本發(fā)明涉及發(fā)光部件、打印頭和圖像形成裝置。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1中記載了一種發(fā)光元件陣列，其將多個(gè)能夠從外部控制閾值電壓或閾值電流的發(fā)光元件一維、二維或三維排列，將控制各發(fā)光元件的閾值電壓或者閾值電流的電極相互電連接，在各發(fā)光元件上連接從外部施加電壓或電流的時(shí)鐘線。

在專利文獻(xiàn)2中記載了一種自掃描型光源頭，其具備：基板；以陣列狀配設(shè)在基板上的面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器；以及作為開關(guān)元件的晶閘管，其排列在基板上，使上述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的發(fā)光選擇性地導(dǎo)通/截止。

在專利文獻(xiàn)3中記載了一種自掃描型發(fā)光裝置，其構(gòu)成pnpnpn6層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，在兩端的p型第一層和n型第六層以及中央的p型第三層和n型第四層上設(shè)置電極，pn層承擔(dān)發(fā)光二極管功能，pnpn4層承擔(dān)晶閘管功能。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

專利文獻(xiàn)1：日本特開平1-238962號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2009-286048號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2001-308385號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，例如在具備傳輸部和發(fā)光部的自掃描發(fā)光元件陣列中，若發(fā)光部的發(fā)光元件為由與傳輸部同樣的半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成的晶閘管，則難以獨(dú)立地設(shè)定發(fā)光部中的發(fā)光元件的發(fā)光特性等和傳輸部的傳輸特性等。

因此，本發(fā)明的目的在于提供如下的發(fā)光部件等，在結(jié)構(gòu)中具備依次成為導(dǎo)通狀態(tài)的多個(gè)傳輸元件、以及與傳輸元件連接的發(fā)光元件，與發(fā)光元件和傳輸元件由同樣的半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成的情況相比，容易獨(dú)立地設(shè)定發(fā)光元件的特性和傳輸元件的特性。

用于解決課題的手段

方案1所述的發(fā)明為一種發(fā)光部件，其具備：依次成為導(dǎo)通狀態(tài)的多個(gè)傳輸元件；多個(gè)置位晶閘管，它們與多個(gè)上述傳輸元件分別連接，由于該傳輸元件成為導(dǎo)通狀態(tài)而成為能夠轉(zhuǎn)移至導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)；以及多個(gè)發(fā)光元件，它們隔著隧道結(jié)分別層疊在多個(gè)上述置位晶閘管上，在該置位晶閘管成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該發(fā)光元件發(fā)光或發(fā)光量增加。

方案2所述的發(fā)明為方案1所述的發(fā)光部件，其特征在于，上述置位晶閘管和上述發(fā)光元件中，構(gòu)成該置位晶閘管的多個(gè)半導(dǎo)體層和構(gòu)成該發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層隔著構(gòu)成上述隧道結(jié)的半導(dǎo)體層而層疊。

方案3所述的發(fā)明為方案1或2所述的發(fā)光部件，其特征在于，上述隧道結(jié)被構(gòu)成為，在上述發(fā)光元件被設(shè)定成正向偏壓時(shí)，上述隧道結(jié)被設(shè)定成反向偏壓。

方案4所述的發(fā)明為方案1～3中任一項(xiàng)所述的發(fā)光部件，其特征在于，構(gòu)成上述置位晶閘管的多個(gè)半導(dǎo)體層、構(gòu)成上述發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層、以及構(gòu)成上述隧道結(jié)的半導(dǎo)體層中的任意半導(dǎo)體層使該發(fā)光元件中的電流路徑變窄。

方案5所述的發(fā)明為方案4所述的發(fā)光部件，其特征在于，構(gòu)成上述隧道結(jié)的半導(dǎo)體層使上述發(fā)光元件中的電流路徑變窄。

方案6所述的發(fā)明為方案1～5中任一項(xiàng)所述的發(fā)光部件，其特征在于，構(gòu)成上述置位晶閘管的多個(gè)半導(dǎo)體層和構(gòu)成上述發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)半導(dǎo)體層的一部分或全部為分布布拉格反射層。

方案7所述的發(fā)明為方案1～6中任一項(xiàng)所述的發(fā)光部件，其特征在于，上述隧道結(jié)由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，與多個(gè)上述半導(dǎo)體層中的至少一個(gè)半導(dǎo)體層的帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)大于上述發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)。

方案8所述的發(fā)明為方案1～7中任一項(xiàng)所述的發(fā)光部件，其特征在于，上述隧道結(jié)位于由上述發(fā)光元件的發(fā)光而產(chǎn)生的駐波的波節(jié)處。

方案9所述的發(fā)明為一種打印頭，其具備發(fā)光單元以及使從上述發(fā)光單元射出的光成像的光學(xué)單元，所述發(fā)光單元包括：依次成為導(dǎo)通狀態(tài)的多個(gè)傳輸元件；多個(gè)置位晶閘管，它們與多個(gè)該傳輸元件分別連接，由于該傳輸元件成為導(dǎo)通狀態(tài)而成為能夠轉(zhuǎn)移至導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)；以及多個(gè)發(fā)光元件，它們隔著隧道結(jié)分別層疊在多個(gè)該置位晶閘管上，在該置位晶閘管成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該發(fā)光元件發(fā)光或發(fā)光量增加。

方案10所述的發(fā)明為一種圖像形成裝置，其具備：圖像保持體；帶電單元，其使上述圖像保持體帶電；曝光單元，其借助光學(xué)單元對(duì)上述圖像保持體進(jìn)行曝光，該曝光單元包括：依次成為導(dǎo)通狀態(tài)的多個(gè)傳輸元件；多個(gè)置位晶閘管，它們與多個(gè)該傳輸元件分別連接，由于該傳輸元件成為導(dǎo)通狀態(tài)而成為能夠轉(zhuǎn)移至導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)；以及多個(gè)發(fā)光元件，它們隔著隧道結(jié)分別層疊在多個(gè)該置位晶閘管上，在該置位晶閘管成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該發(fā)光元件發(fā)光或發(fā)光量增加；顯影單元，其對(duì)由上述曝光單元曝光而在上述圖像保持體上形成的靜電潛像進(jìn)行顯影；以及轉(zhuǎn)印單元，其將在上述圖像保持體上顯影的圖像轉(zhuǎn)印到被轉(zhuǎn)印體上。

發(fā)明效果

根據(jù)方案1的發(fā)明，與發(fā)光元件和傳輸元件由同樣的半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成的情況相比，容易獨(dú)立地設(shè)定發(fā)光元件的特性和傳輸元件的特性。

根據(jù)方案2、3的發(fā)明，與不使用隧道結(jié)的情況相比，能夠降低施加到層疊的發(fā)光元件和置位晶閘管的電壓。

根據(jù)方案4的發(fā)明，與不使電流路徑變窄的情況相比，能夠降低消耗電力。

根據(jù)方案5的發(fā)明，與隧道結(jié)不用于使電流路徑變窄的情況相比，能夠應(yīng)用的襯底的選擇范圍變寬。

根據(jù)方案6的發(fā)明，與不使用分布布拉格反射層的情況相比，光利用效率提高。

根據(jù)方案7的發(fā)明，與和隧道結(jié)的材料的帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)小于發(fā)光元件的發(fā)光波長(zhǎng)的情況相比，能夠降低電阻。

根據(jù)方案8的發(fā)明，與位于駐波波腹的情況相比，能夠降低光吸收。

根據(jù)方案9的發(fā)明，與發(fā)光元件和傳輸元件由同樣的半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成的情況相比，打印頭的性能提高。

根據(jù)方案10的發(fā)明，與發(fā)光元件和傳輸元件由同樣的半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成的情況相比，圖像形成裝置的性能提高。

附圖說明

圖1是示出第一實(shí)施方式所應(yīng)用的圖像形成裝置的整體結(jié)構(gòu)的一例的圖。

圖2是示出打印頭結(jié)構(gòu)的一例的剖面圖。

圖3是發(fā)光裝置的一例的俯視圖。

圖4是示出發(fā)光芯片的結(jié)構(gòu)、發(fā)光裝置的信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)和電路基板上的布線(線)的結(jié)構(gòu)的一例的圖。

圖5是說明第一實(shí)施方式的搭載有自掃描發(fā)光元件陣列(sled)的發(fā)光芯片的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。

圖6是第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片的平面布局圖和剖面圖的一例。圖6的(a)是發(fā)光芯片的平面布局圖，圖6的(b)是圖6的(a)的vib-vib線剖面圖。

圖7是置位晶閘管和發(fā)光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖8是對(duì)置位晶閘管與發(fā)光二極管的層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)一步說明的圖。圖8的(a)是置位晶閘管與發(fā)光二極管的層疊結(jié)構(gòu)中的示意性能帶圖，圖8的(b)是隧道結(jié)層的反向偏壓狀態(tài)下的能帶圖，圖8的(c)示出隧道結(jié)層的電流電壓特性。

圖9是說明發(fā)光裝置和發(fā)光芯片的動(dòng)作的時(shí)序圖。

圖10是說明發(fā)光芯片的制造方法的圖。圖10的(a)是半導(dǎo)體層疊體形成工序，圖10的(b)是n-歐姆電極和光射出口保護(hù)層形成工序，圖10的(c)是露出隧道結(jié)層的蝕刻工序，圖10的(d)是電流狹窄層中的電流阻止部形成工序，圖10的(e)是露出p柵極層的蝕刻工序，圖10的(f)是p-歐姆電極和背面電極形成工序。

圖11是對(duì)變形例1-1進(jìn)行說明的置位晶閘管與發(fā)光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖12是對(duì)變形例1-2進(jìn)行說明的置位晶閘管與發(fā)光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖13是第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片的置位晶閘管與發(fā)光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖14是對(duì)變形例2-1進(jìn)行說明的置位晶閘管與發(fā)光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖15是對(duì)變形例2-2進(jìn)行說明的置位晶閘管與發(fā)光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖16是說明第三實(shí)施方式的搭載有自掃描發(fā)光元件陣列(sled)的發(fā)光芯片的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。

圖17是第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖18是對(duì)變形例3-1進(jìn)行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖19是對(duì)變形例3-2進(jìn)行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖20是對(duì)變形例3-3進(jìn)行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖21是對(duì)變形例3-4進(jìn)行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。

圖22是用于說明第四實(shí)施方式的搭載有自掃描發(fā)光元件陣列(sled)的發(fā)光芯片的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。

圖23是第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片的置位晶閘管與垂直諧振面發(fā)光激光器層疊而成的島的放大剖面圖。

圖24是對(duì)變形例4-1進(jìn)行說明的置位晶閘管與垂直諧振面發(fā)光激光器層疊而成的島的放大剖面圖。

圖25是對(duì)變形例4-2進(jìn)行說明的置位晶閘管與垂直諧振面發(fā)光激光器層疊而成的島的放大剖面圖。

符號(hào)說明

1…圖像形成裝置、10…圖像形成處理部、11…圖像形成單元、12…感光鼓、14…打印頭、30…圖像輸出控制部、40…圖像處理部、62…電路基板、63…光源部、64…棒狀透鏡陣列、65…發(fā)光裝置、80…襯底、81…p陽極層、81b、86b…電流狹窄層、82…n柵極層、83…p柵極層、84…n陰極層、85…隧道結(jié)層、85a…n⁺⁺層、85b…p⁺⁺層、86…p陽極層、87…發(fā)光層、88…n陰極層、89…光射出口保護(hù)層、90…保護(hù)層、91…背面電極、101…傳輸部、102…發(fā)光部、110…信號(hào)發(fā)生電路、120…傳輸信號(hào)發(fā)生部、140…點(diǎn)亮信號(hào)發(fā)生部、160…基準(zhǔn)電位供給部、170…電源電位供給部、301～306…島、…第一傳輸信號(hào)、…第二傳輸信號(hào)、…點(diǎn)亮信號(hào)、α…電流通過部(區(qū)域)、β…電流阻止部(區(qū)域)、c(c1～c40)…發(fā)光芯片、d(d1～d127)…耦合二極管、led(led1～led128)…發(fā)光二極管、ld(ld1～ld128)…激光二極管、sd…啟動(dòng)二極管、t(t1～t128)…傳輸晶閘管、vcsel(vcsel1～vcsel128)…垂直諧振面發(fā)光激光器、vga…電源電位、vsub…基準(zhǔn)電位

具體實(shí)施方式

下面參照所附的附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

另外，在下文中，將鋁記為al等，使用元素記號(hào)進(jìn)行記載。

[第一實(shí)施方式]

(圖像形成裝置1)

圖1是示出第一實(shí)施方式所應(yīng)用的圖像形成裝置1的整體結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖1所示的圖像形成裝置1是所謂的級(jí)聯(lián)型圖像形成設(shè)備。該圖像形成裝置1具備：圖像形成處理部10，其基于各色的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像形成；圖像輸出控制部30，其控制圖像形成處理部10；以及圖像處理部40，其與例如個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc)2或圖像讀取裝置3連接，對(duì)從它們接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定圖像處理。

圖像形成處理部10具備隔著預(yù)定間隔并排設(shè)置的圖像形成單元11y、11m、11c、11k(在不進(jìn)行區(qū)分的情況下，記為圖像形成單元11)。圖像形成單元11具備：作為圖像保持體的一例的感光鼓12，其形成靜電潛像并保持色調(diào)劑圖像；作為帶電單元的一例的帶電器13，其使感光鼓12的表面帶電至預(yù)定電位；打印頭14，其對(duì)通過帶電器13帶電的感光鼓12進(jìn)行曝光；以及作為顯影單元的一例的顯影器15，其對(duì)由打印頭14得到的靜電潛像進(jìn)行顯影。各圖像形成單元11y、11m、11c、11k分別形成黃色(y)、品紅(m)、青色(c)、黑色(k)的色調(diào)劑圖像。

另外，對(duì)于圖像形成處理部10來說，為了將由各圖像形成單元11y、11m、11c、11k的感光鼓12形成的各色的色調(diào)劑圖像多重轉(zhuǎn)印到作為被轉(zhuǎn)印體的一例的記錄紙張25上，該圖像形成處理部10具備：紙張傳送帶21，其傳送該記錄紙張25；驅(qū)動(dòng)輥22，其驅(qū)動(dòng)紙張傳送帶21；作為轉(zhuǎn)印單元的一例的轉(zhuǎn)印輥23，其將感光鼓12的色調(diào)劑圖像轉(zhuǎn)印到記錄紙張25上；以及定影器24，其將色調(diào)劑圖像定影到記錄紙張25上。

在該圖像形成裝置1中，圖像形成處理部10基于從圖像輸出控制部30供給的各種控制信號(hào)進(jìn)行圖像形成動(dòng)作。這樣，在基于圖像輸出控制部30的控制下，從個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc)2或圖像讀取裝置3接收的圖像數(shù)據(jù)被圖像處理部40施以圖像處理，被供給至圖像形成單元11。并且，例如在黑色(k)的圖像形成單元11k中，感光鼓12在沿箭頭a方向旋轉(zhuǎn)的同時(shí)被帶電器13帶電至預(yù)定電位，基于從圖像處理部40供給的圖像數(shù)據(jù)，由發(fā)光的打印頭14進(jìn)行曝光。由此，在感光鼓12上形成與黑色(k)圖像相關(guān)的靜電潛像。并且，在感光鼓12上形成的靜電潛像被顯影器15顯影，在感光鼓12上形成黑色(k)的色調(diào)劑圖像。在圖像形成單元11y、11m、11c中也分別形成黃色(y)、品紅(m)、青色(c)的各色色調(diào)劑圖像。

由各圖像形成單元11形成的感光鼓12上的各色色調(diào)劑圖像通過施加到轉(zhuǎn)印輥23上的轉(zhuǎn)印電場(chǎng)被依次靜電轉(zhuǎn)印到隨著在箭頭b方向上移動(dòng)的紙張傳送帶21的移動(dòng)而供給的記錄紙張25上，在記錄紙張25上形成各色色調(diào)劑疊加而成的合成色調(diào)劑圖像。

其后，靜電轉(zhuǎn)印了合成色調(diào)劑圖像的記錄紙張25被傳送到定影器24。傳送到定影器24的記錄紙張25上的合成色調(diào)劑圖像被定影器24進(jìn)行了利用熱和壓力的定影處理，被定影到記錄紙張25上，從圖像形成裝置1中排出。

(打印頭14)

圖2是示出打印頭14的結(jié)構(gòu)的一例的剖面圖。作為曝光單元的一例的打印頭14具備：殼體61；作為發(fā)光單元的一例的發(fā)光裝置65，其具備光源部63，該光源部63具備對(duì)感光鼓12進(jìn)行曝光的多個(gè)發(fā)光元件(在第一實(shí)施方式中，是作為發(fā)光元件的一例的發(fā)光二極管led)；以及作為光學(xué)單元的一例的棒狀透鏡陣列64，其將從光源部63射出的光成像到感光鼓12的表面。

發(fā)光裝置65具備上述的光源部63、搭載驅(qū)動(dòng)光源部63的信號(hào)發(fā)生電路110(參照后述的圖3)等的電路基板62。

殼體61例如由金屬形成，支承電路基板62和棒狀透鏡陣列64，按照使光源部63的發(fā)光元件的發(fā)光面成為棒狀透鏡陣列64的焦平面的方式進(jìn)行設(shè)定。另外，棒狀透鏡陣列64沿著感光鼓12的軸向(其為主掃描方向，是后述的圖3、圖4的(b)的x方向)進(jìn)行配置。

(發(fā)光裝置65)

圖3是發(fā)光裝置65的一例的俯視圖。

在圖3中例示的發(fā)光裝置65中，光源部63具有如下構(gòu)成：在電路基板62上，40個(gè)作為發(fā)光部件的一例的發(fā)光芯片c1～c40(在不區(qū)分的情況下，記為發(fā)光芯片c)在作為主掃描方向的x方向上曲折交錯(cuò)地排列成兩行。發(fā)光芯片c1～c40的結(jié)構(gòu)可以相同。

在本說明書中，使用“～”表示用編號(hào)彼此區(qū)分的多個(gè)構(gòu)成要件，并且包括“～”前后所記載的編號(hào)以及其間的編號(hào)的元件。例如，發(fā)光芯片c1～c40包括從發(fā)光芯片c1按編號(hào)順序一直到發(fā)光芯片c40。

另外，在第一實(shí)施方式中，作為發(fā)光芯片c的數(shù)量，使用合計(jì)40個(gè)發(fā)光芯片，但并不限定于此。

并且，發(fā)光裝置65搭載驅(qū)動(dòng)光源部63的信號(hào)發(fā)生電路110。信號(hào)發(fā)生電路110由例如集成電路(ic)等構(gòu)成。另外，發(fā)光裝置65也可以不搭載信號(hào)發(fā)生電路110。此時(shí)，信號(hào)發(fā)生電路110被設(shè)在發(fā)光裝置65的外部，經(jīng)電纜等供給控制發(fā)光芯片c的控制信號(hào)等。此處，設(shè)為發(fā)光裝置65具備信號(hào)發(fā)生電路110而進(jìn)行說明。

關(guān)于發(fā)光芯片c的排列的詳細(xì)內(nèi)容在下文敘述。

圖4是示出發(fā)光芯片c的結(jié)構(gòu)、發(fā)光裝置65的信號(hào)發(fā)生電路110的結(jié)構(gòu)和電路基板62上的布線(線)的結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖4的(a)表示發(fā)光芯片c的結(jié)構(gòu)，圖4的(b)表示發(fā)光裝置65的信號(hào)發(fā)生電路110的結(jié)構(gòu)和電路基板62上的布線(線)的結(jié)構(gòu)。另外，在圖4的(b)中，示出了發(fā)光芯片c1～c40中的發(fā)光芯片c1～c9的部分。

首先，對(duì)圖4的(a)所示的發(fā)光芯片c的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

發(fā)光芯片c具備發(fā)光部102，發(fā)光部102的結(jié)構(gòu)中包含多個(gè)發(fā)光元件(在第一實(shí)施方式中為發(fā)光二極管led1～led128(在不區(qū)分的情況下，記為發(fā)光二極管led))，在表面形狀為矩形的襯底80的表面上，在接近一個(gè)長(zhǎng)邊的一側(cè)沿著長(zhǎng)邊呈線狀設(shè)置上述多個(gè)發(fā)光元件。此外，發(fā)光芯片c在襯底80表面的長(zhǎng)邊方向的兩端部具有用于接收各種控制信號(hào)等的多個(gè)作為焊接焊盤的端子(端子、端子、vga端子、端子)。另外，這些端子從襯底80的一端部按照端子、端子的順序設(shè)置，從襯底80的另一端部按照vga端子、端子的順序設(shè)置。并且，發(fā)光部102被設(shè)置在端子與端子之間。此外，在襯底80的背面設(shè)置作為vsub端子的背面電極91(參照后述的圖6)。

另外，“線狀”并不限于多個(gè)發(fā)光元件如圖4的(a)所示那樣在一條直線上排列的情況，多個(gè)發(fā)光元件中的各發(fā)光元件也可以為在與直線方向垂直的方向上具有相互不同的偏移量來進(jìn)行排列的狀態(tài)。例如，在將發(fā)光元件的發(fā)光面(后述圖6中的發(fā)光二極管led的區(qū)域311)設(shè)為像素時(shí)，各發(fā)光元件可以在與直線方向垂直的方向上以幾個(gè)像素或幾十個(gè)像素的偏移量進(jìn)行配置。另外，可以在相鄰的發(fā)光元件間交替呈之字狀配置、或者可以每多個(gè)發(fā)光元件呈之字狀配置。

接著利用圖4的(b)對(duì)發(fā)光裝置65的信號(hào)發(fā)生電路110的結(jié)構(gòu)和電路基板62上的布線(線)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

如上所述，在發(fā)光裝置65的電路基板62上搭載信號(hào)發(fā)生電路110和發(fā)光芯片c1～c40，設(shè)置將信號(hào)發(fā)生電路110和發(fā)光芯片c1～c40連接的布線(線)。

首先，對(duì)信號(hào)發(fā)生電路110的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

在信號(hào)發(fā)生電路110中，利用圖像輸出控制部30和圖像處理部40(參照?qǐng)D1)輸入圖像處理后的圖像數(shù)據(jù)和各種控制信號(hào)。信號(hào)發(fā)生電路110基于這些圖像數(shù)據(jù)和各種控制信號(hào)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的排序、光量的校正等。

并且，信號(hào)發(fā)生電路110具備傳輸信號(hào)發(fā)生部120，其基于各種控制信號(hào)向發(fā)光芯片c1～c40發(fā)送第一傳輸信號(hào)第二傳輸信號(hào)

另外，信號(hào)發(fā)生電路110具備點(diǎn)亮信號(hào)發(fā)生部140，其基于各種控制信號(hào)向發(fā)光芯片c1～c40分別發(fā)送點(diǎn)亮信號(hào)(在不區(qū)分的情況下，記為點(diǎn)亮信號(hào))。

另外，信號(hào)發(fā)生電路110具備：基準(zhǔn)電位供給部160，其向發(fā)光芯片c1～c40供給作為電位基準(zhǔn)的基準(zhǔn)電位vsub；電源電位供給部170，其供給用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光芯片c1～c40的電源電位vga。

接著對(duì)發(fā)光芯片c1～c40的排列進(jìn)行說明。

奇數(shù)編號(hào)的發(fā)光芯片c1、c3、c5、…在各襯底80的長(zhǎng)邊方向上隔著間隔排列成一列。偶數(shù)編號(hào)的發(fā)光芯片c2、c4、c6、…也同樣地在各襯底80的長(zhǎng)邊方向上隔著間隔排列成一列。并且，奇數(shù)編號(hào)的發(fā)光芯片c1、c3、c5、…和偶數(shù)編號(hào)的發(fā)光芯片c2、c4、c6、…按照設(shè)置在發(fā)光芯片c的發(fā)光部102側(cè)的長(zhǎng)邊相對(duì)的方式在相互旋轉(zhuǎn)180°的狀態(tài)下曲折交錯(cuò)地排列。并且，在發(fā)光芯片c之間也按照發(fā)光元件在主掃描方向(x方向)上以預(yù)定間隔排列的方式進(jìn)行位置設(shè)定。另外，在圖4的(b)的發(fā)光芯片c1～c40中，圖4的(a)所示的發(fā)光部102的發(fā)光元件的排列(在第一實(shí)施方式中為發(fā)光二極管led1～led128的編號(hào)順序)方向用箭頭表示。

對(duì)于連接信號(hào)發(fā)生電路110與發(fā)光芯片c1～c40的布線(線)進(jìn)行說明。

在電路基板62上設(shè)置電源線200a，其與設(shè)置在發(fā)光芯片c的襯底80的背面的作為vsub端子的背面電極91(參照后述的圖6)連接，供給基準(zhǔn)電位vsub。

并且，在電路基板62上設(shè)置電源線200b，其與設(shè)置在發(fā)光芯片c上的vga端子連接，供給用于驅(qū)動(dòng)的電源電位vga。

在電路基板62上設(shè)有用于從信號(hào)發(fā)生電路110的傳輸信號(hào)發(fā)生部120向發(fā)光芯片c1～c40的端子發(fā)送第一傳輸信號(hào)的第一傳輸信號(hào)線201、用于向發(fā)光芯片c1～c40的端子發(fā)送第二傳輸信號(hào)的第二傳輸信號(hào)線202。第一傳輸信號(hào)第二傳輸信號(hào)被共同(并行)地發(fā)送到發(fā)光芯片c1～c40。

另外，在電路基板62上設(shè)有點(diǎn)亮信號(hào)線204-1～204-40(在不區(qū)分的情況下，記為點(diǎn)亮信號(hào)線204)，其經(jīng)各限流電阻ri從信號(hào)發(fā)生電路110的點(diǎn)亮信號(hào)發(fā)生部140向各發(fā)光芯片c1～c40的各端子發(fā)送點(diǎn)亮信號(hào)

如以上所說明，向電路基板62上的全部發(fā)光芯片c1～c40共同地供給基準(zhǔn)電位vsub、電源電位vga。第一傳輸信號(hào)第二傳輸信號(hào)也共同(并列)地發(fā)送到發(fā)光芯片c1～c40。另一方面，點(diǎn)亮信號(hào)分別單獨(dú)地發(fā)送到發(fā)光芯片c1～c40。

(發(fā)光芯片c)

圖5是說明第一實(shí)施方式的搭載有自掃描發(fā)光元件陣列(sled：self-scanninglightemittingdevice)的發(fā)光芯片c的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。除了端子(端子、端子、vga端子、端子)以外，以下所說明的各元件基于發(fā)光芯片c上的布局(參照后述的圖6)進(jìn)行配置。另外，端子(端子、端子、vga端子、端子)的位置與圖4的(a)不同，但為了說明與信號(hào)發(fā)生電路110之間的連接關(guān)系而在圖中左端示出。并且，設(shè)于襯底80背面的vsub端子被引出到襯底80外來示出。

此處，在與信號(hào)發(fā)生電路110的關(guān)系中，以發(fā)光芯片c1為例對(duì)發(fā)光芯片c進(jìn)行說明。此處，在圖5中，將發(fā)光芯片c記為發(fā)光芯片c1(c)。其他發(fā)光芯片c2～c40的結(jié)構(gòu)與發(fā)光芯片c1相同。

發(fā)光芯片c1(c)具備由發(fā)光二極管led1～led128構(gòu)成的發(fā)光部102(參照?qǐng)D4的(a))。

并且，發(fā)光芯片c1(c)具備置位晶閘管s1～s128(在不區(qū)分的情況下，記為置位晶閘管s)。發(fā)光二極管led1～led128和置位晶閘管s1～s128中，相同編號(hào)的發(fā)光二極管led與置位晶閘管s串聯(lián)連接。

另外，如后述的圖6的(b)所示，在襯底80上以線狀排列的置位晶閘管s上層疊發(fā)光二極管led。由此，發(fā)光二極管led1～led128也以線狀排列。

并且，發(fā)光芯片c1(c)具備與發(fā)光二極管led1～led128、置位晶閘管s1～s128同樣地以線狀排列的傳輸晶閘管t1～t128(在不區(qū)分的情況下，記為傳輸晶閘管t)。

另外，在此，作為傳輸元件的一例，使用傳輸晶閘管t進(jìn)行了說明，但只要為依次成為導(dǎo)通狀態(tài)的元件，也可以使用其他電路元件，例如可以使用移位寄存器或多個(gè)晶體管組合而成的電路元件。

另外，發(fā)光芯片c1(c)中，傳輸晶閘管t1～t128分別依編號(hào)順序?qū)蓚€(gè)組對(duì)，在各對(duì)之間具備耦合二極管d1～d127(在不區(qū)分的情況下，記為耦合二極管d)。

此外，發(fā)光芯片c1(c)具備電源線電阻rg1～rg128(在不區(qū)分的情況下，記為電源線電阻rg)。

另外，發(fā)光芯片c1(c)具備一個(gè)啟動(dòng)二極管sd。并且具備限流電阻r1、r2，該限流電阻r1、r2是為了防止后述的發(fā)送第一傳輸信號(hào)的第一傳輸信號(hào)線72和發(fā)送第二傳輸信號(hào)的第二傳輸信號(hào)線73中流過過剩的電流而設(shè)置的。

在此，傳輸部101由置位晶閘管s1～s128、傳輸晶閘管t1～t128、電源線電阻rg1～rg128、耦合二極管d1～d127、啟動(dòng)二極管sd、限流電阻r1、r2構(gòu)成。

發(fā)光部102的發(fā)光二極管led1～led128、傳輸部101的置位晶閘管s1～s128、傳輸晶閘管t1～t128在圖5中從左側(cè)起依編號(hào)順序排列。此外，耦合二極管d1～d127、電源線電阻rg1～rg128也從圖中左側(cè)起依編號(hào)順序排列。

并且，在圖5中，從上起依傳輸部101、發(fā)光部102的順序排列。

在第一實(shí)施方式中，發(fā)光部102中的發(fā)光二極管led、傳輸部101中的置位晶閘管s、傳輸晶閘管t、電源線電阻rg分別為128個(gè)。另外，耦合二極管d的數(shù)量比傳輸晶閘管t的數(shù)量少1個(gè)，為127個(gè)。

發(fā)光二極管led等的數(shù)量并不限定于上述數(shù)量，只要為預(yù)定的數(shù)量即可。并且，傳輸晶閘管t的數(shù)量可以大于發(fā)光二極管led的數(shù)量。

上述的發(fā)光二極管led是具備陽極端子(陽極)和陰極端子(陰極)這兩個(gè)端子的半導(dǎo)體元件，晶閘管(置位晶閘管s、傳輸晶閘管t)是具有陽極端子(陽極)、柵極端子(柵極)和陰極端子(陰極)這三個(gè)端子的半導(dǎo)體元件，耦合二極管d1和啟動(dòng)二極管sd是具備陽極端子(陽極)和陰極端子(陰極)這兩個(gè)端子的半導(dǎo)體元件。

另外，如下文所述，發(fā)光二極管led、晶閘管(置位晶閘管s、傳輸晶閘管t)、耦合二極管d1和啟動(dòng)二極管sd有時(shí)不一定具備以電極形式構(gòu)成的陽極端子、柵極端子、陰極端子。因此，在下文中，有時(shí)省略端子而以()內(nèi)來記載。

接著對(duì)發(fā)光芯片c1(c)中的各元件的電連接進(jìn)行說明。

傳輸晶閘管t、置位晶閘管s各自的陽極與發(fā)光芯片c1(c)的襯底80連接(公共陽極)。

并且，這些陽極經(jīng)由設(shè)置在襯底80背面的作為vsub端子的背面電極91(參照后述的圖6的(b))與電源線200a(參照?qǐng)D4的(b))連接。該電源線路200a由基準(zhǔn)電位供給部160供給基準(zhǔn)電位vsub。

另外，該連接為使用p型襯底80時(shí)的結(jié)構(gòu)，在使用n型襯底的情況下，極性相反，在使用未添加雜質(zhì)的本質(zhì)(i)型襯底的情況下，在襯底的設(shè)有傳輸部101和發(fā)光部102的一側(cè)設(shè)置有與供給基準(zhǔn)電位vsub的電源線200a連接的端子。

沿著傳輸晶閘管t的排列，奇數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t1、t3、…的陰極與第一傳輸信號(hào)線72連接。并且，第一傳輸信號(hào)線72經(jīng)限流電阻r1與端子連接。第一傳輸信號(hào)線201(參照?qǐng)D4的(b))與該端子連接，第一傳輸信號(hào)從傳輸信號(hào)發(fā)生部120被發(fā)送到該端子。

另一方面，沿著傳輸晶閘管t的排列，偶數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t2、t4、…的陰極與第二傳輸信號(hào)線73連接。并且，第二傳輸信號(hào)線73經(jīng)限流電阻r2與端子連接。第二傳輸信號(hào)線202(參照?qǐng)D4的(b))與該端子連接，第二傳輸信號(hào)從傳輸信號(hào)發(fā)生部120被發(fā)送到該端子。

發(fā)光二極管led1～led128的陰極與點(diǎn)亮信號(hào)線75連接。點(diǎn)亮信號(hào)線75與端子連接。在發(fā)光芯片c1中，端子經(jīng)由設(shè)置在發(fā)光芯片c1(c)的外側(cè)的限流電阻ri與點(diǎn)亮信號(hào)線204-1連接，點(diǎn)亮信號(hào)從點(diǎn)亮信號(hào)發(fā)生部140被發(fā)送到端子(參照?qǐng)D4的(b))。點(diǎn)亮信號(hào)供給用于點(diǎn)亮發(fā)光二極管led1～led128的電流。另外，點(diǎn)亮信號(hào)線204-2～204-40分別經(jīng)由限流電阻ri連接到其他發(fā)光芯片c2～c40的端子，點(diǎn)亮信號(hào)從點(diǎn)亮信號(hào)發(fā)生部140被發(fā)送到這些端子(參照?qǐng)D4的(b))。

傳輸晶閘管t1～t128的各柵極gt1～gt128(在不區(qū)分的情況下，記為柵極gt)與相同編號(hào)的置位二極管s1～s128的柵極gs1～gs128(在不區(qū)分的情況下，記為柵極gs)以一對(duì)一的方式連接。由此，柵極gt1～gt128與柵極gs1～gs128中，相同編號(hào)的柵極為同電位。從而，例如記載為柵極gt1(柵極gs1)，表示電位相同。

傳輸晶閘管t1～t128的各柵極gt1～gt128依編號(hào)順序?qū)⒚績(jī)蓚€(gè)組對(duì)，在每?jī)蓚€(gè)組對(duì)而成的一對(duì)柵極gt之間分別連接耦合二極管d1～d127。即，耦合二極管d1～d127按照分別被夾在各柵極gt1～gt128之間的方式進(jìn)行串聯(lián)連接。并且，耦合二極管d1的方向是電流從柵極gt1流向柵極gt2的方向。對(duì)于其他耦合二極管d2～d127也是同樣的。

傳輸晶閘管t的柵極gt(柵極gs)經(jīng)由與各傳輸晶閘管t對(duì)應(yīng)設(shè)置的電源線電阻rg與電源線71連接。電源線71與vga端子連接。電源線200b(參照?qǐng)D4的(b))與vga端子連接，電源電位vga從電源電位供給部170被供給到vga端子。

并且，傳輸晶閘管t1的柵極gt1與啟動(dòng)二極管sd的陰極端子連接。另一方面，啟動(dòng)二極管sd的陽極與第二傳輸信號(hào)線73連接。

圖6是第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的平面布局圖和剖面圖的一例。圖6的(a)是發(fā)光芯片c的平面布局圖，圖6的(b)是圖6的(a)的vib-vib線剖面圖。由于在此未示出發(fā)光芯片c與信號(hào)發(fā)生電路110的連接關(guān)系，因而不需要以發(fā)光芯片c1為例。因此記為發(fā)光芯片c。

在圖6的(a)中，示出了以發(fā)光二極管led1～led4、置位晶閘管s1～s4、傳輸晶閘管t1～t4為中心的部分。另外，端子(端子、端子、vga端子、端子)的位置與圖4的(a)中不同，但為了便于說明，在圖中左端部示出。并且，設(shè)于襯底80背面的vsub端子(背面電極91)被引出到襯底80外來示出。若與圖4的(a)對(duì)應(yīng)地設(shè)置端子，則端子、端子、限流電阻r2被設(shè)置在襯底80的右端部。另外，啟動(dòng)二極管sd可以設(shè)置在襯底80的右端部。

圖6的(b)是圖6的(a)的vib-vib線剖面圖，在該圖6的(b)中，從圖中下方起示出了發(fā)光二極管led1/置位晶閘管s1、傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1和電源線電阻rg1。另外，使發(fā)光二極管led1與置位晶閘管s1層疊。

并且，在圖6的(a)、(b)的圖中，將主要的元件和端子用名字來記載。

首先利用圖6的(b)對(duì)發(fā)光芯片c的截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

在p型襯底80(襯底80)上依序設(shè)置p型陽極層81(p陽極層81)、n型柵極層82(n柵極層82)、p型柵極層83(p柵極層83)和n型陰極層84(n陰極層84)。另外，在下文中，使用()內(nèi)的記載。在其他情況下也是同樣的。

并且，在n陰極層84上設(shè)置隧道結(jié)(隧道二極管)層85。

進(jìn)一步，在隧道結(jié)層85上設(shè)置p型陽極層86(p陽極層86)、發(fā)光層87、n型陰極層88(n陰極層88)。

并且，在發(fā)光二極管led1上設(shè)置光射出口保護(hù)層89，其由對(duì)于發(fā)光二極管led所射出的光具有透光性的絕緣材料構(gòu)成。

并且，如圖6的(b)所示，在發(fā)光芯片c上設(shè)置保護(hù)層90，該保護(hù)層90按照覆蓋這些島的表面和側(cè)面的方式設(shè)置，并由透光性的絕緣材料構(gòu)成。并且，這些島與電源線71、第一傳輸信號(hào)線72、第二傳輸信號(hào)線73、點(diǎn)亮信號(hào)線75等的布線經(jīng)由設(shè)置在保護(hù)層90上的通孔(在圖6的(a)中以○表示)進(jìn)行連接。在以下的說明中，省略對(duì)于保護(hù)層90和通孔的說明。

另外，如圖6的(b)所示，在襯底80的背面設(shè)置作為vsub端子的背面電極91。

p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結(jié)層85、p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88分別為半導(dǎo)體層，通過外延生長(zhǎng)依次層疊。并且，將島間的半導(dǎo)體層通過蝕刻(平臺(tái)蝕刻)除去以使它們成為相互隔離的多個(gè)島(island)(后述的島301、302、303、…)。另外，p陽極層81可以被隔離、也可以不被隔離。在圖6的(b)中，p陽極層81在厚度方向上有一部分被隔離。另外，p陽極層81也可以兼作襯底80。

使用p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83和n陰極層84構(gòu)成置位晶閘管s、傳輸晶閘管t、耦合二極管d、電源線電阻rg等(在圖6的(b)中為置位晶閘管s1、傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1、電源線電阻rg1)。

在此，p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84的記載與構(gòu)成置位晶閘管s和傳輸晶閘管t的情況下的功能(作用)相對(duì)應(yīng)。即，p陽極層81起到陽極的作用、n柵極層82和p柵極層83起到柵極的作用、n陰極層84起到陰極的作用。在構(gòu)成耦合二極管d、電源線電阻rg的情況下，如下文所述發(fā)揮出不同的功能(作用)。

發(fā)光二極管led(在圖6的(b)中為發(fā)光二極管led1)由p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88構(gòu)成。

并且，p陽極層86、n陰極層88的記載也同樣地與構(gòu)成發(fā)光二極管led的情況下的功能(作用)相對(duì)應(yīng)。即，p陽極層86起到陽極的作用、n陰極層88起到陰極的作用。

如下文所說明，多個(gè)島包括不具備p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結(jié)層85、p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88的多個(gè)層中的一部分層的情況。例如，島302不具備隧道結(jié)層85的一部分或全部、p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88。

另外，多個(gè)島包括不具備層的一部分的情況。例如，島302具備p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84，但僅具備n陰極層84的一部分。

其次，利用圖6的(a)對(duì)發(fā)光芯片c的平面布局進(jìn)行說明。

在島301中設(shè)置有置位晶閘管s1和發(fā)光二極管led1。在島302中設(shè)置有傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1。在島303中設(shè)置有電源線電阻rg1。在島304中設(shè)置有啟動(dòng)二極管sd。在島305中設(shè)置有限流電阻r1、在島306中設(shè)置有限流電阻r2。

并且，在發(fā)光芯片c中，并列地形成多個(gè)與島301、302、303同樣的島。在這些島中，置位晶閘管s2、s3、s4、…、發(fā)光二極管led2、led3、led4、…、傳輸晶閘管t2、t3、t4、…、耦合二極管d2、d3、d4、…等與島301、302、303同樣地進(jìn)行設(shè)置。

此處，通過圖6的(a)、圖6的(b)對(duì)島301～島306進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖6的(a)所示，在島301中設(shè)置有置位晶閘管s1和發(fā)光二極管led1。

置位晶閘管s1由p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84構(gòu)成。并且，將在通過去除n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85、n陰極層84而露出的p柵極層83上設(shè)置的p型歐姆電極331(p-歐姆電極331)作為柵極gs1的電極(有時(shí)記為柵極端子gs1)。

另一方面，發(fā)光二極管led1由p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88構(gòu)成。發(fā)光二極管led1隔著隧道結(jié)層85而層疊在置位晶閘管s1的n陰極層84上。并且，將設(shè)置在n陰極層88(區(qū)域311)上的n型歐姆電極321(n-歐姆電極321)作為陰極電極。

另外，在p陽極層86中包含電流狹窄層86b(參照后述的圖7)。電流狹窄層86b是為了將流過發(fā)光二極管led的電流限制在發(fā)光二極管led的中央部而設(shè)置的。即，在發(fā)光二極管led的周邊部，由于平臺(tái)蝕刻所引起的缺陷多。因此，容易引起非發(fā)光復(fù)合。于是，按照發(fā)光二極管led的中央部成為容易流過電流的電流通過部α、周邊部成為不容易流過電流的電流阻止部β的方式來設(shè)置電流狹窄層86b。如圖6的(a)的發(fā)光二極管led1所示，虛線的內(nèi)側(cè)為電流通過部α、虛線的外側(cè)為電流阻止部β。

為了從發(fā)光二極管led1的中央部取出光，n-歐姆電極321按照中央部為開口的方式被設(shè)置在發(fā)光二極管led1的周邊部。

另外，關(guān)于電流狹窄層86b在下文敘述。

由于在設(shè)置電流狹窄層86b時(shí)可抑制非發(fā)光復(fù)合中所消耗的電力，因而低消耗電力化和光取出效率提高。另外，光取出效率是指在每單位電力時(shí)能夠取出的光量。

在島302中設(shè)置傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1。

傳輸晶閘管t1由p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84構(gòu)成。即，將在通過去除n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85而露出的n陰極層84(區(qū)域313)上或隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a上設(shè)置的n-歐姆電極323作為陰極端子。另外，可以不去除隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a而在隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a上設(shè)置n-歐姆電極323。此外，將在通過除去n陰極層84而露出的p柵極層83上設(shè)置的p-歐姆電極332作為柵極gt1的端子(有時(shí)記為柵極端子gt1)。

同樣地，設(shè)置在島302的耦合二極管d1由p柵極層83、n陰極層84構(gòu)成。即，將在通過去除n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85中的一部分或全部而露出的n陰極層84(區(qū)域314)上設(shè)置的n-歐姆電極324作為陰極端子。另外，可以不去除隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a而在隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a上設(shè)置n-歐姆電極324。此外，將在通過去除n陰極層84而露出的p柵極層83上設(shè)置的p-歐姆電極332作為陽極端子。在此，耦合二極管d1的陽極端子與柵極gt1(柵極端子gt1)相同。

在島303中設(shè)置的電源線電阻rg1由p柵極層83構(gòu)成。在此，將在通過去除n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85、n陰極層84而露出的p柵極層83上設(shè)置的p-歐姆電極333與p-歐姆電極334之間的p柵極層83設(shè)為電阻。

在島304中設(shè)置的啟動(dòng)二極管sd由p柵極層83、n陰極層84構(gòu)成。即，將在通過去除n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85而露出的n陰極層84(區(qū)域315)上設(shè)置的n-歐姆電極325作為陰極端子。另外，可以不去除隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a而在隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a上設(shè)置n-歐姆電極325。此外，將在通過去除n陰極層84而露出的p柵極層83上設(shè)置的p-歐姆電極335作為陽極端子。

在島305中設(shè)置的限流電阻r1、在島306中設(shè)置的限流電阻r2與在島303中設(shè)置的電源線電阻rg1同樣地設(shè)置，分別將兩個(gè)p-歐姆電極(沒有附圖標(biāo)記)間的p柵極層83作為電阻。

在圖6的(a)中，對(duì)各元件間的連接關(guān)系進(jìn)行說明。

點(diǎn)亮信號(hào)線75具備主干部75a和多個(gè)分支部75b。主干部75a按照在發(fā)光二極管led的列方向延伸的方式設(shè)置。分支部75b從主干部75a分支出，與島301中設(shè)置的作為發(fā)光二極管led1的陰極端子的n-歐姆電極321連接。其他發(fā)光二極管led的陰極端子也是同樣的。

點(diǎn)亮信號(hào)線75與設(shè)置在發(fā)光二極管led1側(cè)的端子連接。

第一傳輸信號(hào)線72與島302中設(shè)置的作為傳輸晶閘管t1的陰極端子的n-歐姆電極323連接。第一傳輸信號(hào)線72與設(shè)置在與島302同樣的島中的其他奇數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t的陰極端子連接。第一傳輸信號(hào)線72經(jīng)由設(shè)置在島305中的限流電阻r1與端子連接。

另一方面，第二傳輸信號(hào)線73與設(shè)置在沒有附圖標(biāo)記的島中的作為偶數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t的陰極端子的n-歐姆電極(沒有附圖標(biāo)記)連接。第二傳輸信號(hào)線73經(jīng)由設(shè)置在島306中的限流電阻r2與端子連接。

電源線71與作為設(shè)置在島303中的電源線電阻rg1的一個(gè)端子的p-歐姆電極334連接。其他電源線電阻rg的一個(gè)端子也與電源線71連接。電源線71與vga端子連接。

并且，設(shè)置在島301中的發(fā)光二極管led1的p-歐姆電極331(柵極端子gs1)經(jīng)連接布線76連接到島302的p-歐姆電極332(柵極端子gt1)。

并且，p-歐姆電極332(柵極端子gt1)經(jīng)連接布線77連接到島303的p-歐姆電極333(電源線電阻rg1的另一個(gè)端子)。

設(shè)置在島302中的n-歐姆電極324(耦合二極管d1的陰極端子)經(jīng)連接布線79連接到作為相鄰的傳輸晶閘管t2的柵極端子gt2的p型歐姆電極(沒有附圖標(biāo)記)。

對(duì)于其他發(fā)光二極管led、置位晶閘管s、傳輸晶閘管t、耦合二極管d等也是同樣的，但在此省略說明。

島302的p-歐姆電極332(柵極端子gt1)經(jīng)連接布線78連接到設(shè)置在島304中的n-歐姆電極325(啟動(dòng)二極管sd的陰極端子)。p-歐姆電極335(啟動(dòng)二極管sd的陽極端子)連接到第二傳輸信號(hào)線73。

另外，上述的連接和結(jié)構(gòu)為使用p型襯底80時(shí)的連接和結(jié)構(gòu)，在使用n型襯底的情況下，極性相反。另外，在使用i型襯底的情況下，在襯底的設(shè)有傳輸部101和發(fā)光部102的一側(cè)設(shè)置與供給基準(zhǔn)電位vsub的電源線200a連接的端子。并且，連接以及結(jié)構(gòu)與使用p型襯底的情況、使用n型襯底的情況中的任一情況是同樣的。

(置位晶閘管s與發(fā)光二極管led的層疊結(jié)構(gòu))

圖7是置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。另外，圖中省略光射出口保護(hù)層89和保護(hù)層90。在下文中相同。

如上所述，在置位晶閘管s上經(jīng)隧道結(jié)層85層疊發(fā)光二極管led。即，置位晶閘管s與發(fā)光二極管led串聯(lián)連接。

置位晶閘管s由p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84構(gòu)成。即為pnpn的4層結(jié)構(gòu)。

隧道結(jié)層85由高濃度添加(摻雜)了n型雜質(zhì)(摻雜劑)的n⁺⁺層85a和高濃度添加了p型雜質(zhì)的p⁺⁺層85b構(gòu)成。

發(fā)光二極管led由p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88構(gòu)成。另外，發(fā)光層87為阱(well)層與勢(shì)壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結(jié)構(gòu)。另外，發(fā)光層87也可以為未添加雜質(zhì)的本質(zhì)(i)層。另外，發(fā)光層87可以為量子阱結(jié)構(gòu)以外，例如可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點(diǎn))。

并且，p陽極層86由層疊的下側(cè)p層86a、電流狹窄層86b和上側(cè)p層86c構(gòu)成。電流狹窄層86b由電流通過部α和電流阻止部β構(gòu)成。如圖6的(a)所示，電流通過部α設(shè)置在發(fā)光二極管led的中央部，電流阻止部β設(shè)置在發(fā)光二極管led的周邊部。

<隧道結(jié)層85>

圖8是進(jìn)一步說明置位晶閘管s與發(fā)光二極管led的層疊結(jié)構(gòu)的圖。圖8的(a)是置位晶閘管s與發(fā)光二極管led的層疊結(jié)構(gòu)中的示意性能帶圖，圖8的(b)是隧道結(jié)層85的反向偏壓狀態(tài)下的能帶圖，圖8的(c)示出隧道結(jié)層85的電流電壓特性。

如圖8的(a)的能帶圖所示，在圖7的n-歐姆電極321與背面電極91之間按照發(fā)光二極管led和置位晶閘管s呈正向偏壓的方式施加電壓時(shí)，隧道結(jié)層85的n⁺⁺層85a與p⁺⁺層85b之間呈反向偏壓。

隧道結(jié)層85(隧道結(jié))是高濃度添加了n型雜質(zhì)的n⁺⁺層85a與高濃度添加了p型雜質(zhì)的p⁺⁺層85b的接合。因此，在耗盡區(qū)的寬度窄、被正向偏壓時(shí)，電子從n⁺⁺層85a側(cè)的傳導(dǎo)帶(conductionband)隧穿到p⁺⁺層85b側(cè)的價(jià)電子帶(valenceband)。此時(shí)，表現(xiàn)出負(fù)性電阻特性。

另一方面，如圖8的(b)所示，在隧道結(jié)層85(隧道結(jié))呈反向偏壓(-v)時(shí)，p⁺⁺層85b側(cè)的價(jià)電子帶(valenceband)的電位ev高于n⁺⁺層85a側(cè)的傳導(dǎo)帶(conductionband)的電位ec。并且，電子從p⁺⁺層85b的價(jià)電子帶(valenceband)隧穿到n⁺⁺層85a側(cè)的傳導(dǎo)帶(conductionband)。并且，反向偏壓電壓(-v)越增加，電子越容易隧穿。即，如圖8的(c)所示，隧道結(jié)層85(隧道結(jié))在反向偏壓時(shí)容易流過電流。

從而，如圖8的(a)所示，在置位晶閘管s導(dǎo)通時(shí)，即使隧道結(jié)層85為反向偏壓，電流也流過置位晶閘管s與發(fā)光二極管led之間。由此，發(fā)光二極管led發(fā)光(點(diǎn)亮)。

在此，置位晶閘管s成為所連接的傳輸晶閘管t導(dǎo)通而成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)能夠轉(zhuǎn)移至導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)。并且，在點(diǎn)亮信號(hào)處于“l(fā)o”時(shí)，置位晶閘管s導(dǎo)通而成為導(dǎo)通狀態(tài)、同時(shí)發(fā)光二極管led被點(diǎn)亮(設(shè)定點(diǎn)亮)。從而，在本說明書中，記為“置位晶閘管”。

<晶閘管>

接著對(duì)晶閘管(傳輸晶閘管t、置位晶閘管s)的基本動(dòng)作進(jìn)行說明。如上所述，晶閘管為具有陽極端子(陽極)、陰極端子(陰極)、柵極端子(柵極)這三個(gè)端子的半導(dǎo)體元件，例如為將基于gaas、gaalas、alas等的p型半導(dǎo)體層(p陽極層81、p柵極層83)、n型半導(dǎo)體層(n柵極層82、n陰極層84)層疊在襯底80上而成的結(jié)構(gòu)。即，晶閘管呈pnpn結(jié)構(gòu)。在此將由p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層構(gòu)成的pn結(jié)的正向電位(擴(kuò)散電位)vd為1.5v作為一例進(jìn)行說明。

在下文中，作為一例，對(duì)于供給到作為vsub端子的背面電極91(參照?qǐng)D5、圖6)的基準(zhǔn)電位vsub為0v的高電平電位(下文中記為“h”)、供給到vga端子的電源電位vga為-3.3v的低電平電位(下文中記為“l(fā)”)來進(jìn)行說明。

晶閘管的陽極設(shè)為供給到背面電極91的基準(zhǔn)電位vsub(“h”(0v))。

對(duì)于在陽極與陰極之間不流過電流的截止?fàn)顟B(tài)的晶閘管，當(dāng)?shù)陀陂撝惦妷旱碾娢?絕對(duì)值更高的負(fù)電位)被施加到陰極時(shí)，切換到導(dǎo)通狀態(tài)(導(dǎo)通)。此處，晶閘管的閾值電壓是從柵極的電位減去pn結(jié)的正向電位vd(1.5v)而得到的值。

在成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，晶閘管的柵極的電位接近陽極端子的電位。在此，由于陽極被設(shè)定成基準(zhǔn)電位vsub(“h”(0v))，因而柵極呈0v(“h”)。另外，導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管的陰極的電位接近從陽極的電位減去pn結(jié)的正向電位vd(1.5v)而得到的電位。在此，由于陽極被設(shè)定成基準(zhǔn)電位vsub(“h”(0v))，因而導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管的陰極的電位接近-1.5v(絕對(duì)值大于1.5v的負(fù)電位)。另外，陰極的電位根據(jù)與向?qū)顟B(tài)的晶閘管供給電流的電源的關(guān)系來設(shè)定。

對(duì)于導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管來說，在陰極的電位高于為了維持導(dǎo)通狀態(tài)所需要的電位(接近上述-1.5v的電位)時(shí)(陰極的電位為絕對(duì)值小的負(fù)電位、0v或正電位)，導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管切換到截止?fàn)顟B(tài)(截止)。

另一方面，在對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)的晶閘管的陰極繼續(xù)施加電位且所施加的電位低于為了維持導(dǎo)通狀態(tài)所需要的電位(繼續(xù)施加的電位為絕對(duì)值較大的負(fù)電位)、供給可維持導(dǎo)通狀態(tài)的電流(維持電流)時(shí)，晶閘管維持導(dǎo)通狀態(tài)。

置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊，進(jìn)行串聯(lián)連接。由此，施加到置位晶閘管s的陰極(n陰極層84)的電壓是點(diǎn)亮信號(hào)的電位被置位晶閘管s和發(fā)光二極管led分壓后的電壓。在此，假定施加到發(fā)光二極管led的電壓為-1.7v來進(jìn)行說明。并且，在置位晶閘管s為截止?fàn)顟B(tài)的情況下，設(shè)為向置位晶閘管s施加-3.3v來進(jìn)行說明。即，將在點(diǎn)亮發(fā)光二極管led時(shí)所施加的點(diǎn)亮信號(hào)(后述的“l(fā)o”)設(shè)為-5v。

另外，根據(jù)發(fā)光波長(zhǎng)和光量的不同，施加至發(fā)光二極管led的電壓會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)調(diào)整點(diǎn)亮信號(hào)的電壓(“l(fā)o”)即可。

另外，由于晶閘管由gaas等半導(dǎo)體構(gòu)成，因而在導(dǎo)通狀態(tài)下，在n柵極層82與p柵極層83之間會(huì)發(fā)光。另外，晶閘管所射出的光量由陰極的面積和流過陰極與陽極之間的電流來確定。從而，在不利用由晶閘管發(fā)出的光的情況下、例如在傳輸晶閘管t中，使陰極的面積減小、或者通過電極(傳輸晶閘管t1的n-歐姆電極323)等遮光，從而可以抑制不需要的光。

(發(fā)光裝置65的動(dòng)作)

接著對(duì)發(fā)光裝置65的動(dòng)作進(jìn)行說明。

如上所述，發(fā)光裝置65具備發(fā)光芯片c1～c40(參照?qǐng)D3、4)。

由于發(fā)光芯片c1～c40被并行地驅(qū)動(dòng)，因而說明發(fā)光芯片c1的動(dòng)作即足矣。

<時(shí)序圖>

圖9為說明發(fā)光裝置65和發(fā)光芯片c的動(dòng)作的時(shí)序圖。

圖9中示出了對(duì)于發(fā)光芯片c1的發(fā)光二極管led1～led5這五個(gè)發(fā)光二極管led的點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮進(jìn)行控制(記為點(diǎn)亮控制)的部分的時(shí)序圖。另外，在圖9中，發(fā)光芯片c1的發(fā)光二極管led1、led2、led3、led5被點(diǎn)亮、發(fā)光二極管led4被熄滅(不點(diǎn)亮)。

在圖9中，設(shè)時(shí)間從時(shí)間a到時(shí)間k按照字母順序經(jīng)過。發(fā)光二極管led1在時(shí)段t(1)中被控制成點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮(點(diǎn)亮控制)，發(fā)光二極管led2在時(shí)段t(2)中被控制成點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮(點(diǎn)亮控制)，發(fā)光二極管led3在時(shí)段t(3)中被控制成點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮(點(diǎn)亮控制)，發(fā)光二極管led4在時(shí)段t(4)中被控制成點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮(點(diǎn)亮控制)。下文中，對(duì)編號(hào)為5以上的發(fā)光二極管led按照同樣的地方式進(jìn)行點(diǎn)亮控制。

在此，設(shè)時(shí)段t(1)、t(2)、t(3)、…為相同長(zhǎng)度的時(shí)段，在不彼此區(qū)分時(shí)稱為時(shí)段t。

發(fā)送到端子(參照?qǐng)D5、圖6)的第一傳輸信號(hào)和發(fā)送到端子(參照?qǐng)D5、圖6)的第二傳輸信號(hào)為具有“h”(0v)和“l(fā)”(-3.3v)這兩個(gè)電位的信號(hào)。并且，第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)以連續(xù)的兩個(gè)時(shí)段t(例如時(shí)段t(1)和時(shí)段t(2))為單位來重復(fù)波形。

在下文中，有時(shí)將“h”(0v)和“l(fā)”(-3.3v)省略為“h”和“l(fā)”。

關(guān)于第一傳輸信號(hào)在時(shí)段t(1)的開始時(shí)間b由“h”(0v)切換為“l(fā)”(-3.3v)，在時(shí)間f由“l(fā)”切換為“h”。并且，在時(shí)段t(2)的終止時(shí)間i由“h”切換為“l(fā)”。

關(guān)于第二傳輸信號(hào)在時(shí)段t(1)的開始時(shí)間b為“h”(0v)，在時(shí)間e由“h”(0v)切換為“l(fā)”(-3.3v)。并且，在時(shí)段t(2)的終止時(shí)間i由“l(fā)”切換為“h”。

若對(duì)第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)進(jìn)行比較，則第二傳輸信號(hào)相當(dāng)于在時(shí)間軸上將第一傳輸信號(hào)移位到時(shí)段t之后。另一方面，關(guān)于第二傳輸信號(hào)時(shí)段t(1)中的由虛線表示的波形和時(shí)段t(2)內(nèi)的波形在時(shí)段t(3)以后重復(fù)。第二傳輸信號(hào)在時(shí)段t(1)內(nèi)的波形與時(shí)段t(3)以后不同是由于時(shí)段t(1)是發(fā)光裝置65開始動(dòng)作的時(shí)段。

如以下說明，第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)這一組傳輸信號(hào)使傳輸晶閘管t的導(dǎo)通狀態(tài)按編號(hào)順序傳播，由此將與導(dǎo)通狀態(tài)的傳輸晶閘管t相同編號(hào)的發(fā)光二極管led指定為要控制點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮(點(diǎn)亮控制)的對(duì)象。

接著，對(duì)于發(fā)送到發(fā)光芯片c1的端子的點(diǎn)亮信號(hào)進(jìn)行說明。另外，各點(diǎn)亮信號(hào)被發(fā)送到其他發(fā)光芯片c2～c40。點(diǎn)亮信號(hào)是具有“h”(0v)和“l(fā)o”(-5v)這兩個(gè)電位的信號(hào)。

在此，在對(duì)于發(fā)光芯片c1的發(fā)光二極管led1進(jìn)行點(diǎn)亮控制的時(shí)段t(1)中說明點(diǎn)亮信號(hào)點(diǎn)亮信號(hào)在時(shí)段t(1)的開始時(shí)間b為“h”(0v)，在時(shí)間c由“h”(0v)切換為“l(fā)o”(-5v)。并且，在時(shí)間d由“l(fā)o”切換為“h”，在時(shí)間e維持“h”。

參照?qǐng)D4、圖5，按照?qǐng)D9所示的時(shí)序圖對(duì)發(fā)光裝置65和發(fā)光芯片c1的動(dòng)作進(jìn)行說明。另外，在下文中，對(duì)于點(diǎn)亮控制發(fā)光二極管led1、led2的時(shí)段t(1)、t(2)進(jìn)行說明。

(1)時(shí)間a

<發(fā)光裝置65>

在時(shí)間a，發(fā)光裝置65的信號(hào)發(fā)生電路110的基準(zhǔn)電位供給部160的基準(zhǔn)電位vsub被設(shè)定為“h”(0v)。電源電位供給部170的電源電位vga被設(shè)定為“l(fā)”(-3.3v)。這樣，發(fā)光裝置65的電路基板62上的電源線200a呈基準(zhǔn)電位vsub的“h”(0v)，發(fā)光芯片c1～c40各自的vsub端子呈“h”。同樣地，電源線200b呈電源電位vga的“l(fā)”(-3.3v)，發(fā)光芯片c1～c40各自的vga端子呈“l(fā)”(參照?qǐng)D4)。由此，發(fā)光芯片c1～c40各自的電源線71呈“l(fā)”(參照?qǐng)D5)。

并且，信號(hào)發(fā)生電路110的傳輸信號(hào)發(fā)生部120的第一傳輸信號(hào)第二傳輸信號(hào)分別被設(shè)定為“h”(0v)。這樣，第一傳輸信號(hào)線201和第二傳輸信號(hào)線202呈“h”(參照?qǐng)D4)。由此，發(fā)光芯片c1～c40各自的端子和端子呈“h”。經(jīng)由限流電阻r1與端子連接的第一傳輸信號(hào)線72的電位也呈“h”，經(jīng)由限流電阻r2與端子連接的第二傳輸信號(hào)線73也呈“h”(參照?qǐng)D5)。

此外，信號(hào)發(fā)生電路110的點(diǎn)亮信號(hào)發(fā)生部140的點(diǎn)亮信號(hào)分別被設(shè)定為“h”(0v)。這樣，點(diǎn)亮信號(hào)線204-1～204-40被設(shè)為“h”(參照?qǐng)D4)。由此，發(fā)光芯片c1～c40各自的端子經(jīng)由限流電阻ri而被設(shè)為“h”，與端子連接的點(diǎn)亮信號(hào)線75也被設(shè)為“h”(0v)(參照?qǐng)D5)。

<發(fā)光芯片c1>

傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的陽極端子與vsub端子連接，因而被設(shè)定為“h”。

奇數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t1、t3、t5、…各自的陰極與第一傳輸信號(hào)線72連接，被設(shè)定為“h”(0v)。偶數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t2、t4、t6、…各自的陰極與第二傳輸信號(hào)線73連接，被設(shè)定為“h”。由此，由于傳輸晶閘管t的陽極和陰極均為“h”，因而傳輸晶閘管t成為截止?fàn)顟B(tài)。

發(fā)光二極管led的陰極端子與“h”(0v)的點(diǎn)亮信號(hào)線75連接。即，發(fā)光二極管led與置位晶閘管s經(jīng)由隧道結(jié)層85串聯(lián)連接。由于發(fā)光二極管led的陰極為“h”、置位晶閘管s的陽極為“h”，因而發(fā)光二極管led和置位晶閘管s成為截止?fàn)顟B(tài)。

柵極gt1如上所述與啟動(dòng)二極管sd的陰極連接。柵極gt1經(jīng)由電源線電阻rg1與電源電位vga(“l(fā)”(-3.3v))的電源線71連接。并且，啟動(dòng)二極管sd的陽極端子與第二傳輸信號(hào)線73連接，經(jīng)由限流電阻r2與“h”(0v)的端子連接。從而，啟動(dòng)二極管sd為正向偏壓，啟動(dòng)二極管sd的陰極(柵極gt1)為從啟動(dòng)二極管sd的陽極的電位(“h”(0v))減去pn結(jié)的正向電位vd(1.5v)而得到的值(-1.5v)。另外，在柵極gt1為-1.5v時(shí)，由于耦合二極管d1的陽極(柵極gt1)為-1.5v、陰極經(jīng)由電源線電阻rg2與電源線71(“l(fā)”(-3.3v))連接，因而耦合二極管d1為正向偏壓。從而，柵極gt2的電位為從柵極gt1的電位(-1.5v)減去pn結(jié)的正向電位vd(1.5v)而得到的-3v。但是，在編號(hào)為3以上的柵極gt中，不會(huì)對(duì)啟動(dòng)二極管sd的陽極為“h”(0v)帶來影響，這些柵極gt的電位是作為電源線71的電位的“l(fā)”(-3.3v)。

另外，由于柵極gt為柵極gs，因而柵極gs的電位與柵極gt的電位相同。從而，傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的閾值電壓為從柵極gt、gs的電位減去pn結(jié)的正向電位vd(1.5v)而得到的值。即，傳輸晶閘管t1、置位晶閘管s1的閾值電壓為-3v，傳輸晶閘管t2、置位晶閘管s2的閾值電壓為-4.5v，編號(hào)為3以上的傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的閾值電壓為-4.8v。

(2)時(shí)間b

在圖9所示的時(shí)間b，第一傳輸信號(hào)由“h”(0v)切換為“l(fā)”(-3.3v)。由此，發(fā)光裝置65開始動(dòng)作。

第一傳輸信號(hào)從“h”切換為“l(fā)”時(shí)，第一傳輸信號(hào)線72的電位經(jīng)由端子和限流電阻r1從“h”(0v)切換為“l(fā)”(-3.3v)。這樣，閾值電壓為-3v的傳輸晶閘管t1導(dǎo)通。但是，陰極端子與第一傳輸信號(hào)線72連接的、編號(hào)為3以上的奇數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t的閾值電壓為-4.8v，因而無法導(dǎo)通。另一方面，偶數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t的第二傳輸信號(hào)為“h”(0v)，由于第二傳輸信號(hào)線73為“h”(0v)，因而無法導(dǎo)通。

通過使傳輸晶閘管t1導(dǎo)通，第一傳輸信號(hào)線72的電位為從陽極的電位(“h”(0v))減去pn結(jié)的正向電位vd(1.5v)而得到的-1.5v。

在傳輸晶閘管t1導(dǎo)通時(shí)，柵極gt1/gs1的電位為“h”(0v)，是傳輸晶閘管t1的陽極的電位。并且，柵極gt2(柵極gs2)的電位為-1.5v，柵極gt3(柵極gs3)的電位為-3v，編號(hào)為4以上的柵極gt(柵極gl)的電位為“l(fā)”。

由此，置位晶閘管s1的閾值電壓為-1.5v，傳輸晶閘管t2、置位晶閘管s2的閾值電壓為-3v，傳輸晶閘管t3、置位晶閘管s3的閾值電壓為-4.5v，編號(hào)為4以上的傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的閾值電壓為-4.8v。

但是，由于第一傳輸信號(hào)線72通過導(dǎo)通狀態(tài)的傳輸晶閘管t1而呈-1.5v，因而截止?fàn)顟B(tài)的奇數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t不導(dǎo)通。由于第二傳輸信號(hào)線73為“h”(0v)，因而偶數(shù)編號(hào)的傳輸晶閘管t不導(dǎo)通。由于點(diǎn)亮信號(hào)線75為“h”(0v)，因而任一個(gè)發(fā)光二極管led均不點(diǎn)亮。

在緊接時(shí)間b之后(此處是指由于在時(shí)間b信號(hào)電位變化而使晶閘管等發(fā)生變化之后處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí))，傳輸晶閘管t1成為導(dǎo)通狀態(tài)，其他傳輸晶閘管t、置位晶閘管s、發(fā)光二極管led成為截止?fàn)顟B(tài)。

(3)時(shí)間c

在時(shí)間c，點(diǎn)亮信號(hào)從“h”(0v)切換為“l(fā)o”(-5v)。

在點(diǎn)亮信號(hào)從“h”切換為“l(fā)o”時(shí)，點(diǎn)亮信號(hào)線75經(jīng)由限流電阻ri和端子從“h”(0v)切換為“l(fā)o”(-5v)。這樣，加上被施加到發(fā)光二極管led的電壓1.7v而為-3.3v，該-3.3v被施加到置位晶閘管s1，閾值電壓為-1.5v的置位晶閘管s1導(dǎo)通，發(fā)光二極管led1點(diǎn)亮(發(fā)光)。由此，點(diǎn)亮信號(hào)線75的電位為接近-3.2v的電位(絕對(duì)值大于3.2v的負(fù)電位)。另外，置位晶閘管s2的閾值電壓為-3v，但施加到置位晶閘管s2的電壓為對(duì)于-3.2v加上施加到發(fā)光二極管led的電壓1.7v而得的-1.5v，因而置位晶閘管s2不導(dǎo)通。

在緊接時(shí)間c之后，傳輸晶閘管t1、置位晶閘管s1成為導(dǎo)通狀態(tài)，發(fā)光二極管led1點(diǎn)亮(發(fā)光)。

(4)時(shí)間d

在時(shí)間d，點(diǎn)亮信號(hào)從“l(fā)o”(-5v)切換到“h”(0v)。

點(diǎn)亮信號(hào)從“l(fā)o”切換到“h”時(shí)，點(diǎn)亮信號(hào)線75的電位經(jīng)由限流電阻ri和端子從-3.2v切換到“h”。這樣，由于發(fā)光二極管led1的陰極和置位晶閘管s1的陽極均為“h”，因而置位晶閘管s1截止，同時(shí)發(fā)光二極管led1熄滅(不點(diǎn)亮)。發(fā)光二極管led1的點(diǎn)亮?xí)r段是點(diǎn)亮信號(hào)為“l(fā)o”(-5v)的時(shí)段，該時(shí)段從點(diǎn)亮信號(hào)從“h”切換到“l(fā)o”的時(shí)間c起，到點(diǎn)亮信號(hào)從“l(fā)o”切換到“h”的時(shí)間d為止。

在緊接時(shí)間d之后，傳輸晶閘管t1成為導(dǎo)通狀態(tài)。

(5)時(shí)間e

在時(shí)間e，第二傳輸信號(hào)從“h”(0v)切換到“l(fā)”(-3.3v)。此處，點(diǎn)亮控制發(fā)光二極管led1的時(shí)段t(1)終止，點(diǎn)亮控制發(fā)光二極管led2的時(shí)段t(2)開始。

第二傳輸信號(hào)從“h”切換到“l(fā)”時(shí)，第二傳輸信號(hào)線73的電位經(jīng)由端子從“h”切換到“l(fā)”。如上所述，傳輸晶閘管t2的閾值電壓為-3v，因而傳輸晶閘管t2導(dǎo)通。由此，柵極端子gt2(柵極端子gs2)的電位為“h”(0v)，柵極gt3(柵極gs3)的電位為-1.5v，柵極gt4(柵極gs4)的電位為-3v。并且，編號(hào)為5以上的柵極gt(柵極gs)的電位為-3.3v。

在緊接時(shí)間e之后，傳輸晶閘管t1、t2成為導(dǎo)通狀態(tài)。

(6)時(shí)間f

在時(shí)間f，第一傳輸信號(hào)從“l(fā)”(-3.3v)切換到“h”(0v)。

第一傳輸信號(hào)從“l(fā)”切換到“h”時(shí)，第一傳輸信號(hào)線72的電位經(jīng)由端子從“l(fā)”切換到“h”。這樣，導(dǎo)通狀態(tài)的傳輸晶閘管t1的陽極和陰極均為“h”，傳輸晶閘管t1被截止。這樣，柵極gt1(柵極gs1)的電位經(jīng)由電源線電阻rg1朝著電源線71的電源電位vga(“l(fā)”(-3.3v))變化。由此，耦合二極管d1呈在不流通電流的方向上施加電位的狀態(tài)(反向偏壓)。從而，柵極gt2(柵極gs2)為“h”(0v)的影響不會(huì)波及到柵極gt1(柵極gs1)。即，具有經(jīng)反向偏壓的耦合二極管d連接的柵極gt的傳輸晶閘管t的閾值電壓為-4.8v，在“l(fā)”(-3.3v)的第一傳輸信號(hào)或第二傳輸信號(hào)時(shí)不導(dǎo)通。

在緊接時(shí)間f之后，傳輸晶閘管t2成為導(dǎo)通狀態(tài)。

(7)其他

在時(shí)間g，點(diǎn)亮信號(hào)從“h”(0v)切換到“l(fā)o”(-5v)時(shí)，與時(shí)間c的置位晶閘管s1和發(fā)光二極管led1同樣地，置位晶閘管s1導(dǎo)通，發(fā)光二極管led2點(diǎn)亮(發(fā)光)。

并且，在時(shí)間h，點(diǎn)亮信號(hào)從“l(fā)o”(-5v)切換到“h”(0v)時(shí)，與時(shí)間d的置位晶閘管s1和發(fā)光二極管led1同樣地，置位晶閘管s2截止、發(fā)光二極管led2熄滅。

此外，在時(shí)間i，第一傳輸信號(hào)從“h”(0v)切換到“l(fā)”(-3.3v)時(shí)，與時(shí)間b的傳輸晶閘管t1或時(shí)間e的傳輸晶閘管t2同樣地，閾值電壓為-3v的傳輸晶閘管t3導(dǎo)通。在時(shí)間i，點(diǎn)亮控制發(fā)光二極管led2的時(shí)段t(2)終止，點(diǎn)亮控制發(fā)光二極管led3的時(shí)段t(3)開始。

之后重復(fù)進(jìn)行至此說明的動(dòng)作。

另外，在發(fā)光二極管led不被點(diǎn)亮(發(fā)光)而保持熄滅(不點(diǎn)亮)時(shí)，像圖9的點(diǎn)亮控制發(fā)光二極管led4的時(shí)段t(4)中從時(shí)間j到時(shí)間k所示出的點(diǎn)亮信號(hào)那樣使點(diǎn)亮信號(hào)維持“h”(0v)即可。通過這樣動(dòng)作，即使置位晶閘管s4的閾值電壓為-1.5v，置位晶閘管s4也不導(dǎo)通，發(fā)光二極管led4維持熄滅(不點(diǎn)亮)。

如以上所說明，傳輸晶閘管t的柵極端子gt通過耦合二極管d而相互連接。從而，在柵極gt的電位變化時(shí)，經(jīng)由正向偏壓的耦合二極管d與電位發(fā)生了變化的柵極gt連接的柵極gt的電位發(fā)生變化。并且，具有電位發(fā)生了變化的柵極的傳輸晶閘管t的閾值電壓發(fā)生變化。在傳輸晶閘管t的閾值電壓高于“l(fā)”(-3.3v)(絕對(duì)值小的負(fù)值)時(shí)，傳輸晶閘管t在第一傳輸信號(hào)或第二傳輸信號(hào)從“h”(0v)切換到“l(fā)”(-3.3v)的時(shí)間導(dǎo)通。

并且，由于柵極gs與導(dǎo)通狀態(tài)的傳輸晶閘管t的柵極gt連接的置位晶閘管s的閾值電壓為-1.5v，因而點(diǎn)亮信號(hào)從“h”(0v)切換到“l(fā)o”(-5v)時(shí)，置位晶閘管s導(dǎo)通，與置位晶閘管s串聯(lián)連接的發(fā)光二極管led點(diǎn)亮(發(fā)光)。

即，通過使傳輸晶閘管t成為導(dǎo)通狀態(tài)，指定作為點(diǎn)亮控制對(duì)象的發(fā)光二極管led，“l(fā)o”(-5v)的點(diǎn)亮信號(hào)使得與作為點(diǎn)亮控制對(duì)象的發(fā)光二極管led串聯(lián)連接的置位晶閘管s導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)光二極管led被點(diǎn)亮。

另外，“h”(0v)的點(diǎn)亮信號(hào)將置位晶閘管s維持在截止?fàn)顟B(tài)、同時(shí)將發(fā)光二極管led維持在不點(diǎn)亮。即，點(diǎn)亮信號(hào)設(shè)定發(fā)光二極管led的點(diǎn)亮/不點(diǎn)亮。

如此，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)設(shè)定點(diǎn)亮信號(hào)控制各發(fā)光二極管led的點(diǎn)亮或不點(diǎn)亮。

(發(fā)光芯片c的制造方法)

對(duì)發(fā)光芯片c的制造方法進(jìn)行說明。在此，利用圖7所示的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的剖面圖進(jìn)行說明。

圖10是說明發(fā)光芯片c的制造方法的圖。圖10的(a)是半導(dǎo)體層疊體形成工序，圖10的(b)是n-歐姆電極321和光射出口保護(hù)層89形成工序，圖10的(c)是露出隧道結(jié)層85的蝕刻工序，圖10的(d)是電流狹窄層86b中的電流阻止部β形成工序，圖10的(e)是露出p柵極層83的蝕刻工序，圖10的(f)是p-歐姆電極331和背面電極91形成工序。

另外，在圖10的(a)～(f)中，有時(shí)將多個(gè)工序匯總來表示。

下面依序進(jìn)行說明。

在圖10的(a)所示的半導(dǎo)體層疊體形成工序中，在p型襯底80上依序外延生長(zhǎng)p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結(jié)層85、p陽極層86、發(fā)光層87、n陰極層88，形成半導(dǎo)體層疊體。

在此，襯底80以p型gaas為例進(jìn)行說明，但襯底80也可以為n型gaas、不添加雜質(zhì)的本質(zhì)(i)gaas。另外，還可以為inp、gan、inas、藍(lán)寶石、si等。在變更襯底的情況下，在襯底上進(jìn)行單片層疊的材料使用與襯底的晶格常數(shù)大致匹配(包括應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變緩和層、變質(zhì)生長(zhǎng)(メタモルフィック成長(zhǎng)))的材料。作為一例，在inas襯底上使用inas、inassb、gainassb等，在inp襯底上使用inp、ingaasp等，在gan襯底上或藍(lán)寶石襯底上使用gan、algan、ingan，在si襯底上使用si、sige、gap等。其中，結(jié)晶生長(zhǎng)后粘貼在其他支持襯底上的情況下，半導(dǎo)體材料與支持襯底不必大致晶格匹配。

p陽極層81是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

n柵極層82是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁷/cm³的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

p柵極層83是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁷/cm³的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

n陰極層84是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

隧道結(jié)層85由高濃度添加了n型雜質(zhì)的n⁺⁺層85a和高濃度添加了n型雜質(zhì)的p⁺⁺層85b的接合(參照?qǐng)D10的(b))構(gòu)成。n⁺⁺層85a和p⁺⁺層85b的雜質(zhì)濃度例如為1×10²⁰/cm³的高濃度。另外，結(jié)的雜質(zhì)濃度通常為10¹⁷/cm³～10¹⁸/cm³。n⁺⁺層85a與p⁺⁺層85b的組合(下文中記為n⁺⁺層85a/p⁺⁺層85b)例如為n⁺⁺gainp/p⁺⁺gaas、n⁺⁺gainp/p⁺⁺algaas、n⁺⁺gaas/p⁺⁺gaas、n⁺⁺algaas/p⁺⁺algaas、n⁺⁺ingaas/p⁺⁺ingaas、n⁺⁺gainasp/p⁺⁺gainasp、n⁺⁺gaassb/p⁺⁺gaassb。另外，組合也可以相互變更。

p陽極層86通過依序?qū)盈B下側(cè)p層86a、電流狹窄層86b、上側(cè)p層86c來構(gòu)成(參照?qǐng)D10的(c))。

下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c例如是雜質(zhì)濃度例如為1×10¹⁸/cm³的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

電流狹窄層86b例如是alas或al的雜質(zhì)濃度高的p型algaas。al被氧化而形成al2o3，從而使電阻增高，可以使電流路徑變窄。

發(fā)光層87是阱(well)層與勢(shì)壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結(jié)構(gòu)。阱層例如為gaas、algaas、ingaas、gaasp、algainp、gainasp、gainp等，勢(shì)壘層為algaas、gaas、gainp、gainasp等。另外，發(fā)光層87可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點(diǎn))。

n陰極層88是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

這些半導(dǎo)體層通過例如有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(mocvd：metalorganicchemicalvapordeposition)、分子束外延法(mbe：molecularbeamepitaxy)等進(jìn)行層疊，形成半導(dǎo)體層疊體。

在圖10的(b)所示的n-歐姆電極321和光射出口保護(hù)層89形成工序中，首先在n陰極層88上形成n-歐姆電極321。

n-歐姆電極321為包含例如容易與n陰極層88等n型半導(dǎo)體層取得歐姆接觸的ge的au(auge)等。

并且，n-歐姆電極321通過例如剝離法等來形成。

其次，在被n-歐姆電極321包圍的光射出開口上通過對(duì)射出的光具有透光性的材料形成光射出口保護(hù)層89。

光射出口保護(hù)層89例如為sio2、sion、sin等。

并且，光射出口保護(hù)層89通過例如剝離法等來形成。

在圖10的(c)所示的露出隧道結(jié)層85的蝕刻工序中，在發(fā)光二極管led的周圍，隧道結(jié)層85上的n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86通過蝕刻被除去。

該蝕刻可以為使用硫酸系蝕刻液(重量比為硫酸：雙氧水：水＝1：10：300)等進(jìn)行的濕蝕刻，也可以通過例如使用氯化硼等的各向異性干蝕刻(rie)來進(jìn)行蝕刻。

在圖10的(d)所示的電流狹窄層86b中的電流阻止部β形成工序中，將通過露出隧道結(jié)層85的蝕刻工序而露出了側(cè)面的電流狹窄層86b從側(cè)面起進(jìn)行氧化，形成阻止電流的電流阻止部β。未被氧化而殘留的部分成為電流通過部α。

電流狹窄層86b的從側(cè)面起進(jìn)行的氧化例如可以通過在300～400℃的水蒸氣氧化使alas、algaas等電流狹窄層86b的al被氧化。此時(shí)，氧化從露出的側(cè)面起進(jìn)行，在發(fā)光二極管led的周圍利用作為al的氧化物的al2o3形成電流阻止部β。

另外，電流阻止部β也可以不通過氧化而通過氧離子(o⁺)的注入(離子注入)來形成。即，在形成電流狹窄層86b后，可以在形成了上側(cè)p層86c之后等在設(shè)為電流阻止部β的部分注入o⁺，從而形成電流阻止部β。

在圖10的(e)所示的露出p柵極層83的蝕刻工序中，對(duì)隧道結(jié)層85和n陰極層84進(jìn)行蝕刻，使p柵極層83露出。

該蝕刻可以為使用硫酸系蝕刻液(重量比為硫酸：雙氧水：水＝1：10：300)進(jìn)行的濕蝕刻，也可以通過例如使用氯化硼的各向異性干蝕刻來進(jìn)行。

另外，在圖10的(c)所示的露出隧道結(jié)層85的蝕刻工序中，在不露出隧道結(jié)層85而露出p柵極層83時(shí)，在圖10的(d)中的電流阻止部β形成工序中，p柵極層83所含有的al可能被氧化。因此，若p柵極層83所含有的al被氧化，則表面粗糙不平、或者后述的p-歐姆電極331的接合性變差。因此，在露出隧道結(jié)層85的狀態(tài)下進(jìn)行電流阻止部β形成工序。

在圖10的(f)所示的p-歐姆電極331和背面電極91形成工序中，首先在p柵極層83上形成p-歐姆電極331。

p-歐姆電極331為包含例如容易與p柵極層83等p型半導(dǎo)體層取得歐姆接觸的zn的au(auzn)等。

并且，p-歐姆電極331通過例如剝離法等來形成。此時(shí)，可以同時(shí)形成其他p-歐姆電極。

其次，在襯底80的背面形成背面電極91。

背面電極91與p-歐姆電極331同樣地為例如auzn。

除此之外，還包括形成保護(hù)層90的工序、在保護(hù)層90上形成通孔的工序、形成布線75的工序等。

在上文中說明了在置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301中的發(fā)光芯片c的制造方法。

包含傳輸晶閘管t、耦合二極管d、電源線電阻rg、限流電阻r1、r2的島302～306通過在上述工序中加上露出n陰極層84的表面的工序和形成n-歐姆電極323、324、325的工序來形成。

另外，在上文中，在p柵極層83中設(shè)置p-歐姆電極331而作為置位晶閘管s的柵極端子gs，但也可以在n柵極層82中設(shè)置而作為置位晶閘管s的柵極端子。

如上文所說明，第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，使置位晶閘管s與發(fā)光二極管led進(jìn)行層疊。由此，發(fā)光芯片c為通過傳輸晶閘管t和置位晶閘管s順序點(diǎn)亮發(fā)光二極管led的自掃描型。由此，發(fā)光芯片c中設(shè)置的端子數(shù)減少，發(fā)光芯片c和發(fā)光裝置65小型化。

有時(shí)在置位晶閘管s上不設(shè)置發(fā)光二極管led而將置位晶閘管s用作發(fā)光元件。即，有時(shí)使用置位晶閘管s的導(dǎo)通狀態(tài)下的n柵極層82與p柵極層83的接合的發(fā)光。這種情況下，不能分別(獨(dú)立)設(shè)定傳輸特性和發(fā)光特性。因此，難以謀求驅(qū)動(dòng)的高速化、光的高輸出化、高效率化、低消耗電力化、低成本化等。

例如，作為發(fā)光元件使用晶閘管(置位晶閘管s)，射出780nm的光。這種情況下，在使用algaas來構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)時(shí)，al組分為30％。這種情況下，在進(jìn)行露出柵極蝕刻時(shí)，al被氧化，無法形成柵極端子。

與此相對(duì)，在第一實(shí)施方式中，通過發(fā)光二極管led進(jìn)行發(fā)光，通過傳輸晶閘管t和置位晶閘管s進(jìn)行傳輸。將發(fā)光和傳輸分離。置位晶閘管s不需要發(fā)光。從而，可將發(fā)光二極管led作為量子阱結(jié)構(gòu)，提高發(fā)光特性等，同時(shí)可提高基于傳輸晶閘管t和置位晶閘管s的傳輸特性等。即，可分別(獨(dú)立)設(shè)定發(fā)光部102的發(fā)光二極管led與傳輸部101的傳輸晶閘管t和置位晶閘管s。由此，容易謀求驅(qū)動(dòng)的高速化、光的高輸出化、高效率化、低消耗電力化、低成本化等。

另外，在第一實(shí)施方式中，發(fā)光二極管led與置位晶閘管s隔著隧道結(jié)層85而層疊。這種情況下，發(fā)光二極管led在隧道結(jié)層85中呈反向偏壓，但即使隧道結(jié)為反向偏壓狀態(tài)，也具有電流流通的特性。

另外，若不設(shè)置隧道結(jié)層85，則發(fā)光二極管led與置位晶閘管s之間的接合呈反向偏壓。因此，為了在發(fā)光二極管led與置位晶閘管s中流通電流，要施加擊穿反向偏壓的接合的電壓。即，驅(qū)動(dòng)電壓變高。

即，通過使發(fā)光二極管led與置位晶閘管s隔著隧道結(jié)層85而層疊，與不隔著隧道結(jié)層85的情況相比，將驅(qū)動(dòng)電壓抑制在低值。

另外，置位晶閘管s也可以發(fā)光。通過使由置位晶閘管s發(fā)出的光與由發(fā)光二極管led發(fā)出的光疊加來取出，光量增加。

另外，設(shè)置在發(fā)光二極管led的p陽極層86的電流狹窄層86b也可以設(shè)置在發(fā)光二極管led的n陰極層88。

下面對(duì)第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例進(jìn)行說明。在以下所示的變形例中，發(fā)光芯片c的島301中的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led的層疊部分不同。其他結(jié)構(gòu)與至此說明的發(fā)光芯片c是同樣的，因而對(duì)不同的部分進(jìn)行說明，省略同樣部分的說明。

(第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例1-1)

圖11是對(duì)變形例1-1進(jìn)行說明的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例1中，電流狹窄層(變形例1-1中為電流狹窄層81b)不設(shè)于p陽極層86而設(shè)于p陽極層81。即，p陽極層81由下側(cè)p層81a、電流狹窄層81b、上側(cè)p層81c構(gòu)成。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

另外，變形例1-1通過變更圖10所示的第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的制造方法來制造。即，由于在p陽極層81中設(shè)置電流狹窄層81b，因此在應(yīng)用圖10所示的第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的制造方法中不需要圖10的(c)的露出隧道結(jié)層85的蝕刻工序、圖10的(d)的電流阻止部β形成工序。即，在圖10的(e)的露出p柵極層83的蝕刻工序中，蝕刻n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85、n陰極層84即可。

在變形例1的發(fā)光芯片c中，由于電流在發(fā)光二極管led的中央部的電流通過部α的流通受到限制，因而可抑制非發(fā)光復(fù)合中所消耗的電力，低消耗電力化和光取出效率提高。

另外，設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81中的電流狹窄層81b也可以設(shè)置在置位晶閘管s的n陰極層84中。

(第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例1-2)

圖12是說明變形例1-2的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例1-2中，不設(shè)置電流狹窄層86b，而在與電流通過部α相應(yīng)的部分設(shè)置隧道結(jié)層85。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

如上所述，隧道結(jié)層85在反向偏壓狀態(tài)下容易流通電流。但是，在不是隧道結(jié)的n陰極層84與p陽極層86的接合中，在不發(fā)生擊穿的反向偏壓狀態(tài)下不容易流通電流。

從而，在與電流通過部α相應(yīng)的部分設(shè)置隧道結(jié)層85時(shí)，流過發(fā)光二極管led的電流被限制在中央部。

另外，變形例1-2的發(fā)光芯片c通過變更圖10所示的第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的制造方法來制造。即，在圖10的(a)中，在襯底80上依序外延生長(zhǎng)p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結(jié)層85。其后，除去成為電流阻止部β的部分的隧道結(jié)層85，留下成為電流通過部α的部分的隧道結(jié)層85。其后層疊p陽極層86來包埋留下的隧道結(jié)層85的周圍。并且依序外延生長(zhǎng)發(fā)光層87、n陰極層88。另外，也可以不利用p陽極層86而利用n陰極層84來包埋留下的隧道結(jié)層85的周圍。

在變形例1-2的發(fā)光芯片c中，與變形例1的發(fā)光芯片c同樣地，不需要圖10的(c)的露出隧道結(jié)層85的蝕刻工序、圖10的(d)的電流阻止部β形成工序。并且，在圖10的(e)的露出p柵極層83的蝕刻工序中，蝕刻n陰極層88、發(fā)光層87、p陽極層86、隧道結(jié)層85、n陰極層84即可。

變形例1-2的發(fā)光芯片c可以在使用難以應(yīng)用水蒸氣氧化的半導(dǎo)體材料的情況下應(yīng)用。

[第二實(shí)施方式]

在第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，發(fā)光層87被夾在兩個(gè)分布布拉格反射層(dbr：distributedbraggreflector)(下文中記為dbr層)之間。dbr層將設(shè)有折射率差的半導(dǎo)體層多層層疊來構(gòu)成。并且，dbr層被構(gòu)成為對(duì)于發(fā)光二極管led射出的光進(jìn)行反射。

除了發(fā)光芯片c中的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301以外的其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。因而對(duì)不同的部分進(jìn)行說明，省略同樣部分的說明。

圖13是第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。

第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，p陽極層86和n陰極層88以dbr層的形式構(gòu)成。p陽極層86包含電流狹窄層86b。即，p陽極層86中，下側(cè)p層86a、電流狹窄層86b、上側(cè)p層86c依序?qū)盈B，下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c以dbr層的形式構(gòu)成。

另外，有時(shí)將下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c、n陰極層88記為下側(cè)p(dbr)層86a、上側(cè)p(dbr)層86c、n(dbr)陰極層88。

dbr層由例如al0.9ga0.1as這樣的高al組分的低折射率層與例如al0.2ga0.8as這樣的低al組分的高折射率層的組合來構(gòu)成。低折射率層和高折射率層各自的膜厚(光程長(zhǎng))被設(shè)定為例如中心波長(zhǎng)的0.25(1/4)。另外，低折射率層與高折射率層的al組分比可以在0～1的范圍變更。

另外，電流狹窄層86b的膜厚(光程長(zhǎng))根據(jù)所采用的結(jié)構(gòu)來確定。在重視取出效率和處理再現(xiàn)性的情況下，設(shè)定為構(gòu)成dbr層的低折射率層和高折射率層的膜厚(光程長(zhǎng))的整數(shù)倍即可，例如設(shè)定為中心波長(zhǎng)的0.75(3/4)。另外，在奇數(shù)倍的情況下，電流狹窄層86b可以夾在高折射率層與高折射率層之間。另外，在偶數(shù)倍的情況下，電流狹窄層86b可以夾在高折射率層與低折射率層之間。即，電流狹窄層86b按照可抑制dbr層所致的折射率周期的紊亂的方式進(jìn)行設(shè)置即可。反之，在希望降低被氧化的部分的影響(折射率或應(yīng)變)的情況下，電流狹窄層86b的膜厚優(yōu)選為數(shù)十納米，優(yōu)選將電流狹窄層86b插入到在dbr層內(nèi)確立的駐波的波節(jié)部分。

第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c通過對(duì)于第一實(shí)施方式中的圖10所示的制造方法進(jìn)行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導(dǎo)體層疊體形成工序中，將p陽極層86的下側(cè)p層86a和上側(cè)p層86c、n陰極層88形成為dbr層的形式。另外，p陽極層86的下側(cè)p層86a或上側(cè)p層86c或n陰極層88的一部分等半導(dǎo)體層的一部分可以為dbr層的形式。其他情況也是同樣的。

p(dbr)陽極層86和n(dbr)陰極層88構(gòu)成諧振器(空腔諧振器)，發(fā)光層87射出的光通過諧振而增強(qiáng)并被輸出。即，在第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，在置位晶閘管s上層疊諧振型的發(fā)光二極管led(晶閘管上的諧振腔發(fā)光二極管)。

由于設(shè)有電流狹窄層86b，因而非發(fā)光復(fù)合中消耗的電力受到抑制，低消耗電力化和光取出效率提高。

另外，在第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，置位晶閘管s發(fā)出的光被p(dbr)陽極層86反射，因而取出受到抑制。

第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c如第一實(shí)施方式中所說明，根據(jù)圖9的時(shí)序圖而動(dòng)作。

另外，設(shè)置在發(fā)光二極管led的p陽極(dbr)層86中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在發(fā)光二極管led的n陰極(dbr)層88中，也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。

下面對(duì)第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例進(jìn)行說明。在以下示出的變形例中，將發(fā)光芯片c的島301中的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led的層疊的部分不同。其他結(jié)構(gòu)與至此說明的發(fā)光芯片c相同，因而省略同樣部分的說明，對(duì)不同的部分進(jìn)行說明。

(第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例2-1)

圖14是說明變形例2-1的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例2-1中，使圖13所示的發(fā)光芯片c的p(dbr)陽極層86不為dbr層而為p陽極層86，作為代替，使p陽極層81為dbr層。從而，將p陽極層81記為p(dbr)陽極層81。其他結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

在變形例2-1中，p(dbr)陽極層81與n(dbr)陰極層88構(gòu)成諧振器(空腔諧振器)，發(fā)光層87射出的光通過諧振而增強(qiáng)并被輸出。另外，置位晶閘管s的n柵極層82與p柵極層83的接合處射出的光也通過諧振而增強(qiáng)并被輸出。即，由置位晶閘管s發(fā)出的光與由發(fā)光二極管led發(fā)出的光疊加而被取出。

變形例2-1的發(fā)光芯片c可以通過對(duì)第一實(shí)施方式中的圖10所示的制造方法進(jìn)行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導(dǎo)體層疊體形成工序中，將p(dbr)陽極層81和n陽極(dbr)層88形成為dbr層的形式即可。

另外，設(shè)置在發(fā)光二極管led的p陰極層86中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在發(fā)光二極管led的n陰極層88中，也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極(dbr)層81或n陰極層84中。

此外，可以與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例1-2同樣地利用隧道結(jié)層85使電流路徑變窄。

(第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例2-2)

圖15是說明變形例2-2的置位晶閘管s與發(fā)光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例2-2中，圖13所示的發(fā)光芯片c的n(dbr)陰極層88不為dbr層而為n陰極層88。其他結(jié)構(gòu)與第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

在變形例2-2的發(fā)光芯片c中，在發(fā)光層87的下(襯底80)側(cè)設(shè)置p陽極(dbr)層86。在這種情況下，由于在n陰極層88與空氣的界面處得到30％的反射率，因而發(fā)光層87射出的光通過諧振而增強(qiáng)并被輸出。

另外，在從發(fā)光層87射出的光中，朝向襯底80側(cè)的光被反射，射向射出口側(cè)。由此，與p陽極層86不是dbr層的情況相比，光利用效率提高。

變形例2-2的發(fā)光芯片c可以通過對(duì)于第一實(shí)施方式中的圖10所示的制造方法進(jìn)行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導(dǎo)體層疊體形成工序中，將p陽極層86的下側(cè)p層86a和上側(cè)p層86c形成為dbr層即可。

另外，設(shè)置在發(fā)光二極管led的p陽極(dbr)層中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在發(fā)光二極管led的n陰極層88中，也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。

此外，可以與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例1-2同樣地利用隧道結(jié)層85使電流路徑變窄。

[第三實(shí)施方式]

在第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，不適用第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中的發(fā)光二極管led而使用激光二極管作為發(fā)光元件。

另外，除發(fā)光芯片c外，其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。因而，對(duì)發(fā)光芯片c進(jìn)行說明，省略相同部分的說明。

圖16是說明第三實(shí)施方式的搭載有自掃描發(fā)光元件陣列(sled)的發(fā)光芯片c的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。將第一實(shí)施方式中的圖5的發(fā)光二極管led1～led128更換為激光二極管ld1～ld128(在不區(qū)分的情況下，記為激光二極管ld)。其他結(jié)構(gòu)與圖5中相同，因而省略說明。

另外，在第一實(shí)施方式中，在圖6所示的發(fā)光芯片c的平面布局圖和剖面圖中也將發(fā)光二極管led更換為激光二極管ld即可。因而省略第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的平面布局圖和剖面圖。

在第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，將置位晶閘管s與激光二極管ld層疊(晶閘管上的激光二極管)。

激光二極管ld中，發(fā)光層87被兩個(gè)包層(下文中記為包層)夾在中間。包層是折射率大于發(fā)光層87的層。從發(fā)光層87射出的光在發(fā)光層87與包層的界面處被反射，光被關(guān)在發(fā)光層87內(nèi)。并且，該光利用由發(fā)光層87的側(cè)面間構(gòu)成的諧振器被諧振，發(fā)生激光振蕩。發(fā)光層87有時(shí)被記為活性層。

圖17是第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。

發(fā)光芯片c中，p陽極層86由包含電流狹窄層86b的p型包層構(gòu)成。即，p陽極層86中，下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c以包層的形式構(gòu)成。并且，n陰極層88以包層的形式構(gòu)成。另外，有時(shí)將下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c、n陰極層88記為下側(cè)p層(包層)86a、上側(cè)p層(包層)86c、n陰極層(包層)88。另外，有時(shí)將p陽極層86整體記為p陽極層(包層)86。

p陽極層(包層)86的下側(cè)p層(包層)86a、上側(cè)p層(包層)86c是例如雜質(zhì)濃度為5×10¹⁷/cm³的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

n陰極層(包層)88是例如雜質(zhì)濃度為5×10¹⁷/cm³的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。

對(duì)p陽極層(包層)86、n陰極層(包層)88和發(fā)光層87進(jìn)行設(shè)定，以使得由發(fā)光層87射出的光被關(guān)在p陽極層(包層)86與n陰極層(包層)88之間、并且在發(fā)光層87的側(cè)面(端面)間發(fā)生激光振蕩。這種情況下，光從發(fā)光層87的側(cè)面(端面)射出。

從而，n-歐姆電極321被設(shè)在n陰極層(包層)88上的整個(gè)面中。

另外，在圖17中，光的射出方向表示與y方向垂直的方向、即圖6的(a)所示的-x方向。該方向根據(jù)說明的便利性而不同，也可以向-y方向射出。另外，也可以經(jīng)由鏡等而朝向垂直于襯底80的方向。對(duì)于其他發(fā)光芯片c和變形例也是同樣的。

并且，由于設(shè)置電流狹窄層86b而抑制非發(fā)光復(fù)合中所消耗的電力，因而低消耗電力化和光取出效率提高。

第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c通過對(duì)于第一實(shí)施方式中的圖10所示的制造方法進(jìn)行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導(dǎo)體層疊體形成工序中，p陽極層86的下側(cè)p層86a和上側(cè)p層86c形成為包層的形式。同樣地，n陰極層88形成為包層的形式。

第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c如第一實(shí)施方式中所說明，根據(jù)圖9的時(shí)序圖而動(dòng)作。

另外，設(shè)置在激光二極管ld的p000陽極層(包層)86中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在激光二極管ld的n陰極層(包層)88中、也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。

下面對(duì)第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例進(jìn)行說明。在以下所示的變形例中，發(fā)光芯片c的島301中的置位晶閘管s與激光二極管ld的層疊部分不同。其他結(jié)構(gòu)與至此說明的發(fā)光芯片c是同樣的，因而對(duì)不同的部分進(jìn)行說明，省略同樣部分的說明。

(第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例3-1)

圖18是對(duì)變形例3-1進(jìn)行說明的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例3-1中，與圖12所示的第一實(shí)施方式中的變形例1-2同樣地，不設(shè)置電流狹窄層86b，而在與電流通過部α相應(yīng)的部分設(shè)置隧道結(jié)層85。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

如上所述，隧道結(jié)層85在反向偏壓狀態(tài)下容易流通電流。但是，在n陰極層84與p陽極層86的接合中，在不發(fā)生擊穿的反向偏壓狀態(tài)下不容易流通電流。

從而，在與電流通過部α相應(yīng)的部分設(shè)置隧道結(jié)層85時(shí)，流過激光二極管ld的電流被限制在中央部。

變形例3-1與第一實(shí)施方式中的變形例1-2同樣地制造。另外，p陽極層86中的下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c以及n陰極層88形成為包層的形式即可。

(第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例3-2)

圖19是說明變形例3-2的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例3-2中，與第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例2-2同樣地，p陽極層(包層)86的下側(cè)p層(包層)86a和上側(cè)p層(包層)86c為dbr層形式。其他結(jié)構(gòu)與第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

在與隧道結(jié)層85中使用的半導(dǎo)體材料的帶隙(bandcap)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)大于發(fā)光波長(zhǎng)時(shí)，到達(dá)隧道結(jié)層85的光被帶端吸收(バンド端吸収)而損失。因此，在變形例3-1中，在發(fā)光層87與隧道結(jié)層85之間設(shè)置dbr層，在與dbr層中發(fā)生的駐波的波節(jié)相應(yīng)的位置設(shè)置隧道結(jié)層85。通過這樣做，由隧道結(jié)層85中使用的半導(dǎo)體材料所致的帶端吸收被大幅抑制。

變形例3-2與第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例2-2同樣地制造。另外，n陽極層(包層)88形成為包層的形式即可。

另外，設(shè)置在激光二極管ld的p陽極層(包層)86中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在激光二極管ld的n陰極層(包層)88中、也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。

(第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例3-3)

圖20是說明變形例3-3的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例3-3中，不使用第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中的電流狹窄層86b。作為代替，減小n陰極層(包層)88的表面積。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

這樣的結(jié)構(gòu)與脊形波導(dǎo)相同。

通過這樣做，在激光二極管ld中流通的電流從n陰極層(包層)88開始流過。從而，如圖20所示，激光二極管ld的中央部成為電流通過區(qū)域(部)α′、周邊部成為電流阻止區(qū)域(部)β′。即，與使用電流狹窄層86b的第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c和在激光二極管ld的中央部使用隧道結(jié)層85的變形例3-1同樣地使電流路徑變窄。

變形例3-3通過變更圖10所示的第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的制造方法來制造。由于不使用電流狹窄層86b，因而制造工序簡(jiǎn)化。

另外，由于不使用電流狹窄層86b，因而在難以應(yīng)用水蒸氣氧化的inp、gan、藍(lán)寶石等襯底上的半導(dǎo)體材料中容易應(yīng)用。

(第三實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例3-4)

圖21是說明變形例3-4的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。

在變形例3-4中，在變形例3-3的發(fā)光層87上設(shè)置n陰極層(包層)92，之后設(shè)置面積減小的n陰極層(包層)88。并且，與p陽極(包層)86同樣的p陽極層(包層)93被埋入到n陰極層(包層)88的周圍。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同。

由于n陰極層(包層)88和n陰極層(包層)92與p包層93形成pn結(jié)，因而電流被限制在n陰極層(包層)88側(cè)。從而，與設(shè)置電流狹窄層同樣地抑制非發(fā)光復(fù)合中所消耗的電力，低消耗電力化和光取出效率提高。

這樣的結(jié)構(gòu)與埋入型波導(dǎo)相同。

關(guān)于變形例3-4，在變形例3-3形成n陰極層(包層)92和埋入用的p陽極層(包層)93即可。

另外，由于不使用電流狹窄層86b，因而在難以應(yīng)用水蒸氣氧化的inp、gan、藍(lán)寶石等襯底上的半導(dǎo)體材料中容易應(yīng)用。

[第四實(shí)施方式]

在第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c中，不使用第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中的發(fā)光二極管led、第三實(shí)施方式中的激光二極管ld，而使用垂直諧振面發(fā)光激光器(vcsel：verticalcavitysurfaceemittinglaser)作為發(fā)光元件。

另外，除發(fā)光芯片c以外，其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。從而，對(duì)發(fā)光芯片c進(jìn)行說明，省略同樣部分的說明。

圖22是用于說明第四實(shí)施方式的搭載有自掃描發(fā)光元件陣列(sled)的發(fā)光芯片c的電路結(jié)構(gòu)的等效電路圖。將第一實(shí)施方式中的圖5的發(fā)光二極管led1～led128更換為垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel1～vcsel128(在不區(qū)分的情況下，記為垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel)。其他結(jié)構(gòu)與圖5中相同，因而省略說明。

另外，在第一實(shí)施方式中，在圖6所示的發(fā)光芯片c的平面布局圖和剖面圖中也將發(fā)光二極管led更換為垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel即可。因而省略第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的平面布局圖和剖面圖。

圖23是第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的置位晶閘管s和垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel層疊而成的島301的放大剖面圖。

將置位晶閘管s與垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel層疊(晶閘管上的vcsel)。

基本構(gòu)成與圖13所示的第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c相同，因而省略說明。

關(guān)于垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel，在被兩個(gè)dbr層(p陽極(dbr)層86與n陰極(dbr)層88)夾在中間的發(fā)光層87中，光發(fā)生諧振并激光振蕩。兩個(gè)dbr層(p陽極(dbr)層86與n陰極(dbr)層88)的反射率例如達(dá)到99％以上時(shí)，發(fā)生激光振蕩。

在垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel，在隧道結(jié)層85與發(fā)光層87之間具有p陽極(dbr)層86。因此，由于光未達(dá)到隧道結(jié)層85，因而隧道結(jié)層85的帶隙可以小于垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel的振蕩波長(zhǎng)。從而，隧道結(jié)層85能夠低電阻化。

第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c如第一實(shí)施方式中所說明，根據(jù)圖9的時(shí)序圖而動(dòng)作。

另外，設(shè)置在垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel的p陽極(dbr)層86中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel的n陰極(dbr)層88中，也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。這種情況下，光以某一定量通過隧道結(jié)層85。并且，為了降低隧道結(jié)層85的光吸收，隧道結(jié)層85使用與帶隙對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)小于振蕩波長(zhǎng)的材料、或者使膜厚變薄、或者使其位于駐波的波節(jié)處等即可。

下面對(duì)第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例進(jìn)行說明。在以下所示的變形例中，發(fā)光芯片c的島301中的置位晶閘管s與激光二極管ld的層疊部分不同。其他結(jié)構(gòu)與至此說明的發(fā)光芯片c是同樣的，因而對(duì)不同的部分進(jìn)行說明，省略同樣部分的說明。

(第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例4-1)

圖24是說明變形例4-1的置位晶閘管s與垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel層疊而成的島301的放大剖面圖。

變形例4-1的基本構(gòu)成與圖13所示的第二實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例2-1相同，因而省略說明。

關(guān)于垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel，在被兩個(gè)dbr層(p陽極(dbr)層81與n陰極(dbr)層88)夾在中間的發(fā)光層87，使光進(jìn)行諧振而進(jìn)行激光振蕩。

另外，設(shè)置在垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel的p陽極層86中的電流狹窄層86b可以設(shè)置在垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel的n陰極(dbr)層88中、也可以設(shè)置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。

(第四實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例4-2)

圖25是說明變形例4-2的置位晶閘管s與垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel層疊而成的島301的放大剖面圖。

變形例4-2的基本構(gòu)成與圖12所示的第一實(shí)施方式的發(fā)光芯片c的變形例1-2相同，n陰極層84與n陰極層88為dbr層形式。其他結(jié)構(gòu)與變形例1-2相同，因而省略說明。

關(guān)于垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel，在被發(fā)光層87和p陽極層86夾在中間的兩個(gè)dbr層(n陰極(dbr)層84與n陰極(dbr)層88)中，使光進(jìn)行諧振而進(jìn)行激光振蕩。

另外，由于變形例4-2不使用電流狹窄層86b，因而在難以應(yīng)用水蒸氣氧化的inp、gan、藍(lán)寶石等襯底上的半導(dǎo)體材料中容易應(yīng)用。

另外，由于隧道結(jié)層85被用于使電流路徑變窄，因而非發(fā)光復(fù)合中消耗的電力受到抑制，低消耗電力化和光取出效率提高。

在第一實(shí)施方式到第四實(shí)施方式中，可以使發(fā)光元件(發(fā)光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel)、晶閘管(傳輸晶閘管t、置位晶閘管s)的導(dǎo)電型相反，同時(shí)可以變更電路的極性。即，可以使共陽極為共陰極。

另外，為了抑制發(fā)光元件(發(fā)光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel)導(dǎo)通時(shí)的發(fā)光延遲或衰減振動(dòng)，可以預(yù)先在發(fā)光元件中導(dǎo)入閾值電流以上的微小電流使其稍呈發(fā)光狀態(tài)或振蕩狀態(tài)。即，發(fā)光元件可按下述方式構(gòu)成：在置位晶閘管s導(dǎo)通前開始使發(fā)光元件稍發(fā)光，在置位晶閘管s導(dǎo)通時(shí)使發(fā)光元件的發(fā)光量增加，成為預(yù)定的光量。作為這樣的結(jié)構(gòu)，例如可以在發(fā)光元件(發(fā)光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel)的陽極層形成電極，在該電極上連接電壓源或電流源，在置位晶閘管s導(dǎo)通前開始從該電壓源或電流源向發(fā)光元件注入微弱的電流。

此外，在上文中，利用由發(fā)光元件(發(fā)光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發(fā)光激光器vcsel和晶閘管(傳輸晶閘管t、置位晶閘管s)構(gòu)成的自掃描發(fā)光元件陣列(sled)進(jìn)行了說明，在自掃描發(fā)光元件陣列(sled)中，除了上述部件以外，還可以包含控制用晶閘管、二極管、電阻等其他部件。

另外，傳輸晶閘管t之間是利用耦合二極管d連接的，但也可以利用電阻等可傳遞電位變化的部件來連接。

另外，在各實(shí)施方式中，作為傳輸晶閘管t和置位晶閘管s的結(jié)構(gòu)，只要為在各實(shí)施方式具有傳輸晶閘管t和置位晶閘管s的功能的結(jié)構(gòu)，也可以為pnpn4層結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)。例如，可以為具有晶閘管特性的pinin結(jié)構(gòu)、pipin結(jié)構(gòu)、npip結(jié)構(gòu)或pnin結(jié)構(gòu)等。這種情況下，只要pinin結(jié)構(gòu)中的被夾在p和n之間的i層、n層、i層、pnin結(jié)構(gòu)中的被夾在p和n之間的n層、i層中的任一層?xùn)艠O層、設(shè)置在柵極層上的n-歐姆電極332為柵極gt(柵極gs)的端子即可。或者，只要nipip結(jié)構(gòu)中的被夾在n和p之間的i層、p層、i層、npip結(jié)構(gòu)中的被夾在n和p之間的p層、i層中的任一層為柵極層、設(shè)置在柵極層上的p-歐姆電極332為柵極gt(柵極gs)的端子即可。

此外，在各實(shí)施方式中，構(gòu)成晶閘管的多個(gè)半導(dǎo)體層與構(gòu)成發(fā)光元件的多個(gè)半導(dǎo)體層隔著構(gòu)成隧道結(jié)的半導(dǎo)體層層疊而成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)也可以在自掃描發(fā)光元件陣列(sled)以外的用途中使用。例如，可以作為通過來自外部的電信號(hào)或光信號(hào)等的輸入來點(diǎn)亮的發(fā)光元件單體、或者作為自掃描發(fā)光元件陣列以外的發(fā)光元件陣列來使用。

在上文中，主要將p型gaas作為襯底80的示例進(jìn)行了說明。下面對(duì)于使用其他襯底的情況下的各半導(dǎo)體層(由圖10的(a)的半導(dǎo)體層疊體形成工序形成的半導(dǎo)體層疊體)的實(shí)例進(jìn)行說明。

首先，使用gan襯底的情況下的半導(dǎo)體層疊體的一例如下。

p陽極層81是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的p型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。

n柵極層82是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁷/cm³的n型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。

p柵極層83是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁷/cm³的p型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。

n陰極層84是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的n型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。

隧道結(jié)層85由高濃度添加了n型雜質(zhì)的n⁺⁺層85a和高濃度添加了n型雜質(zhì)的p⁺⁺層85b的接合(參照?qǐng)D10的(b))構(gòu)成。n⁺⁺層85a和p⁺⁺層85b的雜質(zhì)濃度例如為1×10²⁰/cm³，是高濃度。另外，通常的接合的雜質(zhì)濃度為10¹⁷/cm³～10¹⁸/cm³。n⁺⁺層85a與p⁺⁺層85b的組合(下文中記為n⁺⁺層85a/p⁺⁺層85b)例如是n⁺⁺gan/p⁺⁺gan、n⁺⁺gainn/p⁺⁺gainn、n⁺⁺algan/p⁺⁺algan。另外，組合也可以相互變更。

p陽極層86通過依序?qū)盈B下側(cè)p層86a、電流狹窄層86b、上側(cè)p層86c來構(gòu)成(參照?qǐng)D10的(c))。

下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c例如是雜質(zhì)濃度例如為1×10¹⁸/cm³的p型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。

由于在gan襯底上難以將氧化狹窄層作為電流狹窄層使用，因而將隧道結(jié)或脊形結(jié)構(gòu)、埋入型結(jié)構(gòu)用作電流狹窄層的圖12、圖18、圖20、圖21、圖25等為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)?；蛘邔㈦x子注入作為電流狹窄方法來使用也是有效的。

發(fā)光層87是阱(well)層與勢(shì)壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結(jié)構(gòu)。阱層例如為gan、ingan、algan等，勢(shì)壘層為algan、gan等。另外，發(fā)光層87可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點(diǎn))。

n陰極層88是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的n型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。

其次，使用inp襯底的情況下的半導(dǎo)體層疊體的一例如下。

p陽極層81是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的p型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。

n柵極層82是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁷/cm³的n型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。

p柵極層83是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁷/cm³的p型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。

n陰極層84是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的n型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。

隧道結(jié)層85由高濃度添加了n型雜質(zhì)的n⁺⁺層85a和高濃度添加了n型雜質(zhì)的p⁺⁺層85b的接合(參照?qǐng)D10的(b))構(gòu)成。n⁺⁺層85a和p⁺⁺層85b的雜質(zhì)濃度例如為1×10²⁰/cm³，為高濃度。另外，通常的接合的雜質(zhì)濃度為10¹⁷/cm³～10¹⁸/cm³。n⁺⁺層85a與p⁺⁺層85b的組合(下文中記為n⁺⁺層85a/p⁺⁺層85b)例如是n⁺⁺inp/p⁺⁺inp、n⁺⁺inasp/p⁺⁺inasp、n⁺⁺ingaasp/p⁺⁺ingaasp、n⁺⁺ingaaspsb/p⁺⁺ingaaspsb。另外，組合也可以相互變更。

p陽極層86通過依序?qū)盈B下側(cè)p層86a、電流狹窄層86b、上側(cè)p層86c來構(gòu)成(參照?qǐng)D10的(c))。

下側(cè)p層86a、上側(cè)p層86c例如是雜質(zhì)濃度1×10¹⁸/cm³的p型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。

由于在inp襯底上難以將氧化狹窄層作為電流狹窄層使用，因而將隧道結(jié)或脊形結(jié)構(gòu)、埋入型結(jié)構(gòu)用作電流狹窄層的圖12、圖18、圖20、圖21、圖25等為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)?；蛘邔㈦x子注入作為電流狹窄方法來使用也是有效的。

發(fā)光層87是阱(well)層與勢(shì)壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結(jié)構(gòu)。阱層例如為inas、ingaasp、algainas、gainaspsb等，勢(shì)壘層為inp、inasp、ingaasp、algainasp等。另外，發(fā)光層87可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點(diǎn))。

n陰極層88是例如雜質(zhì)濃度為1×10¹⁸/cm³的n型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。

這些半導(dǎo)體層通過例如有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(mocvd)、分子束外延法(mbe)等進(jìn)行層疊，形成半導(dǎo)體層疊體。