[发明专利]发光元件、发光元件阵列、光写头、及图像形成设备

说明书

技术领域

本发明涉及发光元件、发光元件阵列、光写头、及图像形成设备。

背景技术

表面发射元件阵列被用于打印机的接触式图像传感器和写入头等。典型的表面发射元件阵列是通过将发光元件的线性阵列集成在单个衬底上实现的。表面发射元件的典型示例包括发光二极管(LED)、发光晶闸管、和激光二极管。其中，发光晶闸管是具有pnpn结构的器件，在pnpn结构中，堆叠了诸如GaAs或AlGaAs层的化合物半导体层，并且其中对栅极施加驱动电流以使电流在阳极和阴极之间流过从而发光。日本未审查专利申请公开No.1-238962公开了一种自扫描发光元件阵列，其中多个发光晶闸管集成在一个衬底上，各发光晶闸管依次点亮。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供能够实现高输出功率的发光元件、发光元件阵列、光写头、和图像形成设备。

根据本发明的第一方面，提供了一种发光元件，其包括半导体衬底和形成在该半导体衬底上的岛结构。所述岛结构包括发光单元晶闸管和电流限制结构。发光单元晶闸管包括具有pnpn结构的堆叠的多个半导体层。电流限制结构包括高阻区和导电区，并限制导电区中的载流子。

根据本发明的第二方面，所述高阻区是通过从所述岛结构的至少一个侧表面对电流限制结构进行选择性氧化而形成的氧化区。

根据本发明的第三方面，电流限制结构是包括p型Al的半导体层，且电流限制结构形成在发光单元晶闸管中的p型阳极层中。

根据本发明的第四方面，电流限制结构由p型AlAs或AlGaAs形成，而高阻区是AlAs或AlGaAs的氧化区。

根据本发明的第五方面，所述岛结构还包括传递单元晶闸管，其包括半导体衬底上的具有pnpn结构的多个半导体层。传递单元晶闸管具有与发光单元晶闸管的顶部阴极层分离的顶部阴极层、和与发光单元晶闸管共用的栅极。

根据本发明的第六方面，电流限制结构的导电区形成在传递单元晶闸管的阴极层的正下方。

根据本发明的第七方面，所述岛结构还包括二极管和直接在该二极管下方的寄生晶闸管。该二极管由半导体衬底上的pnpn结构中的顶部pn层形成。寄生晶闸管包括半导体衬底上的具有pnpn结构的多个半导体层。寄生晶闸管具有与发光单元晶闸管的阴极层以及传递单元晶闸管的阴极层分离的顶部阴极层。电流限制结构的高阻区形成在寄生晶闸管的阴极层的正下方。

根据本发明的第八方面，所述寄生晶闸管包括由具有寄生晶闸管的顶部阴极层的pn结形成的二极管。该二极管具有形成在p型半导体层上的阳极电极、和形成在阴极层上的阴极电极。该二极管的阳极电极用作被发光单元晶闸管和传递单元晶闸管共用的栅极电极。

根据本发明的第九方面，电流限制结构中的高阻区和寄生晶闸管的阴极层重叠时高阻区与寄生晶闸管的阴极层的面积比大于电流限制结构中的高阻区和传递单元晶闸管的阴极层重叠时所述高阻区与传递单元晶闸管的阴极层的面积比，且大于电流限制结构中的高阻区和发光单元晶闸管的阴极层重叠时所述高阻区与发光单元晶闸管的阴极层的面积比。

根据本发明的第十方面，所述岛结构还包括邻近寄生晶闸管的阴极层形成、且平行于寄生晶闸管的阴极层延伸的沟槽。该沟槽的深度至少达到电流限制结构。电流限制结构通过该沟槽暴露于所述岛结构的侧表面，并从该侧表面选择性地被氧化。

根据本发明的第十一方面，所述岛结构被所述沟槽分成第一岛结构和第二岛结构。第一岛结构具有所述二极管的阳极电极。第二岛结构具有被发光单元晶闸管和传递单元晶闸管共用的栅极电极。

根据本发明的第十二方面，所述高阻区全部形成在寄生晶闸管的阴极层的正下方。

根据本发明的第十三方面，提供了一种包括多个发光元件的自扫描发光元件阵列。所述多个发光元件中的每一个发光元件是根据本发明第七方面的发光元件。将第一传递信号施加至多个发光元件中的岛结构中位于奇数编号位置的岛结构的传递单元晶闸管的阴极层，将不同于第一传递信号的第二传递信号施加至多个发光元件中的岛结构中位于偶数编号位置的岛结构的传递单元晶闸管的阴极层。多个发光元件中的岛结构中相邻岛结构的各传递单元晶闸管的栅极经由二极管彼此电连接。

根据本发明的第十四方面，提供了一种光写头，其包括根据本发明第十三方面的发光元件阵列。

根据本发明的第十五方面，提供了一种图像形成设备，其包括根据本发明第十四方面的光写头。

根据本发明的第一方面，可以实现具有高输出功率的发光元件。

根据本发明的第二方面，可以抑制载流子被岛结构的侧表面俘获。