ（≒２１．１６μｍ×５１６）である。

図１５（ｂ）は、プリント基板２６２の、面発光素子アレイ実装面とは反対側の面（以降、「面発光素子アレイ非実装面」と称する）を模式的に示す図である。

図１５（ｂ）に示すように、面発光素子アレイ非実装面には、面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ１５を駆動する駆動部２６８ａと、面発光素子アレイチップＣ１６～Ｃ２９を駆動する駆動部２６８ｂが、コネクタ２７０の両側に配置されている。コネクタ２７０には、不図示の画像コントローラ部から駆動部２６８ａ，２６８ｂを制御する信号線、電源およびグランド線が接続されている。また、コネクタ２７０には、面発光素子アレイ非実装面上の駆動部２６８ａ，２６８ｂがそれぞれ配線２７２ａ，２７２ｂを介して接続されている。駆動部２６８ａ，２６８ｂからは、面発光素子アレイチップを駆動するための配線がプリント基板２６２の内層を通り、各々面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ１５、面発光素子アレイチップＣ１６～Ｃ２９に接続されている。

図１５（ｃ）は、面発光素子アレイチップＣ２８と面発光素子アレイチップＣ２９との間の境界部の様子を示している。

面発光素子アレイチップＣ２８、Ｃ２９の端部には、それぞれ制御信号を入力するためのワイヤボンディングパッド２８０，２９０が配置されている。ワイヤボンディングパッド２８０，２９０から入力した信号により、それぞれ面発光素子アレイチップＣ２８、Ｃ２９の転送部２８２，２９２及び発光サイリスタ２８４，２９４が駆動する。面発光素子アレイチップ間の境界部においても、発光サイリスタ２８４，２９４の長手方向のピッチは、１２００ｄｐｉの解像度のピッチに相当する２１．１６μｍとなっている。チップの実装精度を考慮し、平面視において、各チップの発光サイリスタがオーバーラップするように配置しても良い。

プリント基板２６２の上には、１つ当たり５１６個の発光点を有する面発光素子アレイチップＣ１～Ｃ２９が２９個配列されているため、面発光素子アレイチップ群２６４全体では、発光させることができる発光サイリスタＬの数は１４，９６４個となる。また、本実施例の面発光素子アレイチップ群２６４によって露光できる幅は、約３１６ｍｍ（≒１０．９ｍｍ×２９）となる。面発光素子アレイチップ群２６４を搭載した露光ヘッドを用いれば、この幅に対応した画像を形成することができる。

本実施形態の画像形成装置は、レーザビームをポリゴンモータで偏向走査するレーザ走査方式の画像形成装置と比較して、使用する部品数が少ないため、装置の小型化、低コスト化が容易である。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

また、上記実施形態においては、１個のシフトサイリスタＴに対して４個の発光サイリスタＬを接続し、同時に４個の発光サイリスタＬを点灯可能な構成としたが、同時に点灯可能な発光サイリスタＬの数は４個に限定されるものではない。

また、上記実施形態においては、シフトサイリスタＴ、発光サイリスタＬ及び寄生サイリスタＰについて、ｎゲートタイプのサイリスタを例にして説明したが、これらをｐゲートタイプのサイリスタで構成するようにしてもよい。この場合、シフトサイリスタＴ、発光サイリスタＬ、寄生サイリスタＰ及び転送ダイオードＤを構成する各半導体層の導電型を反転するように構成すればよい。

また、上記実施形態では、半導体発光装置を構成するIII－Ｖ族化合物半導体として、III族元素として少なくともＧａを含み、Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む、ＧａＡｓ系の化合物半導体材料を例示した。しかしながら、半導体発光装置を構成するIII－Ｖ族化合物半導体として、III族元素として少なくともＩｎを含み、Ｖ族元素として少なくともＰを含む、ＩｎＰ系の化合物半導体材料を用いてもよい。また、III－Ｖ族化合物半導体のみならず、IV族半導体やII－VI族化合物半導体を用いて半導体発光装置を構成してもよい。また、上記実施形態において説明した半導体層の構成材料の組成、厚さ、不純物濃度などは好適な一例であり、適宜変更することが可能である。

また、転送ダイオード部、シフトサイリスタ部及び発光サイリスタ部を同一の基板上に集積する場合、発光サイリスタＬの光出力を増すために、ＧａＡｓ基板１０ＡとＡｌＧａＡｓ層１２Ａとの間に分布ブラッグ型反射層（ＤＢＲ層）を設けてもよい。ＤＢＲ層は、例えば、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層と低Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層とを各層の光学長がλ／４となるように交互に積層することによって構成可能である。高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層と低Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層との組み合わせとしては、例えば、Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２ＡｓとＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓとの組み合わせや、Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１ＡｓとＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓとの組み合わせを好適に用いることができる。ＤＢＲ層は、総数が多いほど反射率が高くできるため、２０層程度以上の積層体を構成することが好ましい。

また、発光サイリスタＬの発光効率を高めるために、発光部となるＡｌＧａＡｓ層１６ＡやＡｌＧａＡｓ層１４Ａを、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としてもよい。

また、上記第４実施形態に示した画像形成装置は、本発明の半導体発光装置を適用しうる画像形成装置の例を示したものであり、本発明の半導体発光装置を適用可能な画像形成装置は図１３に示した構成に限定されるものではない。また、本発明の半導体発光装置は、画像形成装置のみならず、半導体発光装置を用いる種々の電子機器に適用可能である。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０…半導体基板
１０Ａ…ＧａＡｓ基板
１２，１４，１６，１８，２０…半導体層
１２Ａ，１４Ａ，１６Ａ，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，２０Ａ…ＡｌＧａＡｓ層
３０，３２，３４，４０，４２，４４，４６…電極
３６…絶縁層
３８…透明電極
４８…配線
１００…半導体発光装置
２００…画像形成装置
２２４…露光ヘッド

Claims (13)

1. シフトサイリスタのゲートと発光サイリスタのゲートとが各々に接続された複数のノードと、前記複数のノードの間を接続する複数の転送ダイオードと、を有する半導体発光装置であって、
   半導体基板の上に設けられた第１導電型の第１の半導体層と、
   前記第１の半導体層の上に設けられた前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体層と、
   前記第２の半導体層の上に設けられた前記第１導電型の第３の半導体層と、
   前記第３の半導体層の上に設けられた前記第２導電型の第４の半導体層と、
   前記第４の半導体層の上に設けられた前記第１導電型の第５の半導体層と、を含む積層構造を有し、
   前記複数の転送ダイオードの各々は、前記第４の半導体層と前記第５の半導体層とが形成するｐｎ接合によって構成されたダイオードであり、
   前記半導体基板と前記複数の転送ダイオードの各々との間に、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層と、前記第３の半導体層と、前記第４の半導体層と、からなるｐｎｐｎ接合が構成されており、
   前記転送ダイオードの動作時に前記ｐｎｐｎ接合において寄生サイリスタがオンになるのを抑制するように前記第３の半導体層の電位が設定されている
   ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記第４の半導体層は、前記第３の半導体層の上に設けられた第１の層と、前記第１の層の上に設けられ、前記第１の層よりも不純物濃度の高い第２の層と、を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記転送ダイオードを構成する前記第４の半導体層は、前記第２の層の上に設けられ、前記第２の層よりも不純物濃度の低い第３の層を更に有する
   ことを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
4. 前記第５の半導体層は、前記第４の半導体層の前記第３の層よりも厚い
   ことを特徴とする請求項３記載の半導体発光装置。
5. 前記転送ダイオードを構成する前記第５の半導体層に接続された第１の電極と、前記転送ダイオードを構成する前記第４の半導体層の前記第２の層に接続された第２の電極と、を更に有する
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記半導体基板と転送ダイオードとの間に配された前記第３の半導体層に接続された第３の電極を更に有する
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光装置。
7. 前記第２の電極と前記第３の電極とを接続する配線を更に有する
   ことを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
8. 前記第３の電極は、電源に接続されている
   ことを特徴とする請求項６又は７記載の半導体発光装置。
9. 前記半導体基板と転送ダイオードとの間に配された前記第３の半導体層は、電気的にフローティング状態である
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
10. 前記シフトサイリスタ及び前記発光サイリスタは、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層と、前記第３の半導体層と、前記第４の半導体層と、からなるｐｎｐｎ接合によって構成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
11. 前記積層構造は、前記転送ダイオードが配された転送ダイオード部と、前記シフトサイリスタが配されたシフトサイリスタ部と、前記発光サイリスタが配された発光サイリスタ部と、を有し、
    前記第５の半導体層は、前記転送ダイオード部に設けられ、前記シフトサイリスタ部及び前記発光サイリスタ部には設けられていない
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置と、
    前記半導体発光装置からの光を集光する光学系と
    を有することを特徴とする露光ヘッド。
13. 像担持体と、
    前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置を有する露光ヘッドであって、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体の表面を露光し、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する露光ヘッドと、
    前記露光ヘッドによって形成された前記静電潜像を現像する現像手段と、
    前記現像手段によって現像された画像を記録媒体に転写する転写手段と
    を有する画像形成装置。

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