(57)【要約】【課題】高い発光特性を持つ発光サイリスタ及びこれを備えた装置を提供する。【解決手段】発光サイリスタ（１０）は、第１の導電型の第１の半導体層（１０１０）と、第１の半導体層に隣接して配置された第２の導電型の第２の半導体層（１０２０）と、第２の半導体層に隣接して配置された第１の導電型の第３の半導体層（１０３０）と、第３の半導体層に隣接して配置された第２の導電型の第４の半導体層（１０４０）とを有し、第１の半導体層は、第２の半導体層に隣接する活性層（１０１２）を有し、第２の半導体層は、活性層に隣接する第１の層（１０２１）と、第１の層（１０２１）と第３の半導体層との間に配置される第２の層（１０２２）とを有し、第１の層（１０２１）は、活性層（１０１２）のバンドギャップ（ＢＧａｃ）及び第２の層（１０２２）のバンドギャップ（ＢＧｎｇ）より大きいバンドギャップ（ＢＧｈ）を有する。【選択図】図２
2020107726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の第１の半導体層と、
前記第１の半導体層に隣接して配置された第２の導電型の第２の半導体層と、
前記第２の半導体層に隣接して配置された第１の導電型の第３の半導体層と、
前記第３の半導体層に隣接して配置された第２の導電型の第４の半導体層と
を有し、
前記第１の半導体層は、前記第２の半導体層に隣接する活性層を有し、
前記第２の半導体層は、前記活性層に隣接する第１の層と、前記第１の層と前記第３の半導体層との間に配置される第２の層とを有し、
前記第１の層は、前記活性層のバンドギャップ及び前記第２の層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する
ことを特徴とする発光サイリスタ。
【請求項２】
前記第２の層のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップに等しいことを特徴とする請求項１に記載の発光サイリスタ。
【請求項３】
前記第２の層のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光サイリスタ。
【請求項４】
前記第１の層の不純物濃度は、
前記活性層の不純物濃度より低く、
前記第２の層の不純物濃度に等しい
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項５】
前記第１の層の不純物濃度は、
前記活性層の不純物濃度より低く、
前記第２の層の不純物濃度より高い
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項６】
前記第１の半導体層の不純物濃度は、前記第２の半導体層の不純物濃度及び前記第３の半導体層の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項７】
前記第４の半導体層の不純物濃度は、前記第２の半導体層の不純物濃度及び前記第３の半導体層の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項８】
前記活性層は、Ａｌ組成比が０．１４以上０．１８以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第２の層は、Ａｌ組成比が０．１４以上０．２５以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第３の半導体層は、Ａｌ組成比が０．１４以上０．２５以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第１の層は、Ａｌ組成比が０．２以上０．５以下のＡｌＧａＡｓ層である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項９】
前記第１の半導体層は、
前記第１の層の反対側において、前記活性層と隣接する第３の層と、
前記活性層の反対側において、前記第３の層と隣接する第４の層と
を有し、
前記第３の層は、前記活性層のバンドギャップ及び前記第４の層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項１０】
前記活性層は、Ａｌ組成比が０．１４以上０．１８以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第２の層は、Ａｌ組成比が０．１４以上０．２５以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第３の半導体層は、Ａｌ組成比が０．１４以上０．２５以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第１の層は、Ａｌ組成比が０．２以上０．５以下のＡｌＧａＡｓ層であり、
前記第３の層は、Ａｌ組成比が０．２以上０．５以下のＡｌＧａＡｓ層である
ことを特徴とする請求項９に記載の発光サイリスタ。
【請求項１１】
前記第１の導電型はＰ型であり、前記第２の導電型はＮ型であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項１２】
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から１０のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項１３】
前記第１の半導体層と電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の半導体層又は前記第３の半導体層と電気的に接続された第２の電極と、
前記第４の半導体層と電気的に接続された第３の電極と
をさらに有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光サイリスタ。
【請求項１４】
基材部と、
前記基材部上に配置された請求項１から１３のいずれか１項に記載の発光サイリスタと
を有することを特徴とする発光素子チップ。
【請求項１５】
前記第１の半導体層は、前記第４の半導体層よりも前記基材部に近い側に配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子チップ。
【請求項１６】
前記第１の半導体層は、前記第４の半導体層よりも前記基材部から離れた側に配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の発光素子チップ。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の発光素子チップを有することを特徴とする光プリントヘッド。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光プリントヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光サイリスタ、前記発光サイリスタを有する発光素子チップ、前記発光素子チップを有する光プリントヘッド、及び前記光プリントヘッドを有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の発光素子を備えた光プリントヘッドを露光装置として備えた電子写真方式の画像形成装置が広く普及している。この画像形成装置では、光プリントヘッドから出射された光を感光体ドラムの表面に照射して、感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する。また、光プリントヘッドが備える発光素子として、３端子発光素子である発光サイリスタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３９０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の発光サイリスタには、より高い発光特性が求められている。
【０００５】
本発明は、高い発光特性を持つ発光サイリスタ、前記発光サイリスタを有する発光素子チップ、前記発光素子チップを有する光プリントヘッド、及び前記光プリントヘッドを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る発光サイリスタは、第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の半導体層に隣接して配置された第２の導電型の第２の半導体層と、前記第２の半導体層に隣接して配置された第１の導電型の第３の半導体層と、前記第３の半導体層に隣接して配置された第２の導電型の第４の半導体層とを有し、前記第１の半導体層は、前記第２の半導体層に隣接する活性層を有し、前記第２の半導体層は、前記活性層に隣接する第１の層と、前記第１の層と前記第３の半導体層との間に配置される第２の層とを有し、前記第１の層は、前記活性層のバンドギャップ及び前記第２の層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い発光特性を持つ発光サイリスタ及び発光素子チップを提供することができる。また、本発明によれば、印刷画像の品質を向上させることができる光プリントヘッド及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発光サイリスタの構造を示す概略平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る発光サイリスタの構造、すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る断面構造を示す概略断面図である。
【図３】図２の発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図４】第１の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図５】第１の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図６】図５の発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図７】第１の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図９】図８の発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図１１】第２の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図１２】図１１の発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施形態に係る発光サイリスタの効果を示す図である。
【図１６】第３の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図１７】第３の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図１９】図１８の発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図２０】第４の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタの構造を示す概略断面図である。
【図２１】図２０の発光サイリスタの各半導体層の不純物濃度及びＡｌ組成比の例を示す図である。
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る光プリントヘッドの要部である基板ユニットの構造を示す概略斜視図である。
【図２３】第５の実施形態に係る光プリントヘッドの構造を示す概略断面図である。
【図２４】本発明の第６の実施形態に係る画像形成装置の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態に係る発光サイリスタ、発光素子チップ、光プリントヘッド、及び画像形成装置を、図面を参照しながら説明する。各図において、同じ構成要素には、同じ符号が付される。また、以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態の構成を、適宜組み合わせることが可能である。
【００１０】
第１の実施形態（図１から図７）、第２の実施形態（図８から図１３）、第３の実施形態（図１４から図１７）及び第４の実施形態（図１８から図２１）において、発光サイリスタ及び発光素子チップを説明する。発光素子チップは、１つ以上の発光サイリスタを有する。発光素子チップは、直線状に配列された複数の発光サイリスタを有してもよい。例えば、発光素子チップは、基材部と、基材部上に配置された複数の発光サイリスタとを有する。発光素子チップは、複数の発光サイリスタを点灯及び消灯させる駆動回路としての半導体集積回路部（「駆動ＩＣ部」とも言う）を備えてもよい。発光サイリスタと駆動ＩＣ部とを備えた発光素子チップを、「半導体複合装置」とも言う。
【００１１】
第５の実施形態（図２２及び図２３）において、第１から第４の実施形態のいずれかの発光素子チップを有する光プリントヘッドを説明する。光プリントヘッドは、１つ以上の発光素子チップを有する。光プリントヘッドは、画像形成装置の像担持体である感光体ドラムの表面に静電潜像を形成するための露光装置である。光プリントヘッドは、直線状に配列された複数の発光素子チップを有してもよい。
【００１２】
第６の実施形態（図２４）において、第５の実施形態に係る光プリントヘッドを有する画像形成装置を説明する。画像形成装置は、電子写真プロセスによって印刷媒体上に現像剤からなる画像を形成する装置である。画像形成装置は、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置、又は多機能周辺装置（ＭＰＦ）などである。
【００１３】
《１》第１の実施形態
《１−１》構成
図１は、第１の実施形態に係る発光サイリスタ１０の構造を示す概略平面図である。図１には、複数の発光サイリスタ１０を有する半導体装置１０００が示されている。半導体装置１０００は、基材部１０１上に配置されている。図１に示されるように、基材部１０１は、例えば、基材１０２と、その上に形成された平坦化層１０３とを有している。発光素子チップ１００は、基材部１０１と、その上に配置された半導体装置１０００とを有している。半導体装置１０００は、「発光素子アレイ」又は「発光サイリスタアレイ」とも称される。また、発光素子チップ１００は、「発光素子アレイチップ」又は「発光サイリスタアレイチップ」とも称される。なお、図１においては、半導体装置１０００の構造を理解し易くするために、絶縁膜７１（図２に示される。）を記載していない。
【００１４】
基材１０２としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板、ＩＣ（集積回路）基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスティック基板、金属基板などを使用することができる。第１の実施形態では、基材１０２は、３端子発光素子である発光サイリスタを駆動する駆動ＩＣ部と、外部の装置との配線に使用される外部接続パッド１０４とを有するＩＣ基板である。
【００１５】
平坦化層１０３は、発光サイリスタ１０が配置される平滑な表面を有する。平坦化層１０３は、無機膜又は有機膜である。基材１０２の表面が平滑である場合には、平坦化層１０３を備えずに、基材１０２の表面に半導体装置１０００を備えることも可能である。
【００１６】
発光サイリスタ１０は、例えば、製造用基材としての成長基材上で形成される。発光サイリスタ１０をＡｌＧａＡｓ（アルミニウム・ガリウム・砒素）系半導体材料で形成する場合には、成長基材としてＧａＡｓ（ガリウム・砒素）基材を用いることができる。発光サイリスタ１０は、成長基材上で、例えば、エピタキシャル成長によって形成される。発光サイリスタ１０は、例えば、半導体層の積層構造を持つ半導体薄膜であるエピタキシャルフィルムを成長基材から剥がし、剥がされたエピタキシャルフィルムを基材１０２上の平坦化層１０３の表面に貼り付け、エピタキシャルフィルムを加工することで形成される。平坦化層１０３の表面上に置かれたエピタキシャルフィルムは、分子間力などによって平坦化層１０３に固定される。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係る発光サイリスタ１０の構造、すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る断面構造を示す概略断面図である。図２に示されるように、発光サイリスタ１０は、第１の導電型の第１の半導体層１０１０と、第１の半導体層１０１０に隣接して配置された第１導電型と異なる第２の導電型の第２の半導体層１０２０と、第２の半導体層１０２０に隣接して配置された第１の導電型の第３の半導体層１０３０と、第３の半導体層１０３０に隣接して配置された第２の導電型の第４の半導体層１０４０とを有している。第１の実施形態では、第１の導電型はＰ型であり、第２の導電型はＮ型である。
【００１８】
また、図２に示されるように、発光サイリスタ１０は、第１の半導体層１０１０と電気的に接続された第１の電極としてのアノード電極４１Ａと、第３の半導体層１０３０と電気的に接続された第２の電極としてのゲート電極５１Ｇと、第４の半導体層１０４０と電気的に接続された第３の電極としてのカソード電極６１Ｋとを有している。カソード電極６１Ｋは、カソード配線６２Ｋによって基材部１０１のカソード端子６３Ｋ（図１に示される。）に電気的に接続される。ゲート電極５１Ｇは、ゲート配線５２Ｇによって基材部１０１のゲート端子５３Ｇ（図１に示される。）に電気的に接続される。アノード電極４１Ａは、アノード配線４２Ａによって基材部１０１のアノード端子４３Ａ（図１に示される。）に電気的に接続される。
【００１９】
Ｐ型の第１の半導体層１０１０は、アノード電極４１Ａに電気的に接続されたアノード層１０１１と、アノード層１０１１に隣接して配置されたＰ型の活性層１０１２とを有している。
【００２０】
Ｎ型の第２の半導体層１０２０は、活性層１０１２に隣接して配置された障壁層であるＮ型の正孔バリア層１０２１と、正孔バリア層１０２１と第３の半導体層１０３０との間に配置されたＮ型ゲート層１０２２とを有している。正孔バリア層１０２１を「第１の層」とも言う。また、Ｎ型ゲート層１０２２を「第２の層」とも言う。
【００２１】
図３は、発光サイリスタ１０の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ（アルミニウム）組成比ＣＲの例を示す図である。第１の実施形態では、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０の不純物濃度をＩＭｐｇとし、第２の半導体層（Ｎ型ゲート層）１０２０の不純物濃度をＩＭｎｇとし、第１の半導体層１０１０の活性層１０１２の不純物濃度をＩＭａｃとした場合に、発光サイリスタ１０は、以下の条件式（１）及び（２）を満たすように形成される。
ＩＭｐｇ＜ＩＭａｃ                                      （１）
ＩＭｎｇ＜ＩＭａｃ                                      （２）
【００２２】
また、図３では、不純物濃度として以下の数値例が示されている。
ＩＭａｃ≒１×１０１９［ｃｍ−３］
ＩＭｐｇ≒５×１０１７［ｃｍ−３］
ＩＭｎｇ≒２×１０１７［ｃｍ−３］
ただし、不純物濃度は、図３に示される数値例に限定されない。
【００２３】
発光サイリスタ１０において、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０の不純物濃度ＩＭｐｇと第２の半導体層（Ｎ型ゲート層）１０２０の不純物濃度ＩＭｎｇとを低くし、第１の半導体層１０１０の活性層１０１２の不純物濃度ＩＭａｃを高くする理由は、第２の半導体層１０２０及び第３の半導体層１０３０内における電子と正孔の再結合の発生確率を低くし、不純物濃度ＩＭａｃが高い活性層１０１２内における電子と正孔の再結合の発生確率を高くすることで、発光効率を上げるためである。
【００２４】
また、第１の実施形態では、発光サイリスタ１０は、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０のＡｌ組成比をＣＲｐｇとし、Ｎ型ゲート層１０２２のＡｌ組成比をＣＲｎｇとし、活性層１０１２のＡｌ組成比をＣＲａｃとし、正孔バリア層１０２１のＡｌ組成比をＣＲｈとした場合に、以下の条件式（３）を満たすように形成される。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ＜ＣＲｈ                    （３）
【００２５】
ただし、条件式（３）において、必ずしもＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇを満たす必要はない。発光サイリスタ１０は、条件式（３）の代わりに、以下の条件式（４）及び（５）を満たすように形成されてもよい。
ＣＲａｃ≦ＣＲｐｇ＜ＣＲｈ                              （４）
ＣＲａｃ≦ＣＲｎｇ＜ＣＲｈ                              （５）
【００２６】
また、発光サイリスタ１０の各半導体層のＡｌ組成比ＣＲは、各半導体層のバンドギャップＢＧに対応する。言い換えれば、発光サイリスタ１０の各半導体層のＡｌ組成比ＣＲが大きくなれば各半導体層のバンドギャップＢＧは大きくなり、各半導体層のＡｌ組成比ＣＲが小さくなれば各半導体層のバンドギャップＢＧは小さくなる。したがって、条件式（３）〜（５）は、バンドギャップを用いた以下の条件式（６）〜（８）と等価である。
ＢＧａｃ＝ＢＧｎｇ＝ＢＧｐｇ＜ＢＧｈ                    （６）
ＢＧａｃ≦ＢＧｐｇ＜ＢＧｈ                              （７）
ＢＧａｃ≦ＢＧｎｇ＜ＢＧｈ                              （８）
ここで、ＢＧｐｇは、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０のバンドギャップであり、ＢＧｎｇは、Ｎ型ゲート層１０２２のバンドギャップであり、ＢＧａｃは、活性層１０１２のバンドギャップであり、ＢＧｈは、正孔バリア層１０２１のバンドギャップである。
【００２７】
図３では、Ａｌ組成比として以下の数値例が示されている。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ≒０．１５
ＣＲｈ≒０．４０
また、図３では、アノード層１０１１のＡｌ組成比をＣＲｐａ（バンドギャップＢＧｐａに対応する。）とし、第４の半導体層１０４０のＡｌ組成比をＣＲｎｋ（バンドギャップＢＧｎｋに対応する。）とすると、
ＣＲｐａ＝ＣＲｎｋ≒０．２５
である例が示されている。ただし、Ａｌ組成比は、図３の数値例に限定されない。
【００２８】
発光サイリスタ１０を構成する半導体材料は、例えば、ＩｎＰ（インジウム・リン）系半導体材料、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料、又はＡｌＩｎＧａＰ（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）系半導体材料などである。
【００２９】
発光サイリスタ１０をＡｌＧａＡｓ系半導体材料で形成する場合、各半導体層を、例えば、以下のように構成することができる。第１の半導体層１０１０のアノード層１０１１はＰ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層で形成し、活性層１０１２は、Ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層で形成し、正孔バリア層１０２１は、Ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層で形成し、Ｎ型ゲート層１０２２は、Ｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層で形成する。第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０は、Ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層で形成し、第４の半導体層（カソード層）１０４０は、Ｎ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層で形成する。
【００３０】
ＡｌＧａＡｓを、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）で表現した場合、ｙがＡｌ組成比である。活性層１０１２のＡｌ組成比ＣＲａｃは、０．１４以上０．１８以下であることが望ましい。また、Ｎ型ゲート層１０２２のＡｌ組成比ＣＲｎｇ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０のＡｌ組成比ＣＲｐｇは、０．１４以上０．２５以下であることが望ましい。また、正孔バリア層１０２１のＡｌ組成比ＣＲｈは、０．２以上０．５以下であることが望ましい。
【００３１】
ゲート電極５１Ｇ及びアノード電極４１Ａは、Ｐ型ＡｌＧａＡｓとオーミックコンタクトを形成することができるＴｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｚｎ（亜鉛）などの金属、又はこれらの金属の合金、又はこれらの金属若しくは合金の積層構造などによって形成することができる。また、カソード電極６１Ｋは、Ｎ型ＡｌＧａＡｓとオーミックコンタクトを形成することができるＡｕ、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｎｉ、Ｐｔなどの金属、又はこれらの金属の合金、又はこれらの金属若しくは合金の積層構造などによって形成することができる。
【００３２】
絶縁膜７１は、ＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）又はＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）などの無機絶縁膜、又はポリイミドなどの有機絶縁膜で形成することができる。
【００３３】
《１−２》動作
半導体装置１０００では、駆動ＩＣ部（例えば、基材１０２内に形成された半導体集積回路）がゲート電極５１Ｇからカソード電極６１Ｋへゲート電流を供給することにより、発光サイリスタ１０は点灯状態（発光状態）、すなわち、オン状態にされ、駆動ＩＣ部がアノード電極４１Ａとカソード電極６１Ｋとの間に保持電流以上の電流を流すことにより、点灯状態が維持される。第１の実施形態において、発光サイリスタ１０の発光は、主に、活性層１０１２内の正孔とＮ型ゲート層１０２２から活性層１０１２内に移動した電子とが再結合することで発生する。再結合により発生した光は、第２の半導体層１０２０、第３の半導体層１０３０、及び第４の半導体層１０４０を通過して、図２における上方に出射する。
【００３４】
発光サイリスタ１０が点灯状態であるときには、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０内及びＮ型ゲート層１０２２内においても電子と正孔の再結合が発生する。しかし、上記条件式（１）及び（２）に示されるように、活性層１０１２の不純物濃度ＩＭａｃを第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０の不純物濃度ＩＭｐｇ及び第２の半導体層（Ｎ型ゲート層）１０２０の不純物濃度ＩＭｎｇより高くしているので、活性層１０１２内におけるキャリアである正孔の移動度は小さい。したがって、活性層１０１２内では、第３の半導体層１０３０内及び第２の半導体層１０２０内における再結合の発生確率よりも高い発生確率で再結合が起こる。つまり、第３の半導体層１０３０の不純物濃度ＩＭｐｇ及び第２の半導体層１０２０の不純物濃度ＩＭｎｇよりも、活性層１０１２の不純物濃度ＩＭａｃを高く設定すると、活性層１０１２におけるキャリア（図２では、正孔）の濃度が増加するため、電子と正孔の再結合の発生確率が高くなる。
【００３５】
また、上記条件式（６）、又は条件式（７）及び（８）に示されるように、正孔バリア層１０２１のバンドギャップＢＧｈが、Ｎ型ゲート層１０２２のバンドギャップＢＧｎｇよりも大きい場合には、Ｐ型の活性層１０１２内において第２の半導体層１０２０に向かって移動する正孔に対してエネルギー障壁が生じる。つまり、バンドギャップが高い正孔バリア層１０２１は、正孔の通過を制限する障壁層としての機能を持つので、正孔がＰ型の活性層１０１２からＮ型ゲート層１０２２に抜け出てしまうことを抑制することができる。このため、活性層１０１２における正孔の量の減少は抑制され、活性層１０１２における正孔と電子の再結合の発生確率が高くなる。
【００３６】
《１−３》効果
以上に説明したように、発光サイリスタ１０は、条件式（６）、又は条件式（７）及び（８）に示されるように、バンドギャップの条件ＢＧａｃ＜ＢＧｈを満たす正孔バリア層１０２１を備えている。また、図２の例では、正孔バリア層１０２１は、活性層１０１２の導電型であるＰ型と異なる導電型であるＮ型の半導体層であり、活性層１０１２の内側（すなわち、図２ではアノード層１０１１の反対側）に配置されている。このような構造によって、活性層１０１２内におけるキャリアである正孔の閉じ込め効果が得られる。このため、活性層１０１２においてＮ型ゲート層１０２２に向かう正孔が活性層１０１２内で電子と再結合する確率が高くなり、発光効率が上がる。この結果、発光サイリスタ１０の発光量が増加する。
【００３７】
また、発光サイリスタ１０では、条件式（１）及び（２）に示されるように、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０の不純物濃度ＩＭｐｇと第２の半導体層１０２０の不純物濃度ＩＭｎｇとを低くし、活性層１０１２の不純物濃度ＩＭａｃを高くしている。このため、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０及び第２の半導体層１０２０におけるキャリアの移動度は大きくなり、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０及び第２の半導体層１０２０内における再結合の発生確率は低くなる。また、活性層１０１２におけるキャリアの移動度は小さくなり、活性層１０１２内における再結合の発生確率は高くなる。このため、活性層１０１２における正孔と電子の再結合の発生確率が高くなり、発光効率が上がる。この結果、発光サイリスタ１０の発光量が増加する。
【００３８】
さらに、発光サイリスタ１０では、活性層１０１２をＰ型半導体で形成しているので、不純物濃度ＩＭａｃを高い濃度（例えば、１×１０１９ｃｍ−３）にすることができる。このため、活性層１０１２における正孔の量が増えるので、活性層１０１２における再結合の発生確率は高くなり、発光効率が上がる。この結果、発光サイリスタ１０の発光量が増加する。
【００３９】
さらにまた、発光素子チップ１００では、活性層１０１２を半導体積層構造である発光サイリスタ１０の下部、すなわち、基材部１０１に近い側に設けている。この場合、活性層１０１２の面積を広くすることができるので、活性層１０１２で発生した光の発光量を増加させることができる。
【００４０】
《１−４》第１の実施形態の第１変形例
図４は、第１の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ１１の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る面に対応する断面構造）を示す概略断面図である。半導体装置１１００は、複数の発光サイリスタ１１を有している。発光素子チップ１１０は、基材部１０１と、半導体装置１１００とを有している。発光サイリスタ１１は、第２の半導体層（Ｎ型ゲート電極）１１２０が広い領域、すなわち、ゲート電極５１Ｇの形成領域を含む広い領域に形成され、第３の半導体層（Ｐ型ゲート電極）１１３０が狭い領域に形成される点が、図２に示される発光サイリスタ１０と相違する。この点以外に関しては、図４の発光サイリスタ１１は、図２の発光サイリスタ１０と同じである。
【００４１】
図４の発光サイリスタ１１は、Ｐ型の第１の半導体層１１１０と、Ｎ型の第２の半導体層１１２０と、Ｐ型の第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１１３０と、Ｎ型の第４の半導体層（カソード層）１１４０とを有している。第１の半導体層１１１０は、アノード層１１１１と、活性層１１１２とを有している。第２の半導体層１１２０は、正孔バリア層１１２１と、Ｎ型ゲート層１１２２とを有している。図４に示される発光サイリスタ１１の第１から第４の半導体層１１１０，１１２０，１１３０，１１４０は、図２に示される発光サイリスタ１０の第１から第４の半導体層１０１０，１０２０，１０３０，１０４０と同じ半導体材料で構成される。したがって、図４に示される発光サイリスタ１１は、図２に示される発光サイリスタ１０と同様に、条件式（１）〜（８）を満たす。よって、図４に示される発光サイリスタ１１では、図２に示される発光サイリスタ１０の場合と同様に、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００４２】
また、図４に示される発光サイリスタ１１では、Ｎ型ゲート層１１２２上にゲート電極５１Ｇが形成されているので、Ｐ型ゲート層上にゲート電極５１Ｇを形成する場合に比べて、コンタクト抵抗を低減することが容易である。
【００４３】
《１−５》第１の実施形態の第２変形例
図５は、第１の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタ１２の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る面に対応する断面構造）を示す概略断面図である。半導体装置１２００は、複数の発光サイリスタ１２を有している。発光素子チップ１２０は、基材部１０１と、半導体装置１２００とを有している。
【００４４】
発光サイリスタ１２は、Ｎ型の第１の半導体層１２４０と、第１の半導体層１２４０に隣接して配置されたＰ型の第２の半導体層１２３０と、第２の半導体層１２３０に隣接して配置されたＮ型の第３の半導体層１２２０と、第３の半導体層１２２０に隣接して配置されたＰ型の第４の半導体層１２１０とを有している。第１の半導体層１２４０は、カソード層１２４２と、カソード層１２４２に隣接して配置されたＮ型の活性層１２４１とを有している。第２の半導体層１２３０は、Ｎ型の活性層１２４１に隣接して配置されたＰ型の障壁層である電子バリア層１２３２と、電子バリア層１２３２に隣接して配置されたＰ型ゲート層１２３１とを有している。第３の半導体層１２２０は、Ｐ型ゲート層１２３１に隣接して配置されたＮ型ゲート層である。第４の半導体層１２１０は、第３の半導体層１２２０に隣接して配置されたアノード層である。
【００４５】
図６は、発光サイリスタ１２の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。第１の実施形態の第２変形例では、第２の半導体層１２３０の不純物濃度をＩＭｐｇとし、第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）１２２０の不純物濃度をＩＭｎｇとし、第１の半導体層１０１０の活性層１２４１の不純物濃度をＩＭａｃとした場合に、発光サイリスタ１２は、上記条件式（１）及び（２）を満たすように形成される。
【００４６】
また、図６では、不純物濃度として以下の数値例が示されている。
ＩＭａｃ≒１×１０１８［ｃｍ−３］
ＩＭｐｇ≒５×１０１７［ｃｍ−３］
ＩＭｎｇ≒２×１０１７［ｃｍ−３］
ただし、不純物濃度は、図６の数値例に限定されない。
【００４７】
また、第１の実施形態の第２変形例では、発光サイリスタ１２は、第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）１２２０のＡｌ組成比をＣＲｎｇとし、第２の半導体層１２３０のＡｌ組成比をＣＲｐｇとし、活性層１２４１のＡｌ組成比をＣＲａｃとし、電子バリア層１２３２のＡｌ組成比をＣＲｅとした場合に、以下の条件式（３ａ）を満たすように形成される。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ＜ＣＲｅ                    （３ａ）
【００４８】
ただし、条件式（３ａ）において、必ずしもＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇを満たす必要はない。発光サイリスタ１２は、条件式（３ａ）の代わりに、以下の条件式（４ａ）及び（５ａ）を満たすように形成されてもよい。
ＣＲａｃ≦ＣＲｐｇ＜ＣＲｅ                              （４ａ）
ＣＲａｃ≦ＣＲｎｇ＜ＣＲｅ                              （５ａ）
【００４９】
また、発光サイリスタ１２の各半導体層のＡｌ組成比ＣＲは、各半導体層のバンドギャップＢＧに対応する。したがって、条件式（３ａ）〜（５ａ）は、バンドギャップを用いた以下の条件式（６ａ）〜（８ａ）と等価である。
ＢＧａｃ＝ＢＧｎｇ＝ＢＧｐｇ＜ＢＧｅ                    （６ａ）
ＢＧａｃ≦ＢＧｐｇ＜ＢＧｅ                              （７ａ）
ＢＧａｃ≦ＢＧｎｇ＜ＢＧｅ                              （８ａ）
ここで、ＢＧｐｇは、第２の半導体層１２３０のバンドギャップであり、ＢＧｎｇは、第３の半導体層１２２０のバンドギャップであり、ＢＧａｃは、活性層１２４１のバンドギャップであり、ＢＧｅは、電子バリア層１２３２のバンドギャップである。
【００５０】
図６では、Ａｌ組成比として以下の数値例が示されている。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ≒０．１５
ＣＲｅ≒０．４０
また、図６では、カソード層１２４２のＡｌ組成比をＣＲｎｋ（バンドギャップＢＧｎｋに対応する。）とし、第４の半導体層１２１０のＡｌ組成比をＣＲｐａ（バンドギャップＢＧｐａに対応する。）とすると、
ＣＲｎｋ＝ＣＲｐａ≒０．２５
が示されている。ただし、Ａｌ組成比は、図６の数値例に限定されない。
【００５１】
Ｎ型の活性層１２４１とＰ型ゲート層１２３１との間にＡｌ組成比ＣＲｅが高く、バンドギャップＢＧｅが高いＰ型の電子バリア層１２３２を設ける理由は、Ｐ型の電子バリア層１２３２が、Ｎ型の活性層２０１３において電子バリア層１２３２に向かって進む電子の障壁層として働き、Ｎ型の活性層２０１３における電子の閉じ込め効果を向上させることができ、活性層２０１３内での再結合を増加させることができるからである。
【００５２】
また、条件式（６ａ）、又は条件式（７ａ）及び（８ａ）に示されるように、電子バリア層１２３２のバンドギャップＢＧｅが、Ｐ型ゲート層１２３１及び第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）１２２０のバンドギャップＢＧｐｇ，ＢＧｎｇよりも大きい場合には、活性層１２４１に移動してきた電子を電子バリア層１２３２によって受けることによって、電子バリア層１２３２からＰ型ゲート層１２３１に抜け出てしまう電子の量が低減する。このため、活性層１２４１におけるキャリアの量は減少し難く、活性層１２４１における再結合の発生確率が高くなるので、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００５３】
図５及び図６に示される発光サイリスタ１２の第４から第１の半導体層１２１０，１２２０，１２３０，１２４０は、図２及び図３に示される発光サイリスタ１０の第１から第４の半導体層１０１０，１０２０，１０３０，１０４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図５及び図６に示される発光サイリスタ１２では、図２及び図３に示される発光サイリスタ１０と同様に発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００５４】
さらに、活性層１２４１を半導体積層構造である発光サイリスタ１２の上部（すなわち、基材部１０１から離れた側）に設け、活性層１２４１で発生した光を図５における上方向に取り出す。この場合、活性層１２４１で発生した光が通過する半導体層が少ないので、活性層１２４１で発生した光の吸収を減らし、光取り出し効率を向上させることができる。
【００５５】
《１−６》第１の実施形態の第３変形例
図７は、第１の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ１３の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。第１の実施形態の第３変形例において、図２及び図３に示される発光サイリスタ１０と同じ構成には、図２及び図３における符号と同じ符号が付される。第１の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ１３は、Ｎ型ゲート層１０２２ａ及第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０ａのＡｌ組成比ＣＲｎｇ及びＣＲｐｇが、活性層１０１２のＡｌ組成比ＣＲａｃより高い点において、図２及び図３に示される発光サイリスタ１０と相違する。
【００５６】
第１の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ１３は、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０ａのＡｌ組成比をＣＲｐｇとし、Ｎ型ゲート層１０２２ａのＡｌ組成比をＣＲｎｇとし、活性層１０１２のＡｌ組成比をＣＲａｃとし、正孔バリア層１０２１のＡｌ組成比をＣＲｈとした場合に、以下の条件式（３ｂ）を満たすように形成される。
ＣＲａｃ＜ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ＜ＣＲｈ                    （３ｂ）
【００５７】
ただし、条件式（３ｂ）において、必ずしもＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇを満たす必要はない。発光サイリスタ１３は、条件式（３ｂ）の代わりに、以下の条件式（４ｂ）及び（５ｂ）を満たすように形成されてもよい。
ＣＲａｃ＜ＣＲｐｇ＜ＣＲｈ                              （４ｂ）
ＣＲａｃ＜ＣＲｎｇ＜ＣＲｈ                              （５ｂ）
【００５８】
また、発光サイリスタ１３の各半導体層のＡｌ組成比ＣＲは、各半導体層のバンドギャップＢＧに対応する。したがって、条件式（３ｂ）〜（５ｂ）は、バンドギャップを用いた以下の条件式（６ｂ）〜（８ｂ）と等価である。
ＢＧａｃ＜ＢＧｎｇ＝ＢＧｐｇ＜ＢＧｈ                    （６ｂ）
ＢＧａｃ＜ＢＧｐｇ＜ＢＧｈ                              （７ｂ）
ＢＧａｃ＜ＢＧｎｇ＜ＢＧｈ                              （８ｂ）
ここで、ＢＧｐｇは、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０ａのバンドギャップであり、ＢＧｎｇは、Ｎ型ゲート層１０２２ａのバンドギャップであり、ＢＧａｃは、活性層１０１２のバンドギャップであり、ＢＧｈは、正孔バリア層１０２１のバンドギャップである。
【００５９】
図７では、Ａｌ組成比として以下の数値例が示されている。
ＣＲａｃ≒０．１５
ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ≒０．２０
ＣＲｈ≒０．４０
また、図７では、アノード層１０１１のＡｌ組成比をＣＲｐａ（バンドギャップＢＧｐａに対応する。）とし、第４の半導体層１０４０のＡｌ組成比をＣＲｎｋ（バンドギャップＢＧｎｋに対応する。）とすると、
ＣＲｐａ＝ＣＲｎｋ≒０．２５
の例が示されている。ただし、Ａｌ組成比は、図７の数値例に限定されない。
【００６０】
図７に示される発光サイリスタ１３の第１から第４の半導体層１０１０，１０２０ａ，１０３０ａ，１０４０は、図２に示される発光サイリスタ１０の第１から第４の半導体層１０１０，１０２０，１０３０，１０４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図７に示される発光サイリスタ１３は、図２及び図３に示される発光サイリスタ１０と同様に、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００６１】
また、図７に示される発光サイリスタ１３のＮ型ゲート層１０２２ａ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０ａにおけるＡｌ組成比ＣＲｎｇ及びＢＧｐｇを活性層１０１２におけるＡｌ組成比ＣＲａｃよりも高くしているので、Ｎ型ゲート層１０２２ａ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）１０３０ａの光透過率が高い。このため、活性層１０１２から出射した光を高い効率で、図７における上方向に出射することができる。
【００６２】
《２》第２の実施形態
《２−１》構成
図８は、第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る断面構造）を示す概略断面図である。図８に示されるように、発光サイリスタ２０は、Ｐ型の第１の半導体層２０１０と、第１の半導体層２０１０に隣接して配置されたＮ型の第２の半導体層２０２０と、第２の半導体層２０２０に隣接して配置されたＰ型の第３の半導体層２０３０と、第３の半導体層２０３０に隣接して配置されたＮ型の第４の半導体層２０４０とを有している。
【００６３】
図８に示されるように、第１の半導体層２０１０は、基材部１０１上に配置されたアノード層２０１１と、アノード層２０１１に隣接して配置されたＰ型の障壁層である電子バリア層２０１２と、電子バリア層２０１２に隣接して配置されたＰ型の活性層２０１３とを有している。また、第２の半導体層２０２０は、活性層２０１３とは異なる導電型であるＮ型の正孔バリア層２０２１と、正孔バリア層に隣接して配置されたＮ型ゲート層２０２２とを有している。第３の半導体装置２０３０は、Ｐ型ゲート層である。第４の半導体層２０４０は、カソード層である。
【００６４】
第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０は、電子バリア層２０１２を備えた点において、図２及び図３に示される発光サイリスタ１０と相違する。この点以外に関しては、第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０は、第１の実施形態に係る発光サイリスタ１０と同じである。
【００６５】
図９は、図８の発光サイリスタ２０の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。発光サイリスタ２０は、Ｎ型ゲート層２０２２のＡｌ組成比をＣＲｎｇとし、第２の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０のＡｌ組成比をＣＲｐｇとし、活性層２０１３のＡｌ組成比をＣＲａｃとし、正孔バリア層２０２１のＡｌ組成比をＣＲｈとし、電子バリア層２０１２のＡｌ組成比をＣＲｅとした場合に、以下の条件式（３ｃ）を満たす。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ＜ＣＲｈ＝ＣＲｅ            （３ｃ）
【００６６】
ただし、条件式（３ｃ）において、必ずしもＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇを満たす必要はない。発光サイリスタ２０は、条件式（３ｃ）の代わりに、以下の条件式（４ｃ）及び（５ｃ）を満たすように形成されてもよい。
ＣＲａｃ≦ＣＲｐｇ＜ＣＲｈ＝ＣＲｅ                      （４ｃ）
ＣＲａｃ≦ＣＲｎｇ＜ＣＲｈ＝ＣＲｅ                      （５ｃ）
また、必ずしもＣＲｈ＝ＣＲｅを満たす必要はない。
【００６７】
また、発光サイリスタ２０の各半導体層のＡｌ組成比ＣＲは、各半導体層のバンドギャップＢＧに対応する。したがって、条件式（３ｃ）〜（５ｃ）は、バンドギャップを用いた以下の条件式（６ｃ）〜（８ｃ）と等価である。
ＢＧａｃ＝ＢＧｎｇ＝ＢＧｐｇ＜ＢＧｈ＝ＢＧｅ            （６ｃ）
ＢＧａｃ≦ＢＧｐｇ＜ＢＧｈ＝ＢＧｅ                      （７ｃ）
ＢＧａｃ≦ＢＧｎｇ＜ＢＧｈ＝ＢＧｅ                      （８ｃ）
ここで、ＢＧｐｇは、第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０のバンドギャップであり、ＢＧｎｇは、Ｎ型ゲート層２０２２のバンドギャップであり、ＢＧａｃは、活性層２０１３のバンドギャップであり、ＢＧｈは、正孔バリア層２０２１のバンドギャップであり、ＢＧｅは、電子バリア層２０１２のバンドギャップである。
【００６８】
図９では、Ａｌ組成比として以下の数値例が示されている。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ≒０．１５
ＣＲｈ＝ＣＲｅ≒０．４０
また、図９では、アノード層２０１１のＡｌ組成比をＣＲｐａ（バンドギャップＢＧｐａに対応する。）とし、第４の半導体層２０４０のＡｌ組成比をＣＲｎｋ（バンドギャップＢＧｎｋに対応する。）とすると、
ＣＲｐａ＝ＣＲｎｋ≒０．２５
が示されている。ただし、Ａｌ組成比は、図９の数値例に限定されない。
【００６９】
また、活性層２０１３とアノード層２０１１の間に、Ａｌ組成比ＣＲｅが高く、バンドギャップＢＧｅが高い電子バリア層２０１２を設ける理由は、電子バリア層２０１２が、活性層２０１３において電子バリア層２０１２に向かって進む電子の障壁層として働き、活性層２０１３における電子の閉じ込め効果を向上させることができ、その結果、活性層２０１３内での電子と正孔の再結合の発生確率を増加させることができるからである。
【００７０】
また、上記条件式（６ｃ）、又は条件式（７ｃ）及び（８ｃ）に示されるように、正孔バリア層２０２１のバンドギャップＢＧｈが、Ｎ型ゲート層２０２２及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０のバンドギャップＢＧｎｇ，ＢＧｐｇよりも大きい場合には、活性層２０１３においてＮ型ゲート層２０２２に向かって移動してきた正孔を正孔バリア層２０２１によって受けることによって、正孔バリア層２０２１を通って正孔がＮ型ゲート層２０２２に抜け出てしまう正孔の量が低減する。つまり、条件式（６ｃ）、又は条件式（７ｃ）及び（８ｃ）を満たす正孔バリア層２０２１は、キャリアの通過を制限する障壁層としての機能を持つので、活性層２０１３において移動するキャリアである正孔がＮ型ゲート層２０２２に抜け出てしまうことを抑制する。このため、活性層２０１３におけるキャリアの量は減少し難く、活性層２０１３における再結合の発生確率が高くなるので、発光効率が上がる。この結果、発光サイリスタ２０の発光量が増加する。
【００７１】
以上に説明したように、発光サイリスタ２０では、条件式（６ｃ）、又は条件式（７ｃ）及び（８ｃ）に示されるように、ＢＧａｃ＜ＢＧｈを満たす正孔バリア層２０２１によって、活性層２０１３内において正孔バリア層２０２１に向かって移動する正孔に対してエネルギー障壁が生じる。また、ＢＧａｃ＜ＢＧｅを満たす電子バリア層２０１２によって、電子バリア層２０１２が、活性層２０１３において電子バリア層２０１２に向かって進む電子の障壁層として働き、Ｎ型の活性層２０１３における電子の閉じ込め効果を向上させることができる。このため、カソード層２０１１からアノード層２０４２に向かう電子が活性層２０１３で正孔と再結合する確率が高くなり、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００７２】
また、発光サイリスタ２０では、図９に示されるように、第２の半導体層２０２０の不純物濃度ＩＭｎｇと第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０の不純物濃度ＩＭｐｇを低くし、活性層２０１３の不純物濃度ＩＭａｃを高くしている。このため、第２の半導体層２０２０の不純物濃度ＩＭｎｇと第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０におけるキャリアの移動度が大きくなり、第２の半導体層２０２０の不純物濃度ＩＭｎｇと第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０内における再結合は抑制される。また、活性層２０１３におけるキャリアの移動度は小さくなり、活性層２０１３内における再結合は増加する。このため、活性層２０１３における電子と正孔の再結合の発生確率が高くなり、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００７３】
《２−２》第２の実施形態の第１変形例
図１０は、第２の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ２１の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る面に対応する断面構造）を示す概略断面図である。半導体装置２１００は、複数の発光サイリスタ２１を有している。発光素子チップ２１０は、基材部１０１と、半導体装置２１００とを有している。発光サイリスタ２１は、第２の半導体層（Ｎ型ゲート電極）２１２０が広い領域（すなわち、ゲート電極５１Ｇの形成領域を含む広い領域）に形成され、第３の半導体層（Ｐ型ゲート電極）２１３０が狭い領域に形成される点が、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０と相違する。この点以外に関しては、図１０に示される発光サイリスタ２１は、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０と同じである。
【００７４】
図１０に示される発光サイリスタ２１は、Ｐ型の第１の半導体層２１１０と、Ｎ型の第２の半導体層２１２０と、Ｐ型の第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２１３０と、Ｎ型の第４の半導体層（カソード層）２１４０とを有している。第１の半導体層２１１０は、アノード層２１１１と、活性層２１１２とを有している。第２の半導体層２１２０は、正孔バリア層２１２１と、Ｎ型ゲート層２１２２とを有している。図１０に示される発光サイリスタ２１の第１から第４の半導体層２１１０，２１２０，２１３０，２１４０は、図８に示される発光サイリスタ２０の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０，２０３０，２０４０と同じ半導体材料で構成される。したがって、図１０に示される発光サイリスタ２１は、図８に示される発光サイリスタ２０と同様に、条件式（１）、（２）、（３ｃ）〜（８ｃ）を満たす。よって、図１０に示される発光サイリスタ２１では、図８に示される発光サイリスタ２０の場合と同様に、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００７５】
また、図１０に示される発光サイリスタ２１では、Ｎ型ゲート層２１２２上にゲート電極５１Ｇが形成されているので、Ｐ型ゲート層上にゲート電極５１Ｇを形成する場合に比べて、コンタクト抵抗を低減することが容易である。
【００７６】
《２−３》第２の実施形態の第２変形例
図１１は、第２の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタ２２の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る面に対応する断面構造）を示す概略断面図である。半導体装置２２００は、複数の発光サイリスタ２２を有している。発光素子チップ２２０は、基材部１０１と、半導体装置２２００とを有している。
【００７７】
発光サイリスタ２２は、Ｎ型の第１の半導体層２２４０と、第１の半導体層２２４０に隣接して配置されたＰ型の第２の半導体層２２３０と、第２の半導体層２２３０に隣接して配置されたＮ型の第３の半導体層２２２０と、第３の半導体層２２２０に隣接して配置されたＰ型の第４の半導体層２２１０とを有している。第１の半導体層２２４０は、カソード層２２４３と、Ｎ型の正孔バリア層２２４２と、Ｎ型の活性層２２４１とを有している。第２の半導体層２１３０は、Ｐ型の第１の層である電子バリア層２２３２と、Ｐ型ゲート層２２３１とを有している。第３の半導体層３２２０は、Ｎ型ゲート層である。第４の半導体層３２１０は、アノード層である。
【００７８】
図１２は、発光サイリスタ２２の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ（アルミニウム）組成比ＣＲの例を示す図である。第２の実施形態の第２変形例では、第２の半導体層２２３０の不純物濃度をＩＭｐｇとし、第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）２２２０の不純物濃度をＩＭｎｇとし、第１の半導体層２２４０の活性層２２４１の不純物濃度をＩＭａｃとした場合に、発光サイリスタ２２は、上記条件式（１）及び（２）を満たすように形成される。
【００７９】
図１２では、不純物濃度として以下の数値例が示されている。
ＩＭａｃ≒１×１０１８［ｃｍ−３］
ＩＭｐｇ≒５×１０１７［ｃｍ−３］
ＩＭｎｇ≒２×１０１７［ｃｍ−３］
ただし、不純物濃度は、図１２の数値例に限定されない。
【００８０】
また、第２の実施形態の第２変形例では、発光サイリスタ２２は、第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）２２２０のＡｌ組成比をＣＲｎｇとし、第２の半導体層２２３０のＡｌ組成比をＣＲｐｇとし、活性層２２４１のＡｌ組成比をＣＲａｃとし、電子バリア層２２３２のＡｌ組成比をＣＲｅとし、正孔バリア層２２４２のＡｌ組成比をＣＲｈとした場合に、以下の条件式（３ｄ）を満たすように形成される。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ＜ＣＲｅ＝ＣＲｈ            （３ｄ）
【００８１】
ただし、条件式（３ｄ）において、必ずしもＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇを満たす必要はない。発光サイリスタ２２は、条件式（３ｄ）の代わりに、以下の条件式（４ｄ）及び（５ｄ）を満たすように形成されてもよい。
ＣＲａｃ≦ＣＲｐｇ＜ＣＲｅ＝ＣＲｈ                      （４ｄ）
ＣＲａｃ≦ＣＲｎｇ＜ＣＲｅ＝ＣＲｈ                      （５ｄ）
【００８２】
また、発光サイリスタ１２の各半導体層のＡｌ組成比ＣＲは、各半導体層のバンドギャップＢＧに対応する。したがって、条件式（３ｄ）〜（５ｄ）は、バンドギャップを用いた以下の条件式（６ｄ）〜（８ｄ）と等価である。
ＢＧａｃ＝ＢＧｎｇ＝ＢＧｐｇ＜ＢＧｅ＝ＢＧｈ            （６ｄ）
ＢＧａｃ≦ＢＧｐｇ＜ＢＧｅ＝ＢＧｈ                      （７ｄ）
ＢＧａｃ≦ＢＧｎｇ＜ＢＧｅ＝ＢＧｈ                      （８ｄ）
ここで、ＢＧｐｇは、第２の半導体層２２３０のバンドギャップであり、ＢＧｎｇは、第３の半導体層２２２０のバンドギャップであり、ＢＧａｃは、活性層２２４１のバンドギャップであり、ＢＧｅは、電子バリア層２２３２のバンドギャップである。
【００８３】
図１２では、Ａｌ組成比として以下の数値例が示されている。
ＣＲａｃ＝ＣＲｎｇ＝ＣＲｐｇ≒０．１５
ＣＲｅ＝ＢＧｈ≒０．４０
また、図１２では、カソード層２２４３のＡｌ組成比をＣＲｎｋ（バンドギャップＢＧｎｋに対応する。）とし、第４の半導体層２２１０のＡｌ組成比をＣＲｐａ（バンドギャップＢＧｐａに対応する。）とすると、
ＣＲｎｋ＝ＣＲｐａ≒０．２５
が示されている。ただし、Ａｌ組成比は、図１２の数値例に限定されない。
【００８４】
図１１及び図１２に示される発光サイリスタ２２の第４から第１の半導体層２２１０，２２２０，２２３０，２２４０は、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０，２０３０，２０４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図１１及び図１２の発光サイリスタ２２では、図８及び図９の発光サイリスタ２０と同様に発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００８５】
さらに、活性層２２４１を半導体積層構造である発光サイリスタ２２の上部（すなわち、基材部１０１から離れた側）に設け、活性層２２４１で発生した光を図１１における上方向に取り出すことで、活性層２２４１で発生した光の吸収を減らし、光取り出し効率を向上させている。
【００８６】
Ｎ型の活性層２２４１とＰ型ゲート層２２３１との間にＡｌ組成比ＣＲｅが高く、バンドギャップＢＧｅが高いＰ型の電子バリア層２２３２を設ける理由は、Ｐ型の電子バリア層２２３２が、Ｎ型の活性層２２４１において電子バリア層２２３２に向かって進む電子の障壁層として働き、Ｎ型の活性層２２３２における電子の閉じ込め効果を向上させることができ、活性層２２４１内での再結合を増加させることができるからである。
【００８７】
また、条件式（６ｄ）、又は条件式（７ｄ）及び（８ｄ）に示されるように、電子バリア層２２３２のバンドギャップＢＧｅが、Ｐ型ゲート層２２３１及び第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）２２２０のバンドギャップＢＧｐｇ，ＢＧｎｇよりも大きい場合には、活性層２２４１に移動してきた電子を電子バリア層２２３２によって受けることによって、電子バリア層２２３２からＰ型ゲート層１２３１に抜け出てしまう電子の量が低減する。このため、活性層２２４１におけるキャリアの量は減少し難く、活性層２２４１における再結合の発生確率が高くなるので、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００８８】
また、図１２に示されるように、正孔バリア層２２４２のバンドギャップＢＧｈが、カソード層２２４３のバンドギャップＢＧｎｋよりも大きい場合には、活性層２２４１内においてカソード層２２４３に向かって移動する正孔に対してエネルギー障壁が生じる。つまり、バンドギャップが高い正孔バリア層２２４２は、正孔の通過を制限する障壁層としての機能を持つので、正孔が活性層２２４１からカソード層２２４３に抜け出てしまうことを抑制することができる。このため、活性層２２４１における正孔の量の減少は抑制され、活性層２２４１における正孔と電子の再結合の発生確率が高くなる。
【００８９】
図１１及び図１２に示される発光サイリスタ２２の第４から第１の半導体層２２１０，２２２０，２２３０，２２４０は、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０，２０３０，２０４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図１１及び図１２に示される発光サイリスタ１２では、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０と同様に発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００９０】
さらに、活性層２２４１を半導体積層構造である発光サイリスタ２２の上部（すなわち、基材部１０１から離れた側）に設け、活性層２２４１で発生した光を図１１における上方向に取り出すことで、活性層２２４１で発生した光の吸収を減らし、光取り出し効率を向上させている。
【００９１】
《２−４》第２の実施形態の第３変形例
図１３は、第２の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ２３の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。第２の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ２３は、第２の半導体層２０２０ａのＮ型ゲート層２０２２ａ及第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０ａのＡｌ組成比ＣＲｎｇ及びＣＲｐｇが活性層２０１３のＡｌ組成比ＣＲａｃより高い点において、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０と相違する。この点以外に関しては、第２の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ２３は、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０と同じである。
【００９２】
図１３に示される発光サイリスタ２３の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０ａ，２０３０ａ，２０４０は、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０，２０３０，２０４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図１３に示される発光サイリスタ２３は、図８及び図９に示される発光サイリスタ２０と同様に、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【００９３】
また、図１３に示される発光サイリスタ２３のＮ型ゲート層２０２２ａ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０ａにおけるＡｌ組成比ＣＲｎｇ及びＢＧｐｇを活性層２０１３におけるＡｌ組成比ＣＲａｃよりも高くしているので、Ｎ型ゲート層２０２２ａ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０ａの光透過率が高い。このため、活性層２０１３から出射した光を高い効率で、図１３における上方向に出射することができる。
【００９４】
《３》第３の実施形態
《３−１》構成
図１４は、第３の実施形態に係る発光サイリスタ３０の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。第３の実施形態に係る発光サイリスタ３０は、正孔バリア層２０２１ｂの不純物濃度ＩＭｎｇ２の点において、図８に示される第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０と相違する。この点以外に関して、第３の実施形態に係る発光サイリスタ３０は、図８に示される第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０と同じである。
【００９５】
発光サイリスタ３０は、Ｐ型の第１の半導体層２０１０と、第１の半導体層２０１０に隣接して配置されたＮ型の第２の半導体層２０２０ｂと、第２の半導体層２０２０ｂに隣接して配置されたＰ型の第３の半導体層２０３０と、第３の半導体層２０３０に隣接して配置されたＮ型の第４の半導体層２０４０とを有している。
【００９６】
第１の半導体層２０１０は、アノード層２０１１と、障壁層である電子バリア層２０１２と、活性層２０１３とを有している。第２の半導体層２０２０ｂは、正孔バリア層２０２１ｂと、Ｎ型ゲート層２０２２とを有している。第３の半導体装置２０３０は、Ｐ型ゲート層である。第４の半導体層２０４０は、カソード層である。
【００９７】
第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０では、正孔バリア層２０２１の不純物濃度とＮ型ゲート層２０２２の不純物濃度を等しい値にしていた。これに対し、第３の実施形態に係る発光サイリスタ３０では、正孔バリア層２０２１ｂの不純物濃度ＩＭｎｇ２をＮ型ゲート層２０２２の不純物濃度ＩＭｎｇ１より高くしている。
【００９８】
図１５（Ａ）は、第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０の正孔バリア層２０２１とＮ型ゲート層２０２２の接合界面の状態を示す図であり、図１５（Ｂ）は、第３の実施形態に係る発光サイリスタ３０の正孔バリア層２０２１ｂとＮ型ゲート層２０２２の接合界面の状態を示す図である。図１５（Ａ）及び（Ｂ）において、Ｅｆはフェルミ準位を示し、Ｅｃは伝導帯のエネルギー準位を示し、Ｅｖは、価電子帯のエネルギー準位を示す。
【００９９】
第２の実施形態では、正孔バリア層２０２１とＮ型ゲート層２０２２の不純物濃度を同一としているため、正孔バリア層２０２１のフェルミ準位とＮ型ゲート層２０２２のフェルミ準位も略同一の値となる。しかし、正孔バリア層２０２１とＮ型ゲート層２０２２のバンドギャップは、ＢＧｈ＞ＢＧｎｇであるため、図１５（Ａ）の右側に伝導帯のエネルギー準位として示されるように、接合界面においては、伝導帯を移動する電子（ｅ−）に対してエネルギー障壁ができる。
【０１００】
そこで、第３の実施形態では、正孔バリア層２０２１ｂの不純物濃度ＩＭｎｇ２をＮ型ゲート層２０２２の不純物濃度ＩＭｎｇ１より高くしている。これにより、図１５（Ｂ）の左側に示されるように、正孔バリア層２０２１ｂのフェルミ準位がＮ型ゲート層２０２２のフェルミ準位より高くなる。しかし、接合後の平衡状態では、図１５（Ｂ）の右側に示されるように、フェルミ準位が揃うため、接合界面において、伝導帯の電子に対するエネルギー障壁を低くすることができる。このため、Ｎ型ゲート層２０２２から活性層２０１３への電子の注入効率が向上する。また、価電子帯を移動する正孔ｈ＋に対するエネルギー障壁は、第２の実施形態の場合のエネルギー障壁よりも大きくなり、活性層２０１３への正孔の閉じ込め効果が向上する。以上により、第３の実施形態に係る発光サイリスタ３０は、第２の実施形態に係る発光サイリスタ２０より、発光効率を向上させることができる。
【０１０１】
《３−２》第３の実施形態の第１変形例
図１６は、第３の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ３１の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。第３の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ３１は、電子バリア層２２３２ａの不純物濃度ＩＭｐｇ２の点において、図１２に示される第２の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタ２２と相違する。この点以外に関して、第３の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ３１は、図１２に示される発光サイリスタ２２と同じである。
【０１０２】
発光サイリスタ３１は、Ｎ型の第１の半導体層２２４０と、Ｐ型の第２の半導体層２２３０ａと、Ｎ型の第３の半導体層２２２０と、Ｐ型の第４の半導体層２２１０とを有している。第１の半導体層２２４０は、カソード層２２４３と、正孔バリア層２２４２と、活性層２２４１とを有している。第２の半導体層２２３０ａは、第１の層である電子バリア層２２３２ａと、Ｐ型ゲート層２２３１とを有している。第３の半導体層２２２０は、Ｎ型ゲート層である。第４の半導体層２２１０は、アノード層である。
【０１０３】
第２の実施形態の第２変形例では、電子バリア層２２３２の不純物濃度とＰ型ゲート層２２３１の不純物濃度を等しい値にしていた。これに対し、第３の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ３１では、電子バリア層２２３２ａの不純物濃度ＩＭｐｇ２をＰ型ゲート層２２３１の不純物濃度ＩＭｐｇ１より高くしている。
【０１０４】
Ｎ型の活性層２２４１とＰ型ゲート層２２３１との間にＡｌ組成比ＣＲｅが高く、バンドギャップＢＧｅが高いＰ型の電子バリア層２２３２ａを設ける理由は、Ｐ型の電子バリア層２２３２ａが、Ｎ型の活性層２２４１において電子バリア層２２３２ａに向かって進む電子の障壁層として働き、Ｎ型の活性層２２４１における電子の閉じ込め効果を向上させることができ、活性層２２４１内での再結合を増加させることができるからである。
【０１０５】
また、第３の実施形態の第１変形例では、電子バリア層２２３２ｂの不純物濃度ＩＭｐｇ２をＰ型ゲート層２２３１の不純物濃度ＩＭｐｇ１より高くしているので、接合界面において、伝導帯の電子に対するエネルギー障壁をより高くすることができ、電子の閉じ込め効果をより向上させることができる。
【０１０６】
図１６に示される発光サイリスタ３１の第４から第１の半導体層２２１０，２２２０，２２３０ａ，２２４０は、図１１及び図１２に示される発光サイリスタ２２の第１から第４の半導体層２２１０，２２２０，２２３０，２２４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図１６に示される発光サイリスタ３２では、図１１及び図１２に示される発光サイリスタ２２と同様に発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【０１０７】
さらに、活性層２２４１を半導体積層構造である発光サイリスタ２２の上部（すなわち、基材部１０１から離れた側）に設け、活性層２２４１で発生した光を上方向に取り出すことで、活性層２２４１で発生した光の吸収を減らし、光取り出し効率を向上させている。
【０１０８】
《３−３》第３の実施形態の第２変形例
図１７は、第３の実施形態の第３変形例に係る発光サイリスタ３２の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。第３の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタ３２は、第３の半導体層２０２０ｃのＮ型ゲート層２０２２ｃ及第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０ｃのＡｌ組成比ＣＲｎｇ及びＣＲｐｇが活性層２０１３のＡｌ組成比ＣＲａｃより高い点において、図１４に示される発光サイリスタ３０と相違する。この点以外に関しては、第３の実施形態の第２変形例に係る発光サイリスタ３２は、図１４に示される発光サイリスタ３０と同じである。
【０１０９】
図１７に示される発光サイリスタ３２の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０ｃ，２０３０ｃ，２０４０は、図１４に示される発光サイリスタ３０の第１から第４の半導体層２０１０，２０２０ｂ，２０３０，２０４０と同様の半導体材料で構成される。したがって、図１７に示される発光サイリスタ３２は、図１４に示される発光サイリスタ３０と同様に、発光効率が上がることで、発光量が増加する。
【０１１０】
また、図１７に示される発光サイリスタ３２のＮ型ゲート層２０２２ｃ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０ｃにおけるＡｌ組成比ＣＲｎｇ及びＢＧｐｇを活性層２０１３におけるＡｌ組成比ＣＲａｃよりも高くしているので、Ｎ型ゲート層２０２２ｃ及び第３の半導体層（Ｐ型ゲート層）２０３０ｃの光透過率が高い。このため、活性層２０１３から出射した光を高い効率で、図１７における上方向に出射することができる。
【０１１１】
《４》第４の実施形態
《４−１》構造及び効果
図１８は、第４の実施形態に係る発光サイリスタ４０の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る面に対応する断面構造）を示す概略断面図である。半導体装置４０００は、複数の発光サイリスタ４０を有している。発光素子チップ４００は、基材部１０１と、半導体装置４０００とを有している。
【０１１２】
図１８の発光サイリスタ４０は、Ｎ型の第１の半導体層４０１０と、第１の半導体層４０１０に隣接して配置されたＰ型の第２の半導体層４０２０と、第２の半導体層４０２０に隣接して配置されたＮ型の第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）４０３０と、第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）４０３０に隣接して配置されたＰ型の第４の半導体層（アノード層）４０４０とを有している。第１の半導体層４０１０は、基材部１０１上に配置されたカソード層４０１１と、カソード層４０１１に隣接して配置されたＮ型の活性層４０１２とを有している。第２の半導体層４０２０は、活性層４０１２に隣接して配置されたＰ型の電子バリア層４０２１と、電子バリア層４０２１に隣接して配置されたＰ型ゲート層４０２２とを有している。図１８の発光サイリスタ４０は、図５（第１の実施形態の第２変形例）に示される発光サイリスタ１２の第１から第４の半導体層１２４０，１２３０，１２２０，１２１０の積層構造を、上下逆にして基材部１０１上に配置した構造に対応する。
【０１１３】
図１９は、図１８の発光サイリスタ４０の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。発光サイリスタ４０は、第１の実施形態の第２変形例と同様に、上記条件式（１）、（２）、（３ａ）〜（８ａ）を満たす構造を有している。したがって、バンドギャップＢＧｅが高いＰ型の電子バリア層４０２１が、Ｎ型の活性層４０１２において電子バリア層４０２１に向かって進む電子の障壁層として働き、Ｎ型の活性層４０１２における電子の閉じ込め効果を向上させることができ、活性層４０１２内での再結合を増加させることができる。このため、発光サイリスタ４０の発光量が増加する。
【０１１４】
《４−２》第４の実施形態の第１変形例
図２０は、第４の実施形態の第１変形例に係る発光サイリスタ４１の構造（すなわち、図１をＡ−Ｂ−Ｃ線で切る面に対応する断面構造）を示す概略断面図である。半導体装置４１００は、複数の発光サイリスタ４１を有している。発光素子チップ４１０は、基材部１０１と、半導体装置４１００とを有している。
【０１１５】
図２０に示される発光サイリスタ４１は、Ｎ型の第１の半導体層４０１０ａと、第１の半導体層４０１０ａに隣接して配置されたＰ型の第２の半導体層４０２０と、第２の半導体層４０２０に隣接して配置されたＮ型の第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）４０３０と、第３の半導体層（Ｎ型ゲート層）４０３０に隣接して配置されたＰ型の第４の半導体層（アノード層）４０４０とを有している。第１の半導体層４０１０ａは、基材部１０１上に配置されたカソード層４０１１と、カソード層４０１１に隣接して配置されたＮ型の正孔バリア層４０１２ａと、正孔バリア層４０１２ａに隣接して配置されたＮ型の活性層４０１２とを有している。第２の半導体層４０２０は、活性層４０１２に隣接して配置されたＰ型の電子バリア層４０２１と、電子バリア層４０２１に隣接して配置されたＰ型ゲート層４０２２とを有している。図２０の発光サイリスタ４１は、図１１（第２の実施形態の第２変形例）に示される発光サイリスタ１２の第１から第４の半導体層２２４０，２２３０，２２２０，２２１０の積層構造を、上下逆にして基材部１０１上に配置した構造に対応する。
【０１１６】
図２１は、図２０の発光サイリスタ４１の各半導体層の不純物濃度ＩＭ［ｃｍ−３］及びＡｌ組成比ＣＲの例を示す図である。発光サイリスタ４１は、第２の実施形態の第２変形例と同様に、上記条件式（１）、（２）、（３ｄ）〜（８ｄ）を満たす構造を有している。したがって、バンドギャップＢＧｅが高いＰ型の電子バリア層４０２１が、Ｎ型の活性層４０１２において電子バリア層４０２１に向かって進む電子の障壁層として働き、Ｎ型の活性層４０１２における電子の閉じ込め効果を向上させることができ、活性層４０１２内での再結合を増加させることができる。このため、発光サイリスタ４１の発光量が増加する。
【０１１７】
また、図２１に示されるように、正孔バリア層４０１２ａのバンドギャップＢＧｈが、カソード層４０１１のバンドギャップＢＧｎｋよりも大きい場合には、活性層４０１２ｂ内においてカソード層４０１１に向かって移動する正孔の移動度が正孔バリア層４０１２ａによって低下する。つまり、バンドギャップが高い正孔バリア層４０１２ａは、正孔の通過を制限する障壁層としての機能を持つので、正孔が活性層４０１２ｂからカソード層４０１１に抜け出てしまうことを抑制することができる。このため、活性層４０１２ｂにおける正孔の量の減少は抑制され、活性層４０１２ｂにおける正孔と電子の再結合の発生確率が高くなる。この結果、再結合が増加し、発光サイリスタ４１の発光量が増加する。
【０１１８】
《５》第５の実施形態
図２２は、第５の実施形態に係る光プリントヘッドの要部の構造を示す略斜視図である。図２２に示されるように、要部としての基板ユニットは、実装基板であるプリント配線板８０１と、アレイ状に配置された複数の発光素子チップ１００とを有している。発光素子チップ１００は、プリント配線板８０１上に熱硬化樹脂などにより固定されている。発光素子チップ１００の外部接続用の電極パッド１５２とプリント配線板８０１の接続パッド８０２とは、ボンディングワイヤ８０３により電気的に接続されている。また、プリント配線板８０１には、各種配線パターン、電子部品、コネクタなどが搭載されてもよい。また、発光素子チップ１００の代わりに、第１から第４の実施形態で説明された他の発光素子チップのいずれかが用いられてもよい。
【０１１９】
図２３は、第５の実施形態に係る光プリントヘッド８００の構造を示す概略断面図である。光プリントヘッド８００は、電子写真方式の画像形成装置としての電子写真プリンタの露光装置である。図２３に示されるように、光プリントヘッド８００は、ベース部材８１１と、プリント配線板８０１と、発光素子チップ１００と、複数の正立等倍結像レンズを含むレンズアレイ８１３と、レンズホルダ８１４と、バネ部材であるクランパ８１５とを備えている。ベース部材８１１は、プリント配線板８０１を固定するための部材である。ベース部材８１１の側面には、クランパ８１５を用いて、プリント配線板８０１及びレンズホルダ８１４をベース部材８１１に固定するための開口部８１２が設けられている。レンズホルダ８１４は、例えば、有機高分子材料などを射出成形することによって形成される。レンズアレイ８１３は、発光素子チップ１００から出射された光を像担持体としての感光体ドラム上に結像させる光学レンズ群である。レンズホルダ８１４は、レンズアレイ８１３をベース部材８１１の所定の位置に保持する。クランパ８１５は、ベース部材８１１の開口部８１２及びレンズホルダ８１４の開口部を介して、各構成部分を挟み付けて保持する。
【０１２０】
光プリントヘッド８００では、印刷データに応じて、発光素子チップ１００の発光サイリスタが選択的に発光し、発光サイリスタから出射された光はレンズアレイ８１３により一様帯電している感光体ドラム上で結像される。これにより、感光体ドラムに静電潜像が形成され、その後、現像工程、転写工程、定着工程を経て、印刷媒体（用紙）上に現像剤からなる画像が形成（印刷）される。
【０１２１】
以上に説明したように、第５の実施形態に係る光プリントヘッド８００は、発光強度のバラツキの小さい発光素子チップ１００を備えているので、これを画像形成装置に搭載することで、印字品質を向上させることができる。
【０１２２】
《６》第６の実施形態
図２４は、第６の実施形態に係る画像形成装置９００の構造を示す概略断面図である。画像形成装置９００は、例えば、電子写真プロセスを用いるカラープリンタである。
【０１２３】
図２４に示されるように、画像形成装置９００は、主要な構成として、電子写真プロセスにより用紙などの記録媒体Ｐ上にトナー画像（すなわち、現像剤画像）を形成する画像形成部（すなわち、プロセスユニット）９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃと、画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃに記録媒体Ｐを供給する媒体供給部９２０と、記録媒体Ｐを搬送する搬送部９３０とを有している。また、画像形成装置９００は、画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃの各々に対応するように配置された転写部としての転写ローラ９４０Ｋ，９４０Ｙ，９４０Ｍ，９４０Ｃと、記録媒体Ｐ上に転写されたトナー画像を定着させる定着器９５０と、定着器９５０を通過した記録媒体Ｐを画像形成装置９００の筐体の外部に排出する媒体排出部としてのガイド９２６及び排紙ローラ対９２５とを有している。画像形成装置９００が備える画像形成部の数は、３以下又は５以上であってもよい。また、画像形成装置９００は、電子写真プロセスによって記録媒体Ｐ上に画像を形成する装置であれば、画像形成部の数が１つであるモノクロプリンタであってもよい。
【０１２４】
図２４に示されるように、媒体供給部９２０は、媒体カセット９２１と、媒体カセット９２１内に積載された記録媒体Ｐを１枚ずつ繰り出すホッピングローラ９２２と、媒体カセット９２１から繰り出された記録媒体Ｐを搬送するローラ対９２３と、記録媒体Ｐを案内するガイド９７０と、記録媒体Ｐのスキューを修正するレジストローラ・ピンチローラ９２４とを有している。
【０１２５】
画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、記録媒体Ｐ上にブラック（Ｋ）のトナー画像、イエロー（Ｙ）のトナー画像、マゼンタ（Ｍ）のトナー画像、及びシアン（Ｃ）のトナー画像をそれぞれ形成する。画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、媒体搬送路に沿って媒体搬送方向の上流側から下流側に（すなわち、図１における右から左に）並んで配置されている。画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃの各々は、着脱自在なユニットであってもよい。画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、収容するトナーの色が異なる点以外は、基本的に互いに同じ構造を有している。
【０１２６】
画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、各色用の露光装置としての光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃをそれぞれ有している。光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃの各々は、第５の実施形態に係る光プリントヘッド８００である。
【０１２７】
画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、回転可能に支持された像担持体としての感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃと、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面を一様に帯電させる帯電部材としての帯電ローラ９１４Ｋ，９１４Ｙ，９１４Ｍ，９１４Ｃとを有している。また、画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃによる露光によって感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面に静電潜像を形成した後に、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面にトナーを供給して静電潜像に対応するトナー画像を形成する現像部９１５Ｋ，９１５Ｙ，９１５Ｍ，９１５Ｃを有している。
【０１２８】
現像部９１５Ｋ，９１５Ｙ，９１５Ｍ，９１５Ｃは、トナーを収容する現像剤収容スペースを形成する現像剤収容部としてのトナー収容部と、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面にトナーを供給する現像剤担持体としての現像ローラ９１６Ｋ，９１６Ｙ，９１６Ｍ，９１６Ｃとを有している。また、現像部９１５Ｋ，９１５Ｙ，９１５Ｍ，９１５Ｃは、トナー収容部内に収容されたトナーを現像ローラ９１６Ｋ，９１６Ｙ，９１６Ｍ，９１６Ｃに供給する供給ローラ９１７Ｋ，９１７Ｙ，９１７Ｍ，９１７Ｃと、現像ローラ９１６Ｋ，９１６Ｙ，９１６Ｍ，９１６Ｃの表面のトナー層の厚さを規制するトナー規制部材としての現像ブレード９１８Ｋ，９１８Ｙ，９１８Ｍ，９１８Ｃとを有している。
【０１２９】
光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃによる露光は、一様帯電した感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面に印刷用の画像データに基づいて実行される。光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃは、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの軸線方向に複数の発光素子として発光サイリスタが配列された発光素子アレイを含む。
【０１３０】
図２４に示されるように、搬送部９３０は、記録媒体Ｐを静電吸着して搬送する搬送ベルト（すなわち、転写ベルト）９３３と、駆動部により回転されて搬送ベルト９３３を駆動する駆動ローラ９３１と、駆動ローラ９３１と対を成して搬送ベルト９３３を張架するテンションローラ（すなわち、従動ローラ）９３２とを有している。
【０１３１】
図２４に示されるように、転写ローラ９４０Ｋ，９４０Ｙ，９４０Ｍ，９４０Ｃは、搬送ベルト９３３を挟んで画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃの感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃに対向して配置されている。画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃの各々の感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面に形成されたトナー画像は、転写ローラ９４０Ｋ，９４０Ｙ，９４０Ｍ，９４０Ｃによって、媒体搬送路に沿って矢印方向に搬送される記録媒体Ｐの上面に順に転写される。画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃは、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃ上に現像されたトナー画像を記録媒体Ｐに転写した後に感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃに残留したトナーを除去するクリーニング装置９１９Ｋ，９１９Ｙ，９１９Ｍ，９１９Ｃを有している。
【０１３２】
定着器９５０は、互いに圧接し合う１対のローラ９５１，９５２を有している。ローラ９５１は、加熱ヒータを内蔵するローラ（すなわち、ヒートローラ）９５１であり、ローラ９５２はローラ９５１に向けて押し付けられる加圧ローラである。未定着のトナー画像を有する記録媒体Ｐは、定着器９５０の１対のローラ９５１，９５２間を通過する。このとき、未定着のトナー画像は、加熱及び加圧されて記録媒体Ｐ上に定着される。
【０１３３】
また、搬送ベルト９３３の下面部には、クリーニングブレード９３４及び廃棄トナー収容部（図示せず）などからなるクリーニング機構が備えられている。
【０１３４】
印刷時には、媒体カセット９２１内の記録媒体Ｐが、ホッピングローラ９２２によって繰り出され、ローラ対９２３へ送られる。続いて、記録媒体Ｐはローラ対９２３からレジストローラ・ピンチローラ９２４を介して搬送ベルト９３３に送られ、この搬送ベルト９３３の走行に伴って、画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃへと搬送される。画像形成部９１０Ｋ，９１０Ｙ，９１０Ｍ，９１０Ｃにおいて、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃの表面は、帯電ローラ９１４Ｋ，９１４Ｙ，９１４Ｍ，９１４Ｃによって帯電され、光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃによって露光され、静電潜像が形成される。静電潜像には、現像ローラ９１６Ｋ，９１６Ｙ，９１６Ｍ，９１６Ｃ上で薄層化されたトナーが静電的に付着されて各色のトナー画像が形成される。各色のトナー画像は、転写ローラ９４０Ｋ，９４０Ｙ，９４０Ｍ，９４０Ｃによって記録媒体Ｐに転写され、記録媒体Ｐ上にカラーのトナー画像が形成される。転写後に、感光体ドラム９１３Ｋ，９１３Ｙ，９１３Ｍ，９１３Ｃ上に残留したトナーは、クリーニング装置９１９Ｋ，９１９Ｙ，９１９Ｍ，９１９Ｃによって除去される。カラーのトナー画像が形成された記録媒体Ｐは、定着器９５０に送られる。定着器９５０において、カラーのトナー画像が記録媒体Ｐに定着され、カラー画像が形成される。カラー画像が形成された記録媒体Ｐは、ガイド９２６に沿って搬送され、排紙ローラ対９２５によってスタッカへ排出される。
【０１３５】
以上に説明したように、第６の実施形態に係る画像形成装置９００は、光プリントヘッド９１１Ｋ，９１１Ｙ，９１１Ｍ，９１１Ｃとして第５の実施形態に係る光プリントヘッド８００を用いているので、画像形成装置９００による印字品質を向上させることができる。
【０１３６】
《７》変形例
上記第１から第４の実施形態の発光サイリスタを構成する半導体層の導電型を逆にした構造を採用することも可能である。
【符号の説明】
【０１３７】
１０〜１３，２０〜２３，３０〜３２，４０，４１  発光サイリスタ、  ４１Ａ  アノード電極、  ５１Ｇ  ゲート電極、  ６１Ｋ  カソード電極、  ７１  絶縁膜、  １００，１１０，１２０，２００，２１０，２２０，４００，４１０  発光素子チップ、  １０１  基材部、  １０２  基材、  １０３  平坦化層、  ８００  光プリントヘッド、  ８０１  基板ユニット、  ９００  画像形成装置、  １０００，１１００，１２００，２０００，２１００，２２００，４０００，４１００  半導体装置、  １０１０，１１１０，１２４０，２０１０，２１１０，２２４０，４０１０，４０１０ａ  第１の半導体層、  １０２０，１１２０，１２３０，１０２０ａ，２０２０，２１２０，２２３０，２３２０，２０２０ａ，２０２０ｂ，４０２０  第２の半導体層、  １０３０，１１３０，１２２０，１０３０ａ，２０３０，２１３０，２２２０，２３３０，２２３０ａ，２０３０ｂ，４０３０  第３の半導体層、  １０４０，１１４０，１２１０，２０４０，２１４０，２２１０，２３４０，４０４０  第４の半導体層、  １０１２，１１１２，１２４１，２０１３，２１１３，２２４１，２３１３，４０１２  活性層、  １０２１，１１２１，２０２１，２１２１，２２３２，２３２１，２０２１ａ，２０２１ｂ  正孔バリア層（第１の層）、  １２３２，２２３２，２２３２ａ，４０２１  電子バリア層（第１の層）、  １０２２，１１２２，１０２２ａ，２０２２，２１２２，２３２２  Ｎ型ゲート層（第２の層）、  １２３１，２２３１，４０２２  Ｐ型ゲート層（第２の層）、  ２０１２，２１１２  電子バリア層（第３の層）、  ２２４２，４０１２ａ  正孔バリア層（第３の層）、  ２０１１，２１１１，２３１１  アノード層（第４の層）、  ２２４３，４０１１  カソード層（第４の層）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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