JP7171172B2 - 発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子、発光素子アレイ、露光ヘッド、および、画像形成装置に関する。

電子写真方式のプリンタの１つに、感光体ドラムを露光して潜像を形成する際に露光ヘッドを用いる方式がある。露光ヘッドは、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子が感光体ドラムの長手方向に配列した発光素子アレイと、発光素子アレイから発せられる光を感光体ドラム上に結像するロッドレンズアレイと、で構成される。露光ヘッドを用いる方式のプリンタはレーザビームをポリゴンミラーで偏向走査するレーザ走査方式のプリンタと比較して小型化がしやすいなどのメリットがあり、注目されている。

発光素子アレイの１つに、自己走査型発光サイリスタアレイがある。自己走査型発光サイリスタアレイは、サイリスタをスイッチ素子として１次元的に配列したシフトサイリスタと、サイリスタを発光素子として１次元的に配列した発光サイリスタと、が同一基板上に集積された構造を有する。

特許文献１には、自己走査型発光サイリスタアレイにおいて、それぞれの発光サイリスタに、半導体層の一部を酸化することにより電流狭窄機構を設けることが記載されている。このような構成にすることにより、電流を発光サイリスタの一部分に集中させて、電流狭窄機構を設けない場合よりも発光出力を向上させることができる。

特許文献１の発光素子アレイについて、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、特許文献１の発光素子アレイの一部の簡略的な平面図を示す。特許文献１の発光素子アレイは、発光素子としての発光サイリスタＬ、シフトサイリスタＴ、寄生サイリスタＰ、及び各サイリスタの共通ゲートＧを有し、これらは側面１～４を有する一つのメサ１０１０上に形成されている。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のシフトサイリスタＴの１１Ｂ－１１Ｂ断面図である。シフトサイリスタＴは、ｐ－ＧａＡｓ基板１０００上にｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００１、Ａｌ組成がおよそ０．９８であるｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００２、ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００３、ｎ－ＡｌＧａＡｓ層１００４、ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００５、及びｎ－ＡｌＧａＡｓ層１００６がこの順に積層されたｐｎｐｎのサイリスタ構造を有する。ここで、ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００１、１００２、１００３はアノード、ｎ－ＡｌＧａＡｓ層１００４はｎゲート、ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００５はｐゲート、ｎ－ＡｌＧａＡｓ層１００６はカソードとみなせる。シフトサイリスタＴは、表面（ｎ－ＡｌＧａＡｓ層１００６上）に配置されているカソード電極１００７と、裏面に配置されているアノード電極１００９と、を有する。

ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００２は、その一部が酸化されて高抵抗となっている。すなわち、ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００２は、酸化領域１００２Ａと非酸化領域１００２Ｂとを有する。ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００２は、ｐ－ＡｌＧａＡｓ層１００２が露出するようにメサ１０１０を形成し、メサ１０１０の側面１～４から酸化処理を行うことにより酸化領域１００２Ａを形成する。その結果、メサ１０１０の形状と相似形状の非酸化領域１００２Ｂがメサ１０１０の内側に形成される。なお、側面１～４から酸化される距離は、メサ１０１０の結晶方位に依存するが、メサ１０１０の４つの側面１～４全てが等価な結晶方位であれば等しく幅ｄである。このようにしてメサ１０１０の側面１～４から幅ｄの酸化領域１００２Ａに取り囲まれる様に非酸化領域１００２Ｂを形成する。酸化領域１００２Ａは、非酸化領域１００２Ｂと比べて高抵抗であるため、半導体積層方向に電流を流す場合、電流は実質的に非酸化領域１００２Ｂに集中して流れる。このような構成により、発光できる領域は、非酸化領域１００２Ｂに限定される。

図１１（ｃ）は、発光サイリスタＬ及びシフトサイリスタＴを含む図１１（ａ）における１１Ｃ－１１Ｃ断面図である。上述したように、シフトサイリスタＴと発光サイリスタＬとは半導体層構成が同じである。どちらのサイリスタもオン状態になった時にアノードとカソードの間、すなわち半導体の積層方向に電流が流れ、積層構造の電流が流れた部分で発光する。

特開２０１３－５８７８９号公報

露光ヘッドの光源としての発光素子アレイでは鮮鋭で高精細な画像を形成するために発光素子アレイ全体としてコントラストが高いことが求められる。すなわち、発光素子をオンにした場合に、発光素子以外からの発光がない、又は、発光素子からの発光が発光素子以外からの発光よりも十分大きいことが求められる。

上述したように、自己走査型の発光素子アレイは、集積度等の観点から同一の化合物半導体基板上に発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとを有し、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとが共通の積層構造を有する。そのため、シフトサイリスタＴを作動させると、シフトサイリスタＴが有する発光部が発光してしまう。

先行文献１では、非酸化領域１００２Ｂは、メサ１０１０の形状を反映してＸ方向に長い矩形となっている。このため、シフトサイリスタＴにおいて、Ｙ方向の非酸化領域１００２Ｂに対応する部分はほぼカソード電極１００７で覆われるのに対し、Ｘ方向に関してはカソード電極１００７で覆われていない部分が発生する。そのため、シフトサイリスタＴのうちカソード電極１００７で覆われていない部分から光が発生し、結果として発光素子アレイのコントラストが低下することがある。

本発明は上述の課題を鑑みてなされたもので、発光素子としての発光サイリスタ以外からの発光を従来よりも低減することを目的とする。

本発明の一側面としての発光素子は、基板上に、シフトサイリスタと、前記シフトサイリスタにより選択され発光可能となる発光サイリスタと、を有し、前記シフトサイリスタおよび前記発光サイリスタが、前記基板側から、第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の導電型と異なる第２の導電型の第２の半導体層と、前記第１の導電型の第３の半導体層と、前記第２の導電型の第４の半導体層と、をこの順に有する共通の半導体積層構造を有する発光素子であって、前記シフトサイリスタは、前記半導体積層構造上に、前記半導体積層構造と接している電流拡散層と、第１の金属電極と、をこの順に有するか、または、前記半導体積層構造と接している第１の金属電極を有し、前記シフトサイリスタにて、前記電流拡散層または前記第１の金属電極と前記半導体積層構造とが接している領域を前記半導体積層構造の積層方向に投影した領域は、前記第１の金属電極を前記積層方向に投影した領域内に含まれ、前記発光サイリスタは、平面視にて、光取出し領域と、電流供給領域と、を有し、前記光取出し領域にて、前記発光サイリスタは、前記第４の半導体層上に前記第２の導電型の第５の半導体層と、前記第１の導電型の透明電極層と、をこの順に有し、前記電流供給領域にて、前記発光サイリスタは、前記第４の半導体層上に前記透明電極層と、層間絶縁層と、第２の金属電極と、をこの順に有するか、または、前記透明電極層と、第２の金属電極と、をこの順に有することを特徴とする。

また、本発明の別の一側面としての発光素子は、基板上に、シフトサイリスタと、前記シフトサイリスタにより選択され発光可能となる発光サイリスタと、を有し、前記シフトサイリスタおよび前記発光サイリスタが、前記基板側から、第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の導電型と異なる第２の導電型の第２の半導体層と、前記第１の導電型の第３の半導体層と、前記第２の導電型の第４の半導体層と、をこの順に有する積層構造を有する発光素子であって、前記シフトサイリスタは、前記積層構造上に金属電極を有し、前記第１～第４の半導体層の少なくとも１つが、平面視にて、第１の領域と、前記第１の領域の周囲に配置されている、前記第１の領域より抵抗が高い第２の領域と、を有し、前記第１の領域を前記積層構造の積層方向に投影した領域は、前記金属電極を前記積層方向に投影した領域内に含まれていることを特徴とする。

本発明の一側面としての発光素子アレイによれば、発光素子としての発光サイリスタ以外からの発光を従来よりも低減することができる。

第１の実施形態に係る発光素子アレイの構成を模式的に示す図である。 第５の実施形態に係る露光ヘッドの構成を模式的に示す図である。 第６の実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る発光素子における光強度分布を示す図である。 第２の実施形態に係る発光素子アレイの構成を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る発光素子の製造プロセスを模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る発光素子アレイの自己走査型発光回路の等価回路を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る発光素子アレイの自己走査型発光回路のゲート電位分布を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る発光素子アレイの自己走査型発光回路の駆動信号波形を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る発光素子アレイの構成の別の一例を模式的に示す図である。 従来の発光素子アレイの構成を説明する模式図である。 第３の実施形態に係る発光素子アレイの構成を模式的に示す図である。 第４の実施形態に係る発光素子アレイの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に含まれる。

（第１の実施形態）
［発光素子アレイの構成］
第１の実施形態に係る発光素子を含む発光素子アレイの構成について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態の発光素子アレイの構成の一部を模式的に示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の１Ｂ－１Ｂ断面図である。図１（ｃ）は本実施形態に係る発光素子アレイの模式的な平面図であって、発光サイリスタＬを含む複数の発光素子９２２が一次元的に配列された発光素子アレイの平面図である。図１（ｄ）は図１（ｃ）の１Ｄ－１Ｄ断面図である。なお、以降の説明では、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとが並んでいる方向をＸ方向、シフトサイリスタＴの半導体層の積層方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向と呼ぶ。

本実施形態の発光素子アレイは、発光素子を複数有し、発光素子の有する発光サイリスタＬが一次元的に配列された発光素子アレイである。なお、本実施形態では発光素子アレイを発光サイリスタＬが一次元的に配列されたものとしたが、本発明はこれに限定はされず、発光サイリスタＬが二次元的に配列された発光素子アレイにも適用可能である。また、本発明は発光サイリスタＬが二次元的に配列された発光素子アレイを含む照明装置や表示装置、ディスプレイにも適用可能である。

本実施形態の発光素子アレイは、図１（ｄ）に示すように、基板９００上に、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとが形成された発光素子９２２を複数有している。発光素子９２２はメサ構造を有しており、複数の発光素子９２２同士は、素子分離溝９２４によって分離されている。複数の発光素子９２２は、所定のピッチ（中心間距離）で配置されている。例えば、発光素子アレイの発光素子密度を１２００ｄｐｉとする場合には、複数の発光素子９２２の間のピッチは約２１．１６μｍとなる。

なお、本実施形態では発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとを１つのメサ中に設けた構成とし、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとでゲートＧを共有しているが、これに限定はされない。発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとを独立した２つのメサ中にそれぞれ設けた構成としてもよい。そして、それぞれのメサにゲートＧを設け、それぞれのゲートＧを配線によって接続してもよい。

本実施形態の発光素子アレイは、寄生サイリスタＰ、ゲート電極Ｇ、シフトサイリスタＴ、及び発光サイリスタＬを有する。また、本実施形態に係る発光素子アレイは、基板９００を挟んで発光素子９２２と対向して配置されているカソード電極（裏面電極）９２６を有する。

発光サイリスタＬ及びシフトサイリスタＴの構成について、図１（ｂ）を参照して説明する。発光サイリスタおよびシフトサイリスタＴは、基板９００上に、基板側（基板９００側）から、バッファ層９０２と、分布ブラッグ反射層９０４と、積層構造９３０と、をこの順に有する。分布ブラッグ反射層９０４は、以降、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層と呼ぶ。積層構造９３０は、詳しくは後述するが、複数の半導体層が積層された積層構造であり、積層構造中の各層の導電型が交互に異なるように積層された積層構造である。

本実施形態では、発光素子９２２を構成する各半導体層は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体によって構成されることが好ましい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体としては、ＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＧａＰ系材料、ＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＰ系材料、ＡｌＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いることが好ましい。これらの中でも、発光素子９２２を構成する各半導体層は、発光波長の観点から、ＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＡｓ系材料を含有していることが好ましい。

基板９００は、第１の導電型の半導体基板である。基板９００としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ等を用いることができる。

バッファ層９０２は、基板９００の導電型と同じ第１の導電型の半導体層である。バッファ層９０２としては、基板と同じ材料系の半導体を用いることが好ましく、例えば基板９００がＧａＡｓ基板であればＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ等を用いることができる。

ＤＢＲ層９０４は、発光サイリスタＬからの発光を基板９００の表面側に反射する層である。ＤＢＲ層９０４は、第１の導電型の、異なる二種類の半導体層を交互に積層して構成されている。ＤＢＲ層を構成する異なる二種類の半導体層としては、高濃度Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ（例えば、Ａｌ組成０．８）と低濃度Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ（例えば、Ａｌ組成０．１）等を用いることができる。

積層構造９３０は、異なる導電型の複数の半導体層が交互に配置されているサイリスタである。積層構造９３０は、基板側（基板９００側）から、第１の半導体層９０６と、第２の半導体層９０８と、第３の半導体層９１０と、第４の半導体層９１２と、がこの順に積層されている。第１の半導体層９０６と第３の半導体層９１０は第１の導電型の半導体層であり、第２の半導体層９０８と第４の半導体層９１２は第１の導電型と異なる第２の導電型である。すなわち、積層構造９３０は、複数の半導体層が積層されており、複数の半導体層のうち第２の導電型の第４の半導体層９１２が最上層となっている。

本実施形態に係る積層構造９３０は上述のように、４つの半導体層が積層された構造（ｐｎｐｎ構造またはｎｐｎｐ構造）のサイリスタ構造を有する。第１の導電型がｎ型である場合は第２の導電型はｐ型となり、積層構造９３０は、基板側（基板９００側）からｎ型半導体層、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層をこの順に有するサイリスタとなる。第１の導電型がｐ型である場合は第２の導電型はｎ型となり、積層構造９３０は、基板側（基板９００側）からｐ型半導体層、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層をこの順に有するサイリスタとなる。第１の半導体層９０６は、サイリスタのアノード又はカソードであり、第２の半導体層９０８はサイリスタのゲートである。また、第３の半導体層９１０はサイリスタのゲートであり、第４の半導体層９１２はサイリスタのカソード又はアノードである。

発光素子９２２において、第４の半導体層９１２は、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとの間で分離されている。本実施形態では、第４の半導体層９１２は、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴとの間の分離溝９３２によって電気的に分離されている。本実施形態では、発光サイリスタＬおよびシフトサイリスタＴが、それぞれ独立に、島状の第４の半導体層９１２を有している。なお、本実施形態では、発光サイリスタＬとシフトサイリスタＴは、バッファ層９０２と、ＤＢＲ層９０４と、第１の半導体層９０６と、第２の半導体層９０８と、第３の半導体層９１０と、を共有している。

＜発光サイリスタＬ＞
発光サイリスタＬは、光取出し領域９３４と、電流供給領域９３６と、を有する。電流供給領域９３６は発光サイリスタＬのうち、発光サイリスタＬを基板９００の反対側から見たときに第２の金属電極９２０が存在する部分である。本実施形態では第２の金属電極９２０として枠状の電極を用いているので、第２の金属電極９２０の中央の部分には金属電極は存在しない。発光サイリスタＬのうち、発光サイリスタＬを基板９００の反対側から見たときに第２の金属電極９２０の中央の部分（金属電極が存在しない部分）が存在する部分が、光取出し領域９３４である。本実施形態では、電流供給領域９３６の上部に存在する第２の金属電極９２０を介して外部回路から発光サイリスタＬに電流が供給される。また、発光サイリスタＬにおいては光取出し領域９３４から光が出射される。

本実施形態では、基板９００としてｎ型のＧａＡｓ基板を用い、バッファ層９０２としてｎ型ＧａＡｓ層又はｎ型ＡｌＧａＡｓ層を用いる。ＤＢＲ層９０４として高Ａｌ組成のｎ型ＡｌＧａＡｓ層と低Ａｌ組成のｎ型ＡｌＧａＡｓ層の積層構造を用いる。ＤＢＲ層９０４の上の第１の半導体層９０６としてｎ型ＡｌＧａＡｓ層、第２の半導体層９０８としてｐ型ＡｌＧａＡｓ層、第３の半導体層９１０としてｎ型ＡｌＧａＡｓ層、第４の半導体層９１２としてｐ型ＡｌＧａＡｓ層を用いる。また、第５の半導体層９１４としてｐ型ＧａＰ層を用い、透明電極層９１８としてｎ型ＩＴＯ層を用いる。なお、第５の半導体層９１４としては、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層を用いてもよい。以降の説明では、例えば「第１の半導体層９０６」を「ｎ型ＡｌＧａＡｓ層９０６」と記載するなど、化合物名を用いて記載することがあるが、各層の材料及び構成をこれに限定するものではない。

第５の半導体層９１４は、第４の半導体層９１２と同じ第２の導電型であり、第４の半導体層９１２と組成が異なる半導体層である。また、第５の半導体層９１４は、発光波長に対して透明であり、第４の半導体層９１２上に高品質な結晶が形成できる半導体層であることが好ましい。第５の半導体層９１４は、第４の半導体層９１２と接して配置されている。

本実施形態に係る発光サイリスタＬでは、図１（ｂ）に示すように、光取出し領域９３４にて、第４の半導体層９１２であるｐ型ＡｌＧａＡｓ層の上に、第５の半導体層９１４であるｐ型のＧａＰ層をさらに形成している。さらにその上に、透明電極層９１８であるｎ型の透明導電酸化物層を形成している。ここでは、ｎ型の透明導電酸化物層として、ｎ型ＩＴＯ層を用いている。すなわち、本実施形態に係る発光サイリスタＬは、光取出し領域９３４にて、第２の導電型の第４の半導体層９１２上（第４の半導体層上）に、第２の導電型の第５の半導体層９１４と、第１の導電型の透明電極層９１８と、をこの順に有している。換言すれば、発光サイリスタＬは光取出し領域９３４にて、積層構造９３０上に、積層構造９３０と接している第５の半導体層９１４と、透明電極層９１８と、をこの順に有している。以下、積層構造９３０と第５の半導体層９１４を含む積層構造を、半導体積層構造９３８と称する。半導体積層構造９３８は複数の半導体層からなる。

透明電極層９１８は、発光サイリスタＬの発光波長に対して透明であり、導電性の高い材料で形成する。なお、ここでいう「発光サイリスタＬの発光波長に対して透明」とは、発光サイリスタＬが発光する光の中心波長λの光の透過率が７０％以上であることをいう。また、透明電極層９１８の厚さは、透明電極層９１８のＺ方向における光学長がλ／４の奇数倍±１０％となるようにすることが好ましい。透明電極層９１８の厚さを上述のようにすることにより、発光サイリスタＬから発せられた光の透明電極層９１８における反射を低減し、光取り出し効率を高めることができる。

透明電極層９１８の材質は特に限定はされないが、透明導電酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好ましい。透明導電酸化物としては、ｎ型の電気伝導性を有する、酸化インジウムスズ系材料（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛系材料（ＩＺＯ）、酸化インジウムタングステン系材料（ＩＷＯ）などの酸化インジウム系材料や、酸化亜鉛アルミニウム系材料（ＡＺＯ）や酸化亜鉛ガリウム系材料（ＧＺＯ）などの酸化亜鉛系材料、酸化スズ系材料などを用いることができる。また、第１の導電型がｐ型である場合には、ｐ型の電気伝導性を有する、酸化ニッケル系材料や酸化銅系材料などを透明導電酸化物として用いることができる。

また、本実施形態ではｐ型ＧａＰ層９１４の少なくともｎ型ＩＴＯ層９１８と接触する部分の不純物濃度を十分に高くしておく。すなわち、第５の半導体層９１４であるｐ型ＧａＰ層は、ｎ型ＩＴＯ層９１８と接触する面またはその近傍に、不純物濃度が十分に高い高濃度領域を有している。換言すれば、第５の半導体層９１４は、コンタクト層である。ここで、本明細書において、ｐ型ＧａＰ層９１４に関して「不純物濃度が十分に高い」とは、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とがトンネル接合を形成できる程度に不純物濃度が高いことを指す。ｐ型ＧａＰ層９１４に関して「不純物濃度が十分に高い」とは、例えば、不純物濃度が１．５×１０^１９ｃｍ^－３以上２×１０^２０ｃｍ^－３以下である。第５の半導体層９１４と透明電極層とがトンネル接合を形成している。なお、ここでいう「近傍」とは、例えば、接触する面からの距離が０ｎｍより大きく２０ｎｍ以下であることを指す。

なお、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とがトンネル接合を形成していない場合には、ｐ型ＧａＰ層９１４側に正電圧、ｎ型ＩＴＯ層９１８側に負電圧を印加すると電流が流れるが、その逆の場合には電流は流れない。しかしながら、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とがトンネル接合を形成している場合には、いずれの方向のバイアスを印加しても電流が流れる。したがって、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とがトンネル接合を形成しているか否かは、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８との接合体に、２方向のバイアスをそれぞれ印加した場合に、いずれの場合も電流が流れることを確認することで確かめることができる。

半導体積層構造９３８を構成する各層はすべて半導体層であり、半導体積層構造９３８を構成する各層の抵抗率はｎ型ＩＴＯ層９１８よりも高い。また、半導体積層構造９３８を構成する各層はＸ方向またはＹ方向の大きさに比べてＺ方向の大きさ（厚さ）が小さい。そのため、本実施形態において、ｎ型ＩＴＯ層９１８と接触する部分から半導体積層構造９３８に注入されたキャリアは、Ｘ方向またはＹ方向にはほとんど広がらずに、Ｚ方向へと流れる。

また、本実施形態に係る発光サイリスタＬでは、図１（ｂ）に示すように、電流供給領域９３６にて、第４の半導体層９１２であるｐ型ＡｌＧａＡｓ層の上に、層間絶縁層９１６を形成している。さらにその上に、透明電極層９１８であるｎ型ＩＴＯ層と、第２の金属電極９２０と、を形成している。すなわち、本実施形態に係る発光サイリスタＬは、電流供給領域９３６にて、第２の導電型の第４の半導体層９１２上（第４の半導体層上）に、層間絶縁層９１６と、第１の導電型の透明電極層９１８と、第２の金属電極９２０と、をこの順に有している。

電流供給領域９３６にて第２の金属電極９２０からｎ型ＩＴＯ層９１８へと流れる電流は、ｎ型ＩＴＯ層９１８内を流れて基板９００と水平な方向に拡散する。ｎ型ＩＴＯ層９１８は光取出し領域９３４と電流供給領域９３６とで電気的に連続しているため、ｎ型ＩＴＯ層９１８は、電流供給領域９３６にてｎ型ＩＴＯ層に流れた電流を光取出し領域９３４のｎ型ＩＴＯ層９１８へと導くことができる。

すなわち、ｎ型ＩＴＯ層９１８は電流を基板９３０と水平な方向に拡散させる電流拡散層として機能するということもできる。本実施形態ではこのようにｎ型ＩＴＯ層９１８を設けることで、積層構造９３０を構成する各半導体層の抵抗を低下させなくても、第２の金属電極９２０から供給された電流を発光サイリスタの中央部分に向かって拡散させることができる。

ここで、発光サイリスタＬに対して、適正な順バイアスを印加（例えば、裏面電極９２６を接地し、第２の電極９２０に正電圧を印加）すると、光取出し領域９３４では、ｐ型ＡｌＧａＰ層９１４およびｎ型ＩＴＯ層９１８はトンネル接合を形成しているため、電流が流れる。すなわち、光取出し領域９３４においてはアノード電極である第２の電極９２０からカソード電極である裏面電極９２６へと電流が流れる。一方、電流供給領域９３６では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２およびｎ型ＩＴＯ層９１８の間に層間絶縁層９１６が形成されている。そのため、電流供給領域９３６においてはアノード電極である第２の電極９２０からカソード電極である裏面電極９２６へと電流を実質的に流れなくすることができる。

本実施形態に係る発光サイリスタＬでは、この構造により、コンタクト層であるｐ型ＧａＰ層９１４が存在する領域に、電流を集中して流すことができる。すなわち、光取出し領域９３４内のｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とが接触する部分に電流を集中して流すことができる。換言すれば、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とが接する部分に電流集中領域（領域Ｗ１）を形成している。なお、ｎ型ＩＴＯ層９１８は、発光サイリスタＬの発光波長に対してほぼ透明であるため、半導体層９３０内で発光した光はｎ型ＩＴＯ層９１８を透過して、基板９００と反対の面に出射される。

上述の電流集中領域について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は本実施形態に係る発光サイリスタＬの断面構造を模式的に示す図である。また、図４（ｂ）は第２の電極（アノード電極）９２０と裏面電極（カソード電極）９２６との間に電流を流して発光サイリスタＬを発光させた場合のＸ方向における光強度分布を示す図である。

図４から、発光強度は、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とが接する部分である領域Ｗ１内で大きく、領域Ｗ１の外側では小さくほぼ０であることが分かる。発光強度分布は発光サイリスタＬ内での電流分布を反映しており、この結果はアノード電極９２０から注入したキャリアが領域Ｗ１内、すなわちｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とが接する部分に集中していることを示している。したがって、発光サイリスタＬにおける電流集中領域とは、ｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とが接する領域と定義できる。後述するように、シフトサイリスタＴもｐ型ＧａＰ層９１４とｎ型ＩＴＯ層９１８とが接触している領域を有しており、この領域に電流が集中して流れるため、シフトサイリスタＴにおける電流集中領域も同様に定義できる。

＜シフトサイリスタＴ＞
本実施形態に係るシフトサイリスタＴでは、図１（ｂ）に示すように、発光サイリスタＬと同様に、第４の半導体層９１２であるｐ型ＡｌＧａＡｓ層の上に、第５の半導体層９１４であるｐ型のＧａＰ層をさらに形成している。さらにその上に、透明電極層９１８であるｎ型の透明導電酸化物層を形成し、その上に第１の金属電極９２１を形成している。換言すれば、シフトサイリスタＴは、半導体積層構造９３８上に、第５の半導体層９１４と接している、電流拡散層である透明電極層９１８と、第１の金属電極９２１と、をこの順に有している。

第１の金属電極９２１を構成する材料は、第２の金属電極９２０を構成する材料と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。本実施形態では第１の金属電極９２１と第２の金属電極９２０とを同じ材料で構成する。

このとき、図１（ｂ）に示すように、シフトサイリスタＴのｎ型ＩＴＯ層９１８とｐ型ＧａＰ層９１４とが接している領域が、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１が形成されている領域内に含まれるように構成する。具体的には、シフトサイリスタＴのｎ型ＩＴＯ層９１８とｐ型ＧａＰ層９１４とが接している領域を基板９００真上からＺ方向に投影した領域Ａが、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１をＺ方向に投影した領域Ｂ内に含まれるように形成する。領域Ａは領域Ｂの内側に存在していることが好ましい。ここで、「領域Ａは領域Ｂの内側に存在する」とは、領域Ａが領域Ｂに完全に包含されており、領域Ａと領域Ｂとが境界線を共有していない状態を指す。言い換えると、領域Ａの周囲を完全に囲むように、ｐ型ＧａＰ層９１４の表面のうちｎ型ＩＴＯ層９１８と接触していない領域が存在する。なお、領域Ａと領域Ｂがいずれも矩形状であれば、領域Ａの境界線の各辺は、領域Ｂの境界線の各辺よりも内側に存在する。また、シフトサイリスタＴにおいて、電流拡散層であるｎ型ＩＴＯ９１８と半導体積層構造９３８とが接している領域は、半導体積層構造９３８の最上層の第１の金属電極９２１側の面内に含まれていることが好ましい。

本実施形態ではこのような構成にすることにより、シフトサイリスタＴに電流集中領域を形成し、それを覆うように第１の金属電極９２１を形成するため、シフトサイリスタＴから発せられる光を第１の金属電極９２１によって遮光することができる。これにより、シフトサイリスタＴからの不要な発光を低減することができ、発光素子アレイのコントラストを向上させることができる。

また、シフトサイリスタＴにおいて、コンタクト層であるｐ型ＧａＰ層９１４とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２とが接している領域は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の第１の金属電極９２１側の面（上面）内に含まれていることが好ましい。また、上述の領域Ａが、シフトサイリスタＴのｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の第１の金属電極９２１側の面（上面）をＺ方向に投影した領域Ｅ内に含まれていることが好ましい。これにより、コンタクト層であるｐ型ＧａＰ層９１４から積層構造９３０に注入されたキャリアが積層構造９３０の側面に到達してしまうことを抑制できる。キャリアが積層構造９３０中の半導体層の側面に到達すると、表面再結合が生じ、シフトサイリスタの動作安定性が低下してしまう可能性がある。一方、上述のように領域Ａが領域Ｅ内に含まれるようにすれば、キャリアが積層構造９３０の側面に到達してしまうことを抑制でき、シフトサイリスタの特性の安定性を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、ｎ型ＩＴＯ層９１８とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２との間に層間絶縁層９１６を設けているが、層間絶縁層９１６を有していなくてもよい。ｎ型ＩＴＯ層９１８とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２で形成される付設ダイオードは、発光サイリスタＬの順方向バイアスに対して逆バイアスになっている。ｎ型ＩＴＯ層９１８とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２とで形成される付設ダイオードの逆方向耐圧が用途に対して十分であれば、順バイアスした時に電流はトンネル接合部以外を基本的に流れないため、層間絶縁層９１６を省略することも可能である。なお、後述するようにｐ型ＧａＰ層９１４の低濃度部分を残す場合もあるが、その場合はｎ型ＩＴＯ層９１８とｐ型ＡＧａＰ層９１４の低濃度部分で付設ダイオードが構成される。

［製造方法］
本実施形態の発光素子アレイの製造方法の一例を、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の発光素子アレイの製造方法を説明するための断面図である。ここでは、第１の導電型がｎ型、第２の導電型がｐ型である場合について説明するが、本発明はこれに限定はされない。

まず、ｎ型ＧａＡｓを含む基板９００上に、バッファ層９０２としてのｎ型ＧａＡｓ層又はｎ型ＡｌＧａＡｓ層をエピタキシャル成長する。エピタキシャル成長の方法としては、分子線エピタキシャル法や有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）など、一般的な半導体の成長法を用いることができる。

次に、ＤＢＲ層９０４として、高Ａｌ組成のｎ型ＡｌＧａＡｓ層と低Ａｌ組成のｎ型ＡｌＧａＡｓ層とを各層の光学長がλ／４±１０％となるように交互に積層する。ＤＢＲ層９０４におけるＡｌ組成の組み合わせとしては、Ａｌ組成比の差が大きい方がＤＢＲ層９０４の反射帯域が広く取れるために好ましい。例えば、Ａｌ組成０．８とＡｌ組成０．１の組み合わせを好適に用いることができる。複数の半導体層の積層数は多い方が反射率を高くできるために好ましく、１０ペア以上を積層することが好ましい。

次に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層９０６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９０８、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層９１０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２を所定の組成、不純物濃度、厚さになるように順次成長させ、積層構造９３０を形成する。さらに、ｐ型ＧａＰ層９１４をｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の上に成長させ、半導体積層構造９３８を形成する。各層の成長方法としてはバッファ層９０２と同様に一般的な半導体の成長法を用いることができるが、バッファ層９０２からｐ型ＧａＰ層９１４までは、同一成長装置の中で連続的に行うことが結晶品質の観点から好ましい。

ｐ型ＧａＰ層９１４は、ｎ型ＩＴＯ層９１８とトンネル接合を形成させるため、少なくともｎ型ＩＴＯ層９１８と接触する側は結晶性を損なわない程度に不純物濃度をできる限り高くしておく方が好ましい。不純物濃度の好ましい範囲としては、例えば１．５×１０^１９ｃｍ^－３以上２×１０^２０ｃｍ^－３以下できる。なお、ｐ型ＧａＰ層９１４のうちｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２と接する側（ｎ型ＩＴＯ層９１８と接触する面とは反対の面）は、不純物濃度をそこまで高くする必要は無い。上述のような方法により、ｐ型ＧａＰ層９１４まで形成した状態を図６（ａ）に示す。

次に、一般的な半導体プロセスにより、図６（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＰ層９１４を所望の形状にエッチングする。なお、図ではｐ型ＧａＰ層９１４はｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２に到達するまでエッチングされている。しかし、これに限らず、ｐ型ＧａＰ層９１４のうち各サイリスタにおいて必要な部分以外は、不純物濃度が高い部分（トンネル接合する部分）が除去されていれば、図１０に示すようにｐ型ＧａＰ層９１４の一部が残っていてもよい。

図１０では、ｐ型ＧａＰ層９１４は、不純物濃度が高い半導体層９１４ａと不純物濃度が低い半導体層９１４ｂとを有する。この場合、ｎ型ＩＴＯ層９１８は不純物濃度が高い半導体層９２４ａと接することによりトンネル接合が形成される。そのため、ｎ型ＩＴＯ層９１８と接触させる部分以外は不純物濃度が高い部分（半導体層９１４ａ）が除去されており、不純物濃度が低い部分（半導体層９１４ｂ）が残っている。

エッチングを行った後は、図６（ｃ）に示すように、アノード層として機能するｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２を所望の形状にエッチングする。さらに、少なくともｐ型ＡｌＧａＡｓ層９０８までが完全に除去されるようにエッチングを行い、素子分離溝９２４を形成する。図６（ｃ）では素子分離溝９２４としてｎ型ＡｌＧａＡｓ層９０６に到達する高さまで完全にエッチングしているが、素子分離溝としてはｐ型ＡｌＧａＡｓ層９０８まで確実にエッチングされていればよい。また、ｐ型ＧａＰ層９１４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２、及び素子分離溝９２４のエッチングの順番は一例であり、プロセスなどに適した順番に適宜変更してよい。

次に、図６（ｄ）に示すように層間絶縁層９１６を形成し、所望の形状にエッチングする。層間絶縁層９１６は、ＳｉＯ_ｘやＳｉＮ等をスパッタ法やＣＶＤ法等を用いて形成できる。なお、図６では示されていないが、層間絶縁層９１６は素子分離溝９２４の側面及び底面にも形成されていてもよく、この場合、発光素子を保護することができる。

次に図６（ｅ）に示すように、ｎ型ＩＴＯ層９１８をスパッタ法又は真空蒸着法、スプレー法等で所望の形に形成する。本実施形態では、ｎ型ＩＴＯ層９１８を、その厚さの光学長が発光波長λの１／４（λ／４）の奇数倍±１０％になるように真空蒸着法により形成する。このように、ｎ型ＩＴＯ層９１８の厚さの光学長をλ／４の奇数倍±１０％とすることで、ｎ型ＩＴＯ層９１８と空気との間の界面での光の反射を低減して光取り出し効率を向上させている。

引き続き、図６（ｆ）に示すように、発光サイリスタＬに第２の金属電極９２０を形成し、シフトサイリスタＴに第１の金属電極９２１を形成する。最後に基板９００の裏面に裏面電極９２６としてのＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを、真空中にてこの順番で基板９００裏面に蒸着し、熱処理を行う。第２の金属電極９２０および第１の金属電極９２１としては、ＣｒとＡｕとを真空中でこの順番にて蒸着する。また、電極パターン形成法はリフトオフ法を用いる。

なお、上述した製造方法における、材料、成膜方法、及びエッチング方法等は上述の記載に限定されること無く、その要旨から逸脱しない範囲で好適なものを選択することができる。

［ＳＬＥＤ回路］
図７は、本実施形態の自己走査型の発光素子アレイの等価回路の一部を示す模式図である。図７においては、各構成の参照符号にｎ－１、ｎ等の添え字を付しているが、以降の説明では、構成毎に共通する場合については、参照符号の添え字を省略することがある。なお、添え字のｎは、２以上の整数とする。

本実施形態の発光素子アレイは、複数のアノード抵抗Ｒａ、複数のゲート抵抗Ｒｇ、複数のシフトサイリスタＴ、複数の転送ダイオードｄ、及び複数の発光サイリスタＬを有する。また、本実施形態の発光素子アレイは、複数のシフトサイリスタＴ及びシフトサイリスタＴに接続されている発光サイリスタＬの共通ゲートＧｎを有する。

また、発光素子アレイは、奇数番目のシフトサイリスタの転送ラインΦ１、偶数番目のシフトサイリスタの転送ラインΦ２、発光サイリスタＬの点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４、ゲートライン（ＶＧＫ）、及びスタートパルスラインΦｓを有する。点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４は、それぞれ抵抗Ｒ_Ｗ１～Ｒ_Ｗ４を備えている。図７に示されるように、１つのシフトサイリスタＴ_ｎに対し、４つの発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎが接続されており、同時に４つの発光素子が点灯可能な構成となっている。

［ＳＬＥＤ動作の説明］
ここで、図７の等価回路の動作について説明する。なお、以降の説明では、ゲートラインＶＧＫには５Ｖの電圧が印加されているものとし、転送ラインΦ１、Φ２、及び点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４に供給される電圧も同じく５Ｖとする。

シフトサイリスタＴ_ｎがオン状態にあるとき、シフトサイリスタＴ_ｎ及びシフトサイリスタＴ_ｎに接続されている発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの共通ゲートＧ_ｎの電位は約０．２Ｖまで引き下げられる。共通ゲートＧ_ｎと共通ゲートＧ_ｎ＋１との間は結合ダイオードＤ_ｎで接続されているため、結合ダイオードＤ_ｎの拡散電位にほぼ等しい電位差が発生する。

本実施形態では結合ダイオードＤ_ｎの拡散電位は約１．５Ｖであるので、共通ゲートＧ_ｎ＋１の電位は共通ゲートＧ_ｎの電位０．２Ｖに拡散電位１．５Ｖを加えた１．７Ｖとなる。以下同様に共通ゲートＧ_ｎ＋２の電位は３．２Ｖ、共通ゲートＧ_ｎ＋３の電位は４．７Ｖとなる。ただし、ゲートラインＶＧＫの電位が５Ｖであるため、各共通ゲートＧの電位はこれ以上にはなれないので、共通ゲートＧ_ｎ＋４以降は電位が５Ｖとなる。また、共通ゲートＧ_ｎより前（図７の左側）に関しては、結合ダイオードが逆バイアスになっているためゲートラインＶＧＫの電圧がそのままかかっており、５Ｖとなっている。

上述のシフトサイリスタＴ_ｎがオン状態の時のゲート電位の分布を図８（ａ）に示す。各シフトサイリスタＴをオン状態にするために必要な電圧（以下、「閾値電圧」と呼ぶ）は、各々のゲート電位に拡散電位を加えたものとほぼ同じである。シフトサイリスタＴ_ｎがオンになっている時、同じ転送ラインΦ１に接続されているシフトサイリスタ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のゲートＧ_ｎ＋２の電位は、上述したように３．２Ｖであるため、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がオンになっているため、転送ラインΦ１の電位は約１．５Ｖ（拡散電位）に引き込まれており、シフトサイリスタＴ_ｎ＋２の閾値電圧より低いためにシフトサイリスタＴ_ｎ＋２はオンにすることができない。同じ転送ラインΦ１に接続されている他のシフトサイリスタは全てシフトサイリスタＴ_ｎ＋２より閾値電圧が高いため、同様にオンにすることができず、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。

また、転送ラインΦ２に接続されているシフトサイリスタに関すると、閾値電圧は、最も閾値電圧が低いシフトサイリスタＴ_ｎ＋１が３．２Ｖ、次に閾値電圧の低いシフトサイリスタＴ_ｎ＋３が６．２Ｖである。この状態で転送ラインΦ２に５Ｖを供給するとシフトサイリスタＴ_ｎ＋１のみがオン状態に遷移できる。この状態ではシフトサイリスタＴ_ｎ、Ｔ_ｎ＋１が同時にオンにした状態であり、シフトサイリスタＴ_ｎ＋１から右側のシフトサイリスタのゲート電位が各々拡散電位分引き下げられる。ただし、ＶＧＫが５Ｖであり、ゲート電圧はＶＧＫで制限されるため、シフトサイリスタＴ_ｎ＋５より右側は５Ｖである。この時のゲート電圧分布を図８（ｂ）に示す。

この状態でΦ１の電位を０Ｖに下げるとシフトサイリスタＴ_ｎがオフになり、ゲートＧ_ｎの電位がＶＧＫ電位まで上昇する。この時のゲート電圧分布を図８（ｃ）に示す。こう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。

次に、発光サイリスタＬの発光動作に関して説明する。シフトサイリスタＴ_ｎのみがオン状態になっている場合、４つの発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎはシフトサイリスタＴ_ｎのゲートＧ_ｎに共通に接続されているため、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎのゲート電位はゲートＧ_ｎと同じ０．２Ｖである。したがって、各々の発光サイリスタＬの閾値電圧は１．７Ｖであり、点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４から１．７Ｖ以上の電圧が供給されれば点灯可能である。よって、シフトサイリスタＴ_ｎがオン状態の時に、点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４に点灯信号を供給することにより、４個の発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの全ての組み合わせを選択的に発光させることが可能である。すなわち、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎは、対応するシフトサイリスタＴ_ｎによって選択され、発光可能となる。この時、シフトサイリスタＴ_ｎの隣のシフトサイリスタＴ_ｎ＋１のゲートＧ_ｎ＋１の電位は１．７Ｖであり、ゲートＧ_ｎ＋１と共通にゲート接続している発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４のそれぞれの閾値は３．２Ｖとなる。

点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４から供給される点灯信号が５Ｖであるため、発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４も、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの点灯パターンと同じ点灯パターンで点灯しそうである。しかし、発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎの方が閾値ｖが低いため、点灯信号が供給された場合に発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４よりも早くオンになる。発光サイリスタＬ_４ｎ－３～Ｌ_４ｎが一旦オンになると、接続されている点灯信号ラインΦＷ１～ΦＷ４が約１．５Ｖ（拡散電位）に引き込まれ、発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４の閾値電圧よりも低くなる。そのため、発光サイリスタＬ_４ｎ＋１～Ｌ_４ｎ＋４をオンにすることができない。このように１つのシフトサイリスタＴに複数の発光サイリスタＬを接続することで、複数個の発光サイリスタＬを同時に点灯することができる。

図９に駆動信号波形の例を示す。ＶＧＫには常に５Ｖが供給される。奇数番目のシフトサイリスタ用のクロック信号Φ１、偶数番目のシフトサイリスタ用のクロック信号Φ２が同じ周期Ｔｃにて印加され、スタート用の信号Φｓは５Ｖが供給されている。しかし、クロック信号Φ１が最初に５Ｖになる少し前にゲートラインに電位差をつけるために０Ｖに落とされる。これにより、最初のシフトサイリスタのゲートが５Ｖから１．７Ｖに引き込まれ、閾値電圧が３．２Ｖになって、クロック信号Φ１でオンできる状態になる。クロック信号Φ１に５Ｖが印加され、最初のシフトサイリスタＴがオン状態に遷移してから少し遅れて信号Φｓに５Ｖが供給され、以降、信号Φｓには５Ｖが供給され続ける。クロック信号Φ１、Φ２は、互いのオン状態（ここでは５Ｖ）が重なる重なり時間Ｔｏｖを持ち、略相補的な関係になるように構成される。発光サイリスタ点灯用信号ΦＷ１～ΦＷ４は、クロック信号Φ１、Φ２の周期の半分の周期で送信され、対応するシフトサイリスタＴがオン状態の時に５Ｖが印加されると点灯する。例えば、時刻ａでは同一のシフトサイリスタＴに接続されている４つの発光サイリスタＬが全て点灯している状態であり、時刻ｂでは３つの発光サイリスタＬが同時点灯している。また、時刻ｃでは全ての発光サイリスタＬは消灯状態であり、時刻ｄでは２つの発光サイリスタＬが同時点灯している。時刻ｅでは点灯する発光サイリスタＬは１つである。

本実施形態では、１つのシフトサイリスタＴに接続する発光サイリスタＬの数を４つとしているが、これに限らず用途に応じて４つより少なくても多くてもよい。なお、上述の回路では、各サイリスタのカソードを共通とする回路について説明したが、アノードを共通とする回路でも適宜極性を反転することで適用可能である。

本実施形態の発光素子アレイによれば、発光素子としての発光サイリスタ以外からの発光を従来よりも低減することができる。この結果、高コントラストの発光素子アレイを提供することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る発光素子を含む発光素子アレイの構成について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は本実施形態の発光素子アレイの構成の一部を模式的に示す平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の５Ｂ－５Ｂ断面図である。なお、本実施形態では、図５において、第１の実施形態の同様の構成には第１の実施形態と同じ参照番号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態では、積層構造９３０を構成する半導体層の少なくとも一層に電流狭窄構造を設けることで、電流集中領域を形成する。具体的には、積層構造９３０の一部にイオン注入を用いて所望の領域を高抵抗化する方法を用いる。本実施形態では、シフトサイリスタＴにおいて、高抵抗領域９２８に囲まれている第１の領域を積層構造９３０の積層方向（Ｚ方向）に投影した領域Ｃが、金属電極（上部電極）９２０を前記積層方向に投影した領域Ｄ内に含まれるように構成する。本実施形態では、イオン注入によって高抵抗化された高抵抗領域（第２の領域）９２８で囲まれた部分が、電流集中領域となる。なお、本実施形態において「高抵抗領域」は、例えば、第１の領域等のイオン非注入領域の抵抗の１００，０００倍以上の抵抗を有する領域を言う。

図５（ｂ）に示すように、基板９００からｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２までは、第１の実施形態と同じ構成である。しかし、本実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の上にｐ型ＧａＰ層９１４が配置されておらず、電流拡散層９１５としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ層が配置されている。

電流拡散層９１５は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２よりも不純物濃度が高く、抵抗が低くなるように構成されている。電流拡散層９１５は、面内方向に均一に電流を拡散できることが望ましい。この電流拡散層９１５の上に、金属電極９２０を、発光サイリスタＬ及びシフトサイリスタＴのそれぞれに形成する。

また、積層構造９３０内には、イオン注入により高抵抗領域９２８が形成されている。本実施形態では、注入するイオンとしてプロトンを用いるが、イオンの種類はこれに限らず、酸素イオン又はホウ素イオン等を用いることができる。

高抵抗領域９２８は、５Ｂ－５Ｂ断面図において、高抵抗領域９２８を真上から投影した領域が、シフトサイリスタＴの上部電極９２０としてのメタル層を真上から投影した領域Ｂの周辺と全てと接する又は重なるように形成されている。このとき、Ｚ方向において電流拡散層９１５の下（基板９００）側の領域は、高抵抗化されていない領域（第１の領域）を含むようにする。すなわち、平面視にて、第１の領域の周囲に高抵抗領域９２８を配置する。このような構成にすることにより、電流拡散層９１５の下に配置されており、高抵抗領域９２８で囲まれている第１の領域をＺ方向に投影した領域Ｃが、上部電極９２０としての金属層をＺ方向に投影した領域Ｄ内に含まれる。

発光サイリスタＬ及びシフトサイリスタＴにおいて、上部電極９２０と裏面電極９２６との間を流れる電流は、この高抵抗領域９２８以外の領域を流れる。そのため、シフトサイリスタＴでは、高抵抗領域９２８に囲まれた領域が、電流が集中する電流集中領域となる。シフトサイリスタＴからは、電流集中領域から発光する恐れがあるが、本実施形態では、領域Ｃが領域Ｄに含まれるように高抵抗領域９２８を形成しているため、電流集中領域は上部電極９２０の下部に配置されることになる。そのため、第１の実施形態と同様に、シフトサイリスタＴで発生した光は上部電極９２０に遮蔽される。本実施形態では、領域Ｃを領域Ｄに完全に含まれるように形成しているため、シフトサイリスタＴからの発光を従来よりも低減することができる。

本実施形態の発光素子アレイによれば、発光素子としての発光サイリスタ以外からの発光を従来よりも低減することができる。この結果、高コントラストの発光素子アレイを提供することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る発光素子を含む発光素子アレイの構成について、図１２を用いて説明する。図１２（ａ）は本実施形態の発光素子アレイの構成の一部を模式的に示す平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の１２Ｂ－１２Ｂ断面図である。なお、本実施形態では、図１２において、第１の実施形態の同様の構成には第１の実施形態と同じ参照番号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態は、シフトサイリスタＴにおいて積層構造９３０の上に第１の金属電極９２１が直接形成されている点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、積層構造９３０上に、第４の半導体層９１２と接している第１の金属電極９２１を有している。本実施形態では、半導体積層構造９３８は積層構造９３０である。

本実施形態では、シフトサイリスタＴにて、第４の半導体層９１２と第１の金属電極９２１とがオーミック接触していることが好ましい。これにより、シフトサイリスタＴの駆動電圧を小さくすることができる。

例えば、シフトサイリスタＴにおいて、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２上にＣｒとＡｕをこの順に真空蒸着して電極を形成すると、電極とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２との間にショットキーダイオードが形成される。この場合は、ショットキーダイオードの電圧降下分だけシフトサイリスタＴの駆動電圧が上昇してしまう。しかしながら、シフトサイリスタＴにおいて、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２上にＡｕＺｎを真空蒸着して電極を形成すれば、電極とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２との間がオーミック接触となるため、上述のような駆動電圧の上昇を抑制することができる。なお、ｎ型ＩＴＯ層との間でオーミック接触させる観点から、第２の金属電極９２０としてはＣｒを用いることが好ましい。第２の金属電極９２０の、ｎ型ＩＴＯ層９１８と接触する面以外の部分はＡｕによって形成してもよい。

このように、第１の金属電極９２１は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２と接触した際にオーミック接触となる金属材料を用いることが好ましい。本実施形態において第１の金属電極９２１と第２の金属電極９２０はそれぞれ異なる材料層と接触するため、２つの金属電極を互いに異なる金属で形成することで、それぞれオーミック接触とすることが好ましい。

本実施形態は、第１の実施形態と比較して、ｎ型ＩＴＯ層９１８層を省略できるため、シフトサイリスタＴの駆動時の抵抗を低減でき、シフトサイリスタＴの作動電圧を低下させることができる点で好ましい。

本実施形態では、シフトサイリスタＴのｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２と第１の金属電極９２１とが接している領域が、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１が形成されている領域内に含まれるように構成する。具体的には、シフトサイリスタＴのｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２と第１の金属電極９２１とが接している領域を基板９００真上からＺ方向に投影した領域Ｆが、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１をＺ方向に投影した領域Ｇ内に含まれるように形成する。

本実施形態ではこのような構成にすることにより、第１の実施形態と同様に、シフトサイリスタＴに電流集中領域を形成することができる。そして、電流集中領域を覆うように第１の金属電極９２１を形成するため、シフトサイリスタＴから発せられる光を第１の金属電極９２１によって遮光することができる。これにより、シフトサイリスタＴからの不要な発光を低減することができ、発光素子アレイのコントラストを向上させることができる。

また、シフトサイリスタＴにおいて、第１の金属電極９２１と半導体積層構造９３８の最上層であるｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２とが接している領域は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の第１の金属電極９２１側の面（上面）内に含まれていることが好ましい。すなわち、上述の領域Ｆが、シフトサイリスタＴのｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の第１の金属電極９２１側の面（上面）をＺ方向に投影した領域Ｈ内に含まれていることが好ましい。これにより、第１の金属電極９２１から積層構造９３０に注入されたキャリアが積層構造９３０の側面に到達してしまうことを抑制でき、シフトサイリスタの特性の安定性を向上させることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る発光素子を含む発光素子アレイの構成について、図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は本実施形態の発光素子アレイの構成の一部を模式的に示す平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の１３Ｂ－１３Ｂ断面図である。なお、本実施形態では、図１３において、第１の実施形態の同様の構成には第１の実施形態と同じ参照番号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態は、シフトサイリスタＴにおいて第５の半導体層９１４の上に第１の金属電極９２１が直接形成されている点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態では、半導体積層構造９３８上に、第５の半導体層９１４と接している第１の金属電極９２１を有している。

本実施形態においても第３の実施形態と同様に、シフトサイリスタＴにて、半導体積層構造９３８と第１の金属電極９２１とがオーミック接触していること、すなわち、第５の半導体層９１４と第１の金属電極９２１とがオーミック接触していることが好ましい。これにより、シフトサイリスタＴの駆動電圧を小さくすることができる。

本実施形態では、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１と第５の半導体層９１４とが接している領域が、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１が形成されている領域内に含まれるように構成する。具体的には、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１と第５の半導体層９１４とが接している領域を基板９００真上からＺ方向に投影した領域Ｉが、シフトサイリスタＴの第１の金属電極９２１をＺ方向に投影した領域Ｊ内に含まれるように形成する。また、シフトサイリスタＴにおいて、第１の金属電極９２１と半導体積層構造９３８とが接している領域は、半導体積層構造９３８の最上層の第１の金属電極９２１側の面内に含まれていることが好ましい。

本実施形態ではこのような構成にすることにより、第１の実施形態と同様に、シフトサイリスタＴに電流集中領域を形成することができる。そして、電流集中領域を覆うように第１の金属電極９２１を形成するため、シフトサイリスタＴから発せられる光を第１の金属電極９２１によって遮光することができる。これにより、シフトサイリスタＴからの不要な発光を低減することができ、発光素子アレイのコントラストを向上させることができる。

また、シフトサイリスタＴにおいて、第５の半導体層９１４とｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２とが接している領域は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の第１の金属電極９２１側の面（上面）内に含まれていることが好ましい。また、上述の領域Ｉが、シフトサイリスタＴのｐ型ＡｌＧａＡｓ層９１２の第１の金属電極９２１側の面（上面）をＺ方向に投影した領域Ｋ内に含まれていることが好ましい。これにより、第５の半導体層９１４から積層構造９３０に注入されたキャリアが積層構造９３０の側面に到達してしまうことを抑制でき、シフトサイリスタの特性の安定性を向上させることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第１の実施形態に係る発光素子アレイを用いた露光ヘッド１０６について、図２を参照して説明する。

本実施形態の露光ヘッドは、感光体ドラム１０２に露光を行い、感光体ドラム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１０６の用途は特に限定はされず、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。

露光ヘッド１０６は、複数の発光素子アレイを含む発光素子群２０１と、発光素子群２０１を実装するプリント基板２０２、ロッドレンズアレイ２０３と、を有する。また、露光ヘッド１０６は、ロッドレンズアレイ２０３とプリント基板２０２とを支持するハウジング（支持部材）２０４を有する。

発光素子群２０１に含まれる複数の発光素子アレイは、第一の実施形態の発光素子アレイである。ロッドレンズアレイ２０３は、発光素子群２０１からの光を集光する光学系である。

本実施形態の露光ヘッド１０６は、発光素子群２０１からの光をロッドレンズアレイ２０３で集光する。ロッドレンズアレイ２０３で集光した光は、感光体ドラム１０２に照射される。

図２（ａ）、２（ｂ）に、感光体ドラム１０２及び露光ヘッド１０６の配置と、露光ヘッドからの光が感光体ドラム１０２の表面に結像されている様子を示す。露光ヘッド１０６は、感光体ドラム１０２と対向するように配置されている。露光ヘッド１０６及び感光体ドラム１０２のそれぞれは、不図示の取り付け部材によって画像形成装置に取り付けられて使用される。

露光ヘッド１０６は、工場内にて単体で組み立て調整作業され、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１０２とロッドレンズアレイ２０３間の距離、ロッドレンズアレイ２０３と発光素子群２０１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１０６からの光が感光体ドラム１０２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２０３と発光素子群２０１との距離が所望の値となるように、ロッドレンズアレイ２０３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、各発光素子を順次発光させていき、ロッドレンズアレイ２０３を介して集光させた光が、所定光量になるように各発光素子の駆動電流が調整される。

本実施形態は、発光素子としての発光サイリスタ以外からの発光を従来よりも低減することができる発光素子アレイを露光ヘッドの光源として用いる。これにより、従来よりもコントラストの高い露光ヘッドを得ることができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態では、第１の実施形態に係る発光素子アレイを用いた露光ヘッドを用いた画像形成装置について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態の画像形成装置の構成を説明する模式図である。

本実施形態の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であり、スキャナ部１００、作像部１０３、定着部１０４、給紙／搬送部１０５、及び、これらを制御する不図示の制御部を有する。

スキャナ部１００は、読み取りたい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る。スキャナ部１００で読み取った画像を電気信号に変換することにより、画像データが作成される。

作像部１０３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し、各現像ユニットは、感光体ドラム１０２、露光ヘッド１０６、帯電器１０７、及び現像器１０８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１０２は、静電潜像が形成される像担持体である。感光体ドラム１０２は、回転駆動され、帯電器１０７によって帯電する。

露光ヘッド１０６は、第３の実施形態の露光ヘッドであり、画像データに応じた光を感光体ドラム１０２に照射し、感光体ドラム１０２に静電潜像を形成する。具体的には、露光ヘッド１０６は、配列された発光素子アレイ２０１のチップ面から発生させた光を、ロッドレンズアレイ２０３によって感光体ドラム１０２に集光し、画像データに応じた静電潜像を感光体ドラム１０２に形成する。

現像器１０８は、感光体ドラム１０２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１１１上に搬送された紙等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、このような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おり、シアンでの作像開始から所定時間経過後に、マゼンタ、イエロー、ブラックの作像動作を順次実行していく。

給紙／搬送部１０５は、本体内給紙ユニット１０９ａ、１０９ｂ、外部給紙ユニット１０９ｃ、及び手差し給紙ユニット１０９ｄのうち、予め指示された給紙ユニットから紙を給紙し、給紙された紙はレジローラ１１０まで搬送される。

レジローラ１１０は、前述した作像部１０３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１１１上に紙を搬送する。

光学センサ１１３が、転写ベルト１１１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１１１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る。この制御によって、紙上に、色ずれのないフルカラーのトナー像を転写することができる。

定着部１０４は、複数のローラと、ハロゲンヒータ等の熱源とを内蔵し、転写ベルト１１１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１１２にて画像形成装置の外部に排紙する。

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、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１００、作像部１０３、定着部１０４、及び給紙／搬送部１０５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。

上述の実施形態の発光素子アレイを露光ヘッドとして用いて画像形成を行う場合、露光ヘッドにおける発光素子列の長さは、感光体ドラム上における画像領域幅に応じて決まり、発光素子間隔（発光点の密度）は解像度に応じて決まる。例えば、１２００ｄｐｉの解像度で画像形成を行う場合は、素子分離溝９２４によってメサ構造９２２に分離されている複数の発光素子のうち、隣り合う発光素子中心間の間隔は約２１．１６μｍとなるように配列する。

このような、露光ヘッドを用いた画像形成装置では、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。

本実施形態の画像形成装置は、発光素子としての発光サイリスタ以外からの発光を従来よりも低減することができる発光素子アレイを有する露光ヘッドを用いる。これにより、従来よりもコントラストの高い露光ヘッドを用いて、高品質な画像を形成する画像形成装置を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、第５の実施形態及び第６の実施形態では、発光素子アレイとして第１の実施形態の発光素子アレイを用いたが、第２～４の実施形態の発光素子アレイを用いたり、異なる発光素子アレイを組み合わせて用いたりしてもよい。

Claims (12)

1. 基板上に、シフトサイリスタと、前記シフトサイリスタにより選択され発光可能となる発光サイリスタと、を有し、
   前記シフトサイリスタおよび前記発光サイリスタが、前記基板側から、第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の導電型と異なる第２の導電型の第２の半導体層と、前記第１の導電型の第３の半導体層と、前記第２の導電型の第４の半導体層と、をこの順に有する共通の半導体積層構造を有する発光素子であって、
   前記シフトサイリスタは、前記半導体積層構造上に、前記半導体積層構造と接している電流拡散層と、第１の金属電極と、をこの順に有するか、または、前記半導体積層構造と接している第１の金属電極を有し、
   前記シフトサイリスタにて、前記電流拡散層または前記第１の金属電極と前記半導体積層構造とが接している領域を前記半導体積層構造の積層方向に投影した領域は、前記第１の金属電極を前記積層方向に投影した領域内に含まれ、
   前記発光サイリスタは、平面視にて、光取出し領域と、電流供給領域と、を有し、
   前記光取出し領域にて、前記発光サイリスタは、前記第４の半導体層上に前記第２の導電型の第５の半導体層と、前記第１の導電型の透明電極層と、をこの順に有し、
   前記電流供給領域にて、前記発光サイリスタは、前記第４の半導体層上に前記透明電極層と、層間絶縁層と、第２の金属電極と、をこの順に有するか、または、前記透明電極層と、第２の金属電極と、をこの順に有することを特徴とする発光素子。
2. 前記シフトサイリスタにて、前記電流拡散層または前記第１の金属電極と前記半導体積層構造とが接している領域は、前記半導体積層構造の最上層の前記第１の金属電極側の面内に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記第５の半導体層と前記透明電極層とがトンネル接合を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記第５の半導体層は、不純物濃度が高い高濃度領域を、前記透明電極層と接している面側に有し、
   前記高濃度領域における不純物濃度が、１．５×１０^１９ｃｍ^－３以上２×１０^２０ｃｍ^－３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
5. 前記シフトサイリスタにて、前記半導体積層構造と前記第１の金属電極とがオーミック接触していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 前記第１の金属電極と前記第２の金属電極とが、互いに異なる金属によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光素子。
7. 前記第１の半導体層、前記第２の半導体層、前記第３の半導体層、および、前記第４の半導体層が、ＧａＡｓ系材料またはＡｌＧａＡｓ系材料を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の発光素子。
8. 前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光素子。
9. 前記基板は、ｎ型の半導体基板であることを特徴とする請求項８に記載の発光素子。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光素子を複数有し、
    前記複数の発光素子のそれぞれが有する発光サイリスタが一次元的に配列されている発光素子アレイ。
11. 請求項１０に記載の発光素子アレイと、
    前記発光素子アレイ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。
12. 像担持体と、
    前記像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
    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であって、
    前記露光ヘッドが請求項１０に記載の発光素子アレイを有することを特徴とする画像形成装置。

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