(57)【要約】  【課題】  全体構造を簡素化することができ、かつ信頼性にも優れた発光装置を提供する。  【解決手段】  ３端子発光スイッチ素子を多数個、直線的に配列した光励起による３端子発光スイッチ素子アレイ16と、３端子発光素子を多数個、３端子発光スイッチ素子に対応させて配列した３端子発光素子アレイ15とを具備しており、３端子発光スイッチ素子において、受光部上で発光部が、隣接する３端子発光素子からの発光が入射する側と反対側に偏って形成されていることより、３端子発光スイッチ素子の受光部の側面に加えて、受光部上の発光部が配置されていない部位でも受光できるため受光面積が大きくなり、受光感度の高い発光装置を提供できる。【選択図】  図２
2006013255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの前記３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する前記３端子スイッチ素子に入射するように直線状に配列するとともに、前記３端子発光スイッチ素子の各々の前記アノード端子にクロックラインを接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、
発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子と前記ゲート端子とを有する３端子発光素子を多数個、前記３端子発光スイッチ素子に対応させて配列するとともに、前記３端子発光素子の前記ゲート端子をそれぞれ対応する前記３端子発光スイッチ素子の前記ゲート端子と電気的に接続し、前記３端子発光素子の前記アノード端子を発光のための電圧または電流を供給するラインに接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、
前記３端子発光スイッチ素子および前記３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板の上に、第１のｎ型半導体層と第１のｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが順次積層された受光部と、該受光部上に第３のｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層とが積層された発光部とを有するとともに、前記第２のｐ型半導体層に前記アノード端子を、前記ｎ型半導体基板または前記第１のｎ型半導体層に前記カソード端子を、前記第２または第３のｎ型半導体層に前記ゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであり、
前記３端子発光スイッチ素子は、前記受光部上で前記発光部が、隣接する前記３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
直線状に配列された前記３端子発光スイッチ素子の隣接する前記発光部と前記受光部とを覆うように、前記発光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記クロックラインが前記反射層を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記３端子発光スイッチ素子アレイと前記３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているとともに、前記３端子発光スイッチ素子からの発光のうち前記基板の表面に垂直方向の発光と前記３端子発光素子方向の発光と前記３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光装置を感光体への露光装置に使用していることを特徴とする画像記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光サイリスタを用いた、光励起による転送スイッチ素子を集積した発光装置に関するものであり、特に全体構造を簡素化することができ、かつ信頼性の高い発光装置に関するものである。また本発明は、このような光励起による転送スイッチ素子を集積した発光装置を用いた画像記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像記録装置のうち電子写真プリンタの露光装置の一つである光プリンタヘッドとして用いられている発光装置として、ＰＮＰＮ構造を持つ負性抵抗素子である発光サイリスタを発光素子に使用し、これを発光素子列として配置して発光状態の転送が実現できる発光装置とするものが提案されており、これを光プリンタヘッドに用いることで、実装上簡便となること、発光素子アレイをコンパクトに作製できること等が示されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。
【０００３】
図８に従来の発光サイリスタの基本構造を示す断面図を各層のキャリア密度の状態を表す線図とともに示す。図８において、21はＧａＡｓ等のｎ型半導体基板であり、このｎ型半導体基板21上にＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ等からなる各種の半導体層22〜26が積層される。一般的には、22はｎ型ＡｌＧａＡｓ層、23はｐ型ＡｌＧａＡｓ層、24はｎ型ＡｌＧａＡｓ層、25はｐ型ＡｌＧａＡｓ層であり、26はアノード端子27とのオーミック接触の容易性を得るためのｐ型ＧａＡｓ層である。また、27はアノード端子、28はゲート端子、29はｎ型半導体基板21裏面のカソード端子である。
【０００４】
このような発光サイリスタの電流−電圧特性を図９に示す。図９は、発光サイリスタのアノード端子27−カソード端子29間の順方向電圧−電流特性を模式的に示す線図であり、横軸はアノード電圧を、縦軸はアノード電流を表わしており、実線および破線の特性曲線はアノード電圧とアノード電流との関係を示している。同図に実線の特性曲線で示すように、この発光サイリスタは、通常のサイリスタと同様のＳ字形負性抵抗を有している。そして、この電流−電圧特性は、同図に破線の特性曲線で示すように、ゲート端子28に印加する電圧もしくは電流によって、あるいは半導体層に光照射を行なうことによって、発光サイリスタの発光のしきい電圧もしくはしきい電流を変化させる（低下させる）ことができ、これによって発光サイリスタがスイッチとして機能することが知られている。この光照射による変化は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層22，ｐ型ＡｌＧａＡｓ層23，ｎ型ＡｌＧａＡｓ層24によるＮＰＮ層部が受光素子としてのフォトトランジスタとして機能し、この部分で外部から照射された光を受光することによって、発光サイリスタの発光のしきい電圧もしくはしきい電流が変化する（低下する）ことによるものである。そして、発光サイリスタがオン状態のとき、その積層された半導体層22〜26の内部において、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層24およびｐ型ＡｌＧａＡｓ層25のＰＮ接合部に順方向電流が流れることにより、発光する。この光が外部に放出され、この光を近接する他の発光サイリスタに入射させることによって、発光状態を順に転送させることができる自己走査機能を有するスイッチングアレイとして動作させることができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
図10に、従来の発光サイリスタを用いた、自己走査機能を有する従来の第１の発光装置の基本構造の概略回路構成を示す等価回路図ならびに各クロックパルスおよび発光強度の波形を示す線図を示す。発光サイリスタＴ０〜Ｔｎは略直線状に配列され、その発光が順次隣接する発光サイリスタに入射するように構成されている。発光サイリスタＴ０〜Ｔｎはそれぞれ光照射を受けることによってそのしきい電圧もしくはしきい電流が低下する特性を持つため、発光している発光サイリスタに隣接している発光サイリスタのしきい電圧が下がることとなる。また、各発光サイリスタのアノード端子に対して３本のクロックラインφ１，φ２，φ３がそれぞれ発光サイリスタ３個おきに繰返し接続されており、各クロックラインφ１，φ２，φ３にはそれぞれ電流源Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３が接続されており、その電流量を発光信号φＩが制御するように構成されている（例えば、特許文献２、特許文献３を参照。）。
【０００６】
図10に示す従来の第１の発光装置の動作について説明する。まず、スタートパルスラインφＳがローレベルからハイレベルに変化し、これによって、最初の発光サイリスタＴ０がオフ状態からオン状態へ変化して発光する。発光サイリスタＴ０からの発光は隣接する発光サイリスタＴ１に入射し、光励起によりその発光のしきい電圧を下げる。このとき、発光サイリスタＴ２以降は発光サイリスタＴ１よりも発光サイリスタＴ０から離れているため、それらへの入射光は弱く、発光のしきい電圧の低下は小さい。この状態で、次にクロックラインφ１がローレベルからハイレベルに変化すると、発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が発光サイリスタＴ０からの光照射により低下しているため、クロックラインφ１のハイレベルをそのしきい電圧に合わせたレベルとすることにより、発光サイリスタＴ１がオフ状態からオン状態へ変化して発光する。このとき、同じクロックラインφ１が接続されている発光サイリスタＴ４は、発光サイリスタＴ０から十分離れているためその発光のしきい電圧の低下はほとんどないので、発光サイリスタＴ１を発光させるレベルのクロックラインφ１のハイレベルでは発光せず、よって発光サイリスタＴ１のみがオン状態となって発光する。次に、スタートパルスφＳをローレベルとすることで、発光サイリスタＴ０はオン状態からオフ状態へ変化して発光が終了する。これによりオン状態がＴ０からＴ１へ転送される。
【０００７】
以下同様に、各クロックパルスφ１〜φ３の波形を図10に示す線図のように変化させることにより、次に発光サイリスタＴ１から発光サイリスタＴ２へ、その次に発光サイリスタＴ２から発光サイリスタＴ３へと時間とともにオン状態（発光状態）が転送される。
【０００８】
例えば、クロックラインφ３のみがハイレベルにあり、発光サイリスタＴ３がオン状態にあるとき、発光サイリスタＴ３からの発光は隣接する発光サイリスタＴ２，Ｔ４に最も強く入射してこれらの発光のしきい電圧を低下させる。このとき、発光サイリスタＴ１，Ｔ５はそれぞれ発光サイリスタＴ２，Ｔ４に比べて発光サイリスタＴ３から遠方にあるためこれらに発光サイリスタＴ３から入射する光は弱く、これらの発光のしきい電圧はあまり低下しない。この状態でクロックラインφ１がローレベルからハイレベルに変化すると、発光サイリスタＴ４のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ４）は発光サイリスタＴ１のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ１）に比べてより低下しているため、クロックパルスφ１のハイレベル電圧ＶＨをＶＴＨ（Ｔ４）＜ＶＨ＜ＶＴＨ（Ｔ１）と設定することで発光サイリスタＴ４のみがオン状態となって発光し、発光サイリスタＴ１はオフ状態のままとなる。そして次にクロックラインφ３をハイレベルからローレベルにすることで発光サイリスタＴ３はオフ状態になり、オン状態（発光状態）は発光サイリスタＴ３から発光サイリスタＴ４へ転送される。
【０００９】
このようにクロックラインφ１，φ２，φ３のクロックパルスのハイレベルを互いに一部が重なるように設定することで、発光サイリスタＴ０〜Ｔｎのオン状態（発光状態）は順次転送されていく。
【００１０】
また、図10の線図に示すように、発光サイリスタＴ３のみを強く発光させる場合には、発光サイリスタＴ３が発光するタイミングに合わせて発光信号φＩをハイレベルにする。これにより、その時のオン状態の発光素子である発光サイリスタＴ３のみが印加される電流量が増加し、発光強度（Ｌ（Ｔ３））も大きくなる。
【００１１】
従来の第１の発光装置は、この発光サイリスタＴ３の発光を外部へ照射する光として利用するものである。
【００１２】
しかしながら、この従来の第１の発光装置では、図10に示す発光強度Ｌ（Ｔ０）〜Ｌ（Ｔ５）の線図からも分かるように、光プリンタヘッド等に適用する場合には、外部へ照射させる光を発光させる時以外でもスイッチング信号を転送するためのオン状態（発光状態）にある各発光サイリスタからある程度の発光（バイアス光）を生じる。これはオン状態を維持するための電流により各発光サイリスタから弱い発光が生じるためであるが、この従来の第１の発光装置を画像記録装置の光プリンタヘッド等に適用する場合は、このバイアス光も感光体に照射されてしまって本来の画像記録のための照射光に対してノイズとして作用するため、画像品質を悪化させる原因となるという問題点がある。
【００１３】
そこで、このような問題点を解消するため、スイッチング信号の転送のための素子を分離してそれらの素子を電気的に制御する構造のものが提案されている（例えば、特許文献４，特許文献５を参照。）。
【００１４】
図11にそのような自己走査機能を有する従来の第２の発光装置の基本構造の概略回路構成を等価回路図で示す。この従来の第２の発光装置における発光サイリスタアレイは、信号転送のためのスイッチ用のスイッチ用サイリスタ（Ｔ１〜Ｔｎ）が略直線状に配列された部分と、外部へ照射する光の発光用の発光用サイリスタ（Ｌ１〜Ｌｎ）が略直線状に配列された部分とを有している。スイッチ用サイリスタと発光用サイリスタとはそれぞれの対応したゲート端子同士が電気的に接続されており（例えば、ｎ番目のスイッチ用サイリスタＴｎとｎ番目の発光用サイリスタＬｎとのゲート端子同士が接続される。）、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のゲート端子はスタートパルスラインφＳに接続される。また、スイッチ用サイリスタＴ１〜Ｔｎの各々のゲート端子は負荷抵抗ＲＬを介して制御用電源ＶＧＫに接続され、アノード端子には２本のクロックラインφ１，φ２がそれぞれ１つおきに接続される。
【００１５】
また、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２のゲート端子には１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のゲート端子が転送方向指定ダイオードＤを介して電気的に接続され、以後、同様の接続の繰り返しで各ゲート端子が電気的に接続されている。
【００１６】
このような従来の第２の発光装置における、従来の電気制御によるスイッチ素子を用いた発光状態の転送および発光について説明する。
【００１７】
発光状態の転送はスタートパルスラインφＳがハイレベルからローレベルに変化することにより始まる。これにより、電気的に１番目のスイッチ用サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が低下する。このときクロックラインφ２をローレベルからハイレベルにすることで、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１がオン状態になり発光する。２番目のスイッチ用サイリスタＴ２以降は、転送方向指定ダイオードＤにより、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１から離れるほど転送方向指定ダイオードＤの順方向電圧降下分に応じてスイッチ用サイリスタＴ２，Ｔ３・・のゲート端子にかかる電圧が上昇する。そのため、同じクロックラインφ２が接続されている３番目のスイッチ用サイリスタＴ３では発光のしきい電圧が転送方向指定ダイオードＤ２つ分の順方向電圧降下分だけ上昇することとなるので、クロックパルスφ２のハイレベルがこの３番目のスイッチ用サイリスタＴ３の発光のしきい電圧以下となるようなスタートパルスを用いることで、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のみがオン状態になり発光することとなる。
【００１８】
この状態で発光用サイリスタＬ１〜Ｌｎ用の電源ラインφＩをローレベルからハイレベルにすると、１番目の発光用サイリスタＬ１においては発光のオン条件がゲート端子同士が電気的に接続されている１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のオン条件と同じになるため、１番目の発光用サイリスタＬ１がオン状態になって発光し、１番目の発光部が発光して点灯することになる。次に、電源ラインφＩをローレベルに戻すことにより、１番目の発光用サイリスタＬ１はオフ状態になり発光が終了する。
【００１９】
次に、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１から２番目のスイッチ用サイリスタＴ２への発光状態の転送（オン条件の転送）について説明する。１番目の発光用サイリスタＬ１がオフ状態になってもクロックラインφ２がハイレベルのままなので、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１はオン状態（発光状態）を保持する。このとき、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２では１番目のスイッチ用サイリスタＴ１に比べて転送方向指定ダイオードＤ１つ分の順方向電圧降下分だけゲート端子にかかる電圧が高くなり、同じクロックラインφ１が接続されている４番目のスイッチ用サイリスタＴ４はそれよりさらに転送方向指定ダイオードＤ２つ分の順方向電圧降下分だけゲート端子にかかる電圧が高くなる。この状態でクロックラインφ１をローレベルからハイレベルにしたとき、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２の発光のしきい電圧と４番目のスイッチ用サイリスタＴ４の発光のしきい電圧との間の電圧となるようにクロックパルスφ１のハイレベルを選べば、２番目のスイッチ用サイリスタＴ２のみがオン状態になり発光する。
【００２０】
こうして２番目のスイッチ用サイリスタＴ２がオン状態（発光状態）となった後、クロックラインφ２をハイレベルからローレベルにすることにより、１番目のスイッチ用サイリスタＴ１は１番目の発光用サイリスタＬ１がオフ状態となったのと同様にオフ状態になり発光か終了する。このとき、スタートパルスラインφＳがローレベルからハイレベルに変化しているため、転送方向指定ダイオードＤにより１番目のスイッチ用サイリスタＴ１のゲート端子にかかる電圧はほぼ制御用電源ＶＧＫの電圧に等しくなり、発光のしきい電圧が最も低いスイッチ用サイリスタは２番目のスイッチ用サイリスタＴ２となる。こうして、スイッチ用サイリスタのオン状態（発光状態）は１番目のスイッチ用サイリスタＴ１から２番目のスイッチ用サイリスタＴ２に転送される。そして、このとき電源ラインφＩをローレベルからハイレベルにすると、２番目の発光用サイリスタＬ２のみがオン状態となり発光する。
【００２１】
以上の操作を順次繰り返すことにより、スイッチ用サイリスタＴ０〜Ｔｎの発光状態が順次転送され、それに対応させて発光用サイリスタＬ１〜Ｌｎの発光状態の制御を行なうことができる。
【特許文献１】特開昭49−124992号公報
【特許文献２】特許第2577034号公報
【特許文献３】特許第3020177号公報
【特許文献４】特許第2577089号公報
【特許文献５】特開2003−243696号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上記の従来の第１の発光装置では、発光サイリスタが発光する光を受光して隣接する発光サイリスタが光励起する構成のため、発光する発光サイリスタの外部への光の取り出し効率が高いこと、および受光する発光サイリスタの受光感度が高いことが要求される。また、前述のように、スイッチング信号を転送するためのバイアス光の発生により、光プリンタヘッド等へ適用した場合に画像品質が悪化するという問題点がある。
【００２３】
また、上記の従来の第２の発光装置では、スイッチ用サイリスタにおけるスイッチング信号の転送やスイッチ用サイリスタによる発光用サイリスタの発光のしきい電圧の制御には発光サイリスタの光励起を利用しない構成のため、発光する発光サイリスタの外部への光の取り出し効率が高いことや受光する発光サイリスタの受光感度が高いことは重要ではない。しかし、スイッチング信号の転送のための素子アレイにおいてサイリスタの電気的制御により転送を実現しているため、転送方向指定のための転送方向指定ダイオードＤやスイッチ用サイリスタのゲート端子にかかる電圧を制御するための負荷抵抗ＲＬ等を必要とする。そのためスイッチ用サイリスタの構成が複雑となり、製造に際しても工程数が多くなってしまうという問題点がある。
【００２４】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、全体構造を簡素化することが可能であり、かつ信頼性にも優れた、光励起による転送スイッチ素子を集積した構成の発光装置を提供することにある。また、本発明のさらに他の目的は、本発明の発光装置を用いた、画像品質の良好な記録画像を得られる画像記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の発光装置は、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの前記３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する前記３端子スイッチ素子に入射するように直線状に配列するとともに、前記３端子発光スイッチ素子の各々の前記アノード端子にクロックラインを接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子と前記ゲート端子とを有する３端子発光素子を多数個、前記３端子発光スイッチ素子に対応させて配列するとともに、前記３端子発光素子の前記ゲート端子をそれぞれ対応する前記３端子発光スイッチ素子の前記ゲート端子と電気的に接続し、前記３端子発光素子の前記アノード端子を発光のための電圧または電流を供給するラインに接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、前記３端子発光スイッチ素子および前記３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板の上に、第１のｎ型半導体層と第１のｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが順次積層された受光部と、該受光部上に第３のｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層とが積層された発光部とを有するとともに、前記第２のｐ型半導体層に前記アノード端子を、前記ｎ型半導体基板または前記第１のｎ型半導体層に前記カソード端子を、前記第２または第３のｎ型半導体層に前記ゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであり、前記３端子発光スイッチ素子は、前記受光部上で前記発光部が、隣接する前記３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置されていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の発光装置は、上記構成において、直線状に配列された前記３端子発光スイッチ素子の隣接する前記発光部と前記受光部とを覆うように、前記発光を反射する反射層が設けられていることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の発光装置は、上記構成において、前記クロックラインが前記反射層を兼ねていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の発光装置は、上記構成において、前記３端子発光スイッチ素子アレイと前記３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているとともに、前記３端子発光スイッチ素子からの発光のうち前記基板の表面に垂直方向の発光と前記３端子発光素子方向の発光と前記３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層を設けたことを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の画像記録装置は、上記本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の発光装置によれば、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する３端子スイッチ素子に入射するように直線状に配列するとともに、３端子発光スイッチ素子の各々のアノード端子にクロックラインを接続した３端子発光スイッチ素子アレイと、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子を介して電気的に制御可能な、アノード端子とカソード端子とゲート端子とを有する３端子発光素子を多数個、３端子発光スイッチ素子に対応させて配列するとともに、３端子発光素子のゲート端子をそれぞれ対応する３端子発光スイッチ素子のゲート端子と電気的に接続し、３端子発光素子のアノード端子を発光のための電圧または電流を供給するラインに接続した３端子発光素子アレイとを具備しており、３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板の上に、第１のｎ型半導体層と第１のｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが順次積層された受光部と、該受光部上に第３のｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層とが積層された発光部とを有するとともに、第２のｐ型半導体層にアノード端子を、ｎ型半導体基板または第１のｎ型半導体層にカソード端子を、第２または第３のｎ型半導体層に前記ゲート端子をそれぞれ電気的に接続した発光サイリスタであり、３端子発光スイッチ素子は、受光部上で発光部が、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置されていることから、３端子発光スイッチ素子のゲート端子電圧によって３端子発光素子のゲート電圧を制御してその発光のしきい電圧またはしきい電流を制御することができるので、スイッチ用サイリスタによるスイッチング信号の転送を発光サイリスタを用いた光励起により行なうことで、従来の第２の発光装置におけるような転送方向指定ダイオードやゲート端子にかかる電圧の制御のための負荷抵抗等を必要とせず、したがって３端子発光スイッチ素子のアレイ構造が簡便となるとともに、発光状態を順に転送させることができる自己走査機能を有するスイッチングアレイにおいて従来のように転送方向指定ダイオードを作製するためのショットキー接合の作製工程や負荷抵抗の作製工程が不要となる。また、３端子発光スイッチ素子は、受光部上で発光部が、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置されていることから、従来の第１および第２の発光装置における３端子発行スイッチ素子の受光部の側面のみで受光していた状態に比べて、３端子発光スイッチ素子の受光部の側面に加えて、受光部上の発光部が配置されていない部位でも受光できるため受光面積が大きくなり、受光感度が高くなり、したがって信頼性の高い発光装置を得ることができる。さらに、３端子発光スイッチ素子と３端子発光素子とを個別に設けているため、従来の第１の発光装置におけるような発光スイッチ素子と発光素子とを兼ねることによるバイアス光の問題もないので、本発明の発光装置を電子写真式の画像記録装置に用いると、優れた画像品質の記録画像を得ることができる。
【００３１】
また、本発明の発光装置によれば、上記構成において、直線状に配列された３端子発光スイッチ素子の隣接する発光部と受光部とを覆うように、発光を反射する反射層が設けられているときには、隣接する３端子発光スイッチ素子間において一方の３端子発光スイッチ素子の発光部からの発光の内、３端子発光スイッチアレイの上方向への漏れ光を反射させて他方の３端子発光スイッチ素子の受光部に効率よく導くことができるものとなる。
【００３２】
また、本発明の発光装置によれば、上記構成において、クロックラインが反射層を兼ねているときには、隣接する３端子発光スイッチ素子間において一方の３端子発光スイッチ素子の発光部からの発光の内、クロックラインの上方向への漏れ光を反射させて他方の３端子発光スイッチ素子の受光部に効率よく導くことができるものとなる。
【００３３】
また、本発明の発光装置によれば、上記構成において、３端子発光スイッチ素子アレイと３端子発光素子アレイとが基板上に並列に配設されているとともに、３端子発光スイッチ素子からの発光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層を設けたときには、３端子発光スイッチ素子アレイからの漏れ光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とはこの遮光層によって十分に遮光されるので、３端子発光スイッチ素子アレイにおいて発光状態を転送すべき隣接した３端子発光スイッチ素子方向への発光のみを効率良く利用することができ、漏れ光の影響を抑制することができるとともに、３端子発光素子アレイからの出力光のみを外部に効率良く取り出すことができるものとなる。
【００３４】
また、本発明の画像記録装置によれば、電子写真方式の画像記録装置であって、本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用していることから、露光装置としての発光装置において感光体への画像露光を行なうための発光素子と信号転送のためのスイッチ素子とを一体的に集積化したものとすることができるので、発光装置を実装して露光装置を構成する回路基板を小型化することができ、またこの回路基板とのワイヤボンディングの数や回路基板に搭載すべき駆動ＩＣの数を低減することができるので、小型化が可能で、かつ低コストの露光装置を備えた画像記録装置を提供することができるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の発光装置の実施の形態の例について説明する。
【００３６】
図１（ａ）は本発明の発光装置に用いる発光サイリスタの層構造の一例を示す断面図であり、（ｂ）は発光サイリスタの層構造の別の例を示す断面図である。
【００３７】
図１において、１はＳｉやＧａＡｓ等からなるｎ型半導体基板、２はＧａＡｓ等からなる第１のｎ型半導体層、３はＩｎＧａＡｓ等からなる第１のｐ型半導体層、４ａはＧａＡｓ等からなる第２のｎ型半導体層、４ｂはＡｌＧａＡｓ等からなる第３のｎ型半導体層、５はＡｌＧａＡｓ等からなる第２のｐ型半導体層、６はＧａＡｓ等からなる第３のｐ型半導体層であり、７はアノード端子、８はゲート端子、９はカソード端子である。
【００３８】
また、これら各半導体層のエネルギーギャップ（バンドギャップエネルギー）およびキャリア密度は、発光サイリスタの受光感度，外部への光の取り出し効率および発光効率を高めるように設計することが好ましい。具体的には、第３のｎ型半導体層４ｂはエネルギーギャップが第２のｎ型半導体層４ａより大きく、第３のｎ型半導体層４ｂのエネルギーギャップが第２のｐ型半導体層５より大きく、第２のｐ型半導体層５はエネルギーギャップが第１のｐ型半導体層３より大きくすればよい。
【００３９】
このようなエネルギーギャップの関係とすることにより、発光層となる第２のｐ型半導体層５に電子および正孔を効率良く閉じ込めることができるので、内部量子効率が高く、発光効率の高い発光サイリスタを提供できるものとなる。また、主たる受光層となる第１のｐ型半導体層３のエネルギーギャップが発光層である第２のｐ型半導体層５からの発光のエネルギーより小さいものとなるので、隣接する発光サイリスタが発光する光を効率良く受光することができ、受光感度の高い発光サイリスタを提供できるものとなる。
【００４０】
ここで、第３のｐ型半導体層６のエネルギーギャップは、アノード端子７とのオーミック接合を得るために他の半導体層に比べて小さいものであるが、外部への光の取り出し効率に対するこの第３のｐ型半導体層６による影響は、この層の厚みが通常は10ｎｍ〜20ｎｍと非常に薄いため、主たる発光層である第２のｐ型半導体層５からの発光の吸収は無視できる程度である。
【００４１】
また、第１のｐ型半導体層３のキャリア密度を第２のｎ型半導体層４ａのキャリア密度より高くすることで、これらの層によるｐｎ接合部における第２のｎ型半導体層４ａ側での空乏層が厚くなるので、受光領域を増大させることができることより半導体層に照射される光に対する受光感度をより改善することができるものとなる。
【００４２】
また、第２のｐ型半導体層５に比べて第３のｐ型半導体層６のキャリア密度が高くなるようにすることで、主たる発光層である第２のｐ型半導体層５に注入できる正孔濃度を増加させることができ、さらに、アノード端子７とのオーミック抵抗も低減できるので、主たる発光層である第２のｐ型半導体層５での高い内部量子効率、およびアノード端子７との良好なオーミック接合を得ることができるものとなる。
【００４３】
さらに、第１のｎ型半導体層２のエネルギーギャップを第１のｐ型半導体層３および第２のｎ型半導体層４ａより大きくすることで、第１，第２のｎ型半導体層２，４ａおよび第１のｐ型半導体層３で構成されるフォトトランジスタ部において、エミッタの注入効率が増すことにより電流増幅率が増大するので、効率良く外部からの光を受光することができるものとなる。このとき、具体的には、第１のｐ型半導体層３のエネルギーギャップは第１および第２のｎ型半導体層２，４ａのエネルギーギャップより、第１のｐ型半導体層３から第１のｎ型半導体層２への正孔の注入が抑えられるように小さいことが望ましい。
【００４４】
さらに、この構成において、第１のｐ型半導体層３および第２のｎ型半導体層４ａはＧａＡｓからなり、第１のｎ型半導体層２はＩｎＡｌＧａＰまたはＡｌＧａＡｓからなるときには、第１のｐ型半導体層３のエネルギーギャップが第１のｎ型半導体層２より小さくなり、さらにその接合部でのマッチングが良好となるため、第１，第２のｎ型半導体層２，４ａおよび第１のｐ型半導体層３で構成されるフォトトランジスタ部において、エミッタの注入効率が増すことにより電流増幅率が増大するので、効率良く外部からの光を受光することができるものとなる。
【００４５】
本発明の発光装置に用いる発光サイリスタにおいて、ｎ型半導体基板１は、III／Ｖ族半導体層やII／VＩ族半導体層が成長可能なものであり、例えば、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，Ｓｉ，Ｇｅ等からなる。なお、カソード端子９を第１のｎ型半導体層２に形成する場合は、ｎ型半導体基板１に絶縁性基板や半絶縁性基板をベース基板として使用することもできる。例えば、ＧａＡｓ，ＧａＮ，サファイア等をベース基板に用いてその表面にｎ型半導体層を形成したものであってもよい。
【００４６】
第１のｎ型半導体層２は、エネルギーギャップが主たる発光層である第２のｐ型半導体層５より小さく、キャリア密度は１×10１８ｃｍ−３程度のものであり、例えば、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＰ等からなる。
【００４７】
第１のｐ型半導体層３は、エネルギーギャップが第１のｎ型半導体層２より小さく、キャリア密度は１×10１８ｃｍ−３程度のものであり、例えば、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓ等からなる。特に、この層の厚みを50〜1000Åとすると、フォトトランジスタ部の電流増幅率が大きくなるので、効率良く外部からの光を受光できるものとなる。
【００４８】
第２のｎ型半導体層４ａは、エネルギーギャップが第１のｎ型半導体層２より小さく、キャリア密度は全層の中で最も小さく１×10１６ｃｍ−３〜１×10１７ｃｍ−３程度のものであり、例えば、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ等からなる。
【００４９】
第３のｎ型半導体層４ｂは、エネルギーギャップが第２のｐ型半導体層５より大きく、キャリア密度は１×10１７〜１×10１８ｃｍ−３程度のものであり、例えば、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＧａＰ等からなる。特に、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦0.5）からなるものとすると、電子のキャリア密度を高くでき、主たる発光層である第２のｐ型半導体層５により多くの電子を注入できるため、内部量子効率を高くすることができる。
【００５０】
第２のｐ型半導体層５は、主たる発光層となる層であって、キャリア密度は１×10１８ｃｍ−３程度のものであり、例えば、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＧａＰ等からなる。特に、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ≦0.3）からなるものとすると、直接遷移型の半導体として機能するため、高い内部量子効率を得ることができる。
【００５１】
また、第２のｐ型半導体層５は、例えば図１（ｂ）に示すように、複数の層を積層したものを用いてもよい。図１（ｂ）において第２のｐ型半導体層５は、第３のｎ型半導体層４ｂの上に第２のｐ型半導体層５ａ，５ｂ，５ｃを順次積層して形成されている。
【００５２】
ここで第２のｐ型半導体層５ｂ，５ｃのエネルギーギャップを第２のｐ型半導体層５ａに比べて大きくすることで、第２のｐ型半導体層５ａへの電子および正孔の閉じ込め効果を大きくすることができるため、内部量子効率が高く、発光効率の高い発光サイリスタとなる。なお、第２のｐ型半導体層５ｂ，５ｃのエネルギーギャップを第３のｎ型半導体層４ｂとほぼ等しく、かつ第２のｐ型半導体層５ａに比べて大きくすることで、主たる発光層となる第２のｐ型半導体層５ａからの発光に対して第２のｐ型半導体層５ｂ，５ｃが透明とみなせるようになるので、第２のｐ型半導体層５ａにおいて発生した光を第２のｐ型半導体層５ｂ，５ｃで吸収することがなくなり、外部への光の取り出し効率を大きくすることができる。
【００５３】
また、正孔のキャリア密度を第２のｐ型半導体層５ａ，５ｂ，５ｃの順に高くすることで、主たる発光層となる第２のｐ型半導体層５ａにより多くの正孔を注入できるため、内部量子効率を高くすることができる。
【００５４】
このような第２のｐ型半導体層５ａ，５ｂ，５ｃは、キャリア密度を順に、１×10１８ｃｍ−３，５×10１８ｃｍ−３，１×10１９ｃｍ−３程度とすればよく、例えば、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＧａＰ等からなる。特に、第２のｐ型半導体層５ａにおいてはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０＜ｚ≦0.3）からなるものとすると直接遷移型の半導体として機能し、かつ第２のｐ型半導体層５ｂ，５ｃにおいては、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０＜ｙ≦0.5）からなるものとすると正孔のキャリア密度を高くすることができるため、内部量子効率の高いものとなる。
【００５５】
そして、第３のｐ型半導体層６は、アノード端子７とのオーミック接合を行なうための層であって、キャリア密度は１×10１９ｃｍ−３以上のものであり、例えば、ＧａＡｓ，ＩｎＧａＰ等からなる。
【００５６】
また、アノード端子７は、第３のｐ型半導体層６とオーミック接合をしてアノード電極として機能するものであり、例えば、Ａｕ，ＡｕＧｅ，ＡｕＺｎ等からなる。
【００５７】
ゲート端子８は、第２のｎ型半導体層４ａとオーミック接合をしてサイリスタにおけるゲート電極として機能するものであり、例えば、Ａｕ，ＡｕＧｅ，Ｎｉ等からなる。
【００５８】
カソード端子９は、ｎ型半導体基板１または第１のｎ型半導体層２とオーミック接合をしてカソード電極として機能するものであり、例えば、Ａｕ，ＡｕＧｅ，Ｎｉ等からなる。
【００５９】
そして、このように形成された発光サイリスタは、以上のような構成に対して、アノード端子７とカソード端子９との間に例えばしきい電圧より大きな値の電圧を印加することにより、第２のｐ型半導体層５で主に発光し、また、第１，第２のｎ型半導体層２，４ａおよび第１のｐ型半導体層３で構成されるフォトトランジスタ部において受光することによって光電流が流れるため、発光のしきい電圧またはしきい電流が低下するものとなる。
【００６０】
以上のように、上記構成の発光サイリスタによれば、外部への光の取り出し効率および受光感度が高い発光サイリスタとすることができる。
【００６１】
次に図２は、光励起による転送スイッチ素子を集積した３端子発光スイッチ素子アレイ16と３端子発光素子アレイ15とを具備してなる、本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００６２】
図２および図３に示すように、本発明の発光装置は、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部から光を照射することによって制御可能な、アノード端子７とカソード端子９とゲート端子８とを有する３端子発光スイッチ素子を多数個、１つの３端子発光スイッチ素子からの発光が隣接する３端子発光スイッチ素子に入射するように直線状に配列するとともに、３端子発光スイッチ素子の各々のアノード端子７にクロックライン（φ１，φ２）13を接続した３端子発光スイッチ素子アレイ16と、発光のしきい電圧またはしきい電流を外部からゲート端子８を介して電気的に制御可能な、アノード端子７とカソード端子とゲート端子８とを有する３端子発光素子を多数個、３端子発光スイッチ素子に対応させて配列するとともに、３端子発光素子のゲート端子８をそれぞれ対応する３端子発光スイッチ素子のゲート端子８と電気的に接続し、３端子発光素子のアノード端子７を発光のための電圧または電流を供給するライン（φＩ）12に接続した３端子発光素子アレイ15とを具備しており、３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子は、それぞれｎ型半導体基板１の上に第１のｎ型半導体層２と第１のｐ型半導体層３と第２のｎ型半導体層４ａとが順次積層された受光部と、受光部上に第３のｎ型半導体層４ｂと第２のｐ型半導体層５とが積層された発光部とを有するとともに、発光部上に積層した第３のｐ型半導体層６にアノード端子７を、ｎ型半導体基板１または第１のｎ型半導体層２、この例ではｎ型半導体基板１にカソード端子９を、第２または第３のｎ型半導体層４ａ，４ｂ、この例では第２のｎ型半導体層４ａにゲート端子８をそれぞれ電気的に接続したものであり、３端子発光スイッチ素子は、受光部上で発光部が、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置されている。
【００６３】
この例において、発光サイリスタを発光素子として用いた素子アレイは、スイッチ用の発光サイリスタが直線状に配列された３端子発光スイッチ素子アレイ16に同様の発光サイリスタからなるスタート用スイッチサイリスタ17が接続された部分と、発光用の発光サイリスタが直線状に配列された３端子発光素子アレイ15の部分とからなり、それぞれ素子アレイ15，16の対応した３端子発光スイッチ素子としての発光サイリスタのゲート端子８と、３端子発光素子としての発光サイリスタのゲート端子８とが、この例ではゲート端子８同士を共通化した配線で電気的に接続されている。また、スタート用スイッチサイリスタ17としての発光サイリスタのゲート端子は、スタートパルスラインφＳに接続されて信号入力部とされており、アノード端子７は３端子発光スイッチ素子アレイ16の各発光サイリスタのアノード端子７には、２本のクロックライン（φ１，φ２）13がそれぞれ交互に１本ずつ接続されている。また、この例ではアノード端子７はライン（φＩ）12およびクロックライン（φ１，φ２）13の一部にその機能を持たせた構成となっている。
【００６４】
そして、３端子発光スイッチ素子アレイ16と３端子発光素子アレイ15とが基板上、例えばｎ型半導体基板１上に並列に配設されることにより、電子写真方式の画像記録装置用の光プリンタヘッド等のラインヘッドとしての発光装置に用いられる。
【００６５】
ここで、３端子発光スイッチ素子において、受光部上で発光部を、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置するためには、発光サイリスタを構成する各半導体層２〜６を順に積層して３端子発光スイッチ素子を形成した後に、それぞれの３端子発光スイッチ素子においてスタート用スイッチサイリスタ17が配置されている側の受光部を露出させるように、第３のｎ型半導体層４ｂと第２，第３のｐ型半導体層５，６の一部をエッチングにより除去したり、受光部を形成する各半導体層２，３，４ａを順に形成した後に、それぞれの３端子発光スイッチ素子においてスタート用スイッチサイリスタ17が配置されている側の受光部を露出させるように、マスクを用いて第３のｎ型半導体層４ｂと第２，第３のｐ型半導体層５，６を形成したりすればよい。なお、エッチングにより発光部の一部を除去した３端子発光スイッチ素子において、受光部上で発光部を、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置するときには、受光部を構成する第２のｎ型半導体層４ａの上部の一部を発光部とともに除去してもよい。３端子発光スイッチ素子において受光部を露出させる面積は、発光強度を考慮すると小さい方が好ましいが、３端子発光スイッチ素子における受光感度を高めるためには大きい方が好ましいため、両方を考慮して決定される。なお、スタート用スイッチサイリスタ17が配置されている側の受光部上に、発光部を構成する半導体層の一部である第３のｎ型半導体層４ｂがあってもよい。なぜなら、第３のｎ型半導体層４ｂのバンドギャップは第２のｐ型半導体層５に比べて大きいため第２のｐ型半導体層５で発生する光に対して第３のｎ型半導体層４ｂは透明とみなすことができ、受光部の受光感度を低下させないからである。
【００６６】
このように、３端子発光スイッチ素子において、受光部上で発光部を、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側と反対側に偏って配置することにより、３端子発行スイッチ素子の側面に露出している受光部に加え、受光部上の発光部が配置されていない部位でも受光できるため受光感度が高まり、弱い光でも動作することのできる、感度の高い発光装置とすることができる。
【００６７】
ライン（φＩ）12，クロックライン（φ１，φ２）13，スタートパルスラインφＳは、例えば、Ａｕ，ＡｕＧｅ，Ｎｉ等からなる。
【００６８】
また、10は３端子発光スイッチ素子アレイ16に用いられている発光サイリスタの第３のｐ型半導体層６とクロックライン13とのオーミックコンタクトを取るための単層あるいは積層構造の金属層であり、クロックライン13とともに発光サイリスタのアノード端子７として機能するものである。なお、この例では３端子発光素子アレイ15に用いられている発光サイリスタのアノード端子７は発光のための電圧または電流を供給するライン（φＩ）12の一部にその機能を持たせた構成としているが、こちらの発光サイリスタにも同様に第３のｐ型半導体層６とライン12とのオーミックコンタクトを取るための金属層を設けてアノード端子７として機能させてもよい。
【００６９】
11はクロックライン13（７）あるいは発光のための電圧または電流を供給するライン12（７）と、金属層10あるいは各半導体層との電気的絶縁を確保するための絶縁層であり、透光性ポリイミド等の透光性があり、かつ平坦性のある絶縁性膜が用いられる。
【００７０】
この絶縁層11は各発光サイリスタ間にも、その間を埋めるように形成してもよい。各発光サイリスタ間に絶縁層11が形成されているときには、ライン（φＩ）12，クロックライン（φ１，φ２）13，スタートパルスラインφＳやゲート端子８を形成しやすくなるとともに、各半導体層の酸化を防ぐことができるため好ましい。
【００７１】
18は直線状に配列された３端子発光スイッチ素子の隣接する発光部と受光部とを覆うように設けられた、発光部からの発光を反射する反射層である。反射層18は、３端子発光スイッチ素子の隣接する発光部と受光部との間を埋める絶縁層11を構成する材料よりも屈折率の低い絶縁性の材料や、Ｃｒ，Ａｕ，ＡｕＧｅおよびＡｌなどの高い反射率を有する金属材料を用いて、通常の薄膜を形成する方法で形成すればよい。ここで、反射層18に導電性を有する材料を用いる場合には、例えば、クロックライン13を形成した３端子発光スイッチアレイ16を覆うように絶縁性層を形成し、その上に導電性を有する材料から成る反射層18を形成することにより、クロックライン13との絶縁性を確保する必要がある。また、絶縁性層の上に導電性を有する材料から成る層を形成した多層構造の反射層18としてもよい。このような絶縁性層は、例えば絶縁層11と同一材料を用いて、同一手法で形成すればよい。
【００７２】
このように反射層18を設けることにより、隣接する３端子発光スイッチ素子間において一方の３端子発光スイッチ素子の発光部からの発光の内、３端子発光スイッチアレイの上方向への漏れ光を反射させて他方の３端子発光スイッチ素子の受光部に効率よく導くことができるため好ましい。さらに、図３（ａ），（ｂ）に示すように反射層18を、３端子発光スイッチ素子アレイ16の各発光サイリスタにおいて、３端子発光素子アレイ15側の面および３端子発光素子アレイ15側と反対側の面の各半導体層を覆うように形成すれば、３端子発光スイッチ素子アレイ16からの漏れ光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とを反射させて、効率良く受光部に導くことができるため好ましい。
【００７３】
また、クロックライン（φ１，φ２）13（７）が、例えば、Ｃｒ，Ａｕ，ＡｕＧｅおよびＡｌなどの高い反射率を有する材料で形成されるときには、クロックライン（φ１，φ２）13が反射層18を兼ねることができ、隣接する３端子発光スイッチ素子間において一方の３端子発光スイッチ素子の発光部からの発光の内、クロックライン（φ１，φ２）13（７）の上方向への漏れ光を反射させて他方の３端子発光スイッチ素子の受光部に効率よく導くことができるため好ましい。さらに、一方のクロックライン13（７）を他方のクロックライン13（７）や、金属層10あるいは各半導体層と絶縁層11により電気的絶縁を確保した状態で、３端子発光スイッチ素子の隣接する発光部と受光部とを覆うように形成すれば、一方のクロックライン13（７）により一方の３端子発光スイッチ素子の発光部からの発光の内、３端子発光スイッチ素子アレイの上方向への漏れ光を反射させて他方の３端子発光スイッチ素子の受光部に効率よく導くことができるものとなる。このような構成を得るためには、例えば、金属層10の上に、クロックライン（φ１，φ２）13（７）が接続される部位を除いて絶縁層11を設け、まず他方のクロックライン13（７）を形成した後に、他方のクロックライン13（７）を覆い、かつ一方のクロックライン13（７）が金属層10に接続される部位を除いて絶縁性層を設けてから、この絶縁性層のほぼ全面を覆うように一方のクロックライン13（７）を形成すればよい。
【００７４】
また、図４および図５に示すように、特に３端子発光スイッチ素子アレイ16と３端子発光素子アレイ15とが基板上に並列に配設されているときに、３端子発光スイッチ素子からの発光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とを遮光する遮光層14を設けてもよい。
【００７５】
図４は図１（ｂ）に示した層構造の発光サイリスタを用いた、本発明の発光装置の他の例を示す平面図であり、図５（ａ）は図４のＡ−Ａ’断面図，（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’断面図である。図１〜図３と同じ機能を有するものには同じ符合を付けており、重複する説明は省略する。
【００７６】
このような遮光層14を設けることにより、３端子発光スイッチ素子アレイ16からの漏れ光のうち基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とはこの遮光層14によって十分に遮光されるので、本発明の発光装置を電子写真方式の画像記録装置に露光装置として用いた場合に、そのような漏れ光による画像の劣化が発生せず優れた画像品質を得ることができるものとなる。このような遮光層14は、３端子発光スイッチ素子からの発光を２〜３μｍ程度の厚みでほぼ完全に吸収するようなものであれば種々の材料が使用可能であり、例えば、ポリイミド等をスピンコーティングし、フォトエッチングで所定のパターンに加工して形成すればよい。また、遮光層14には、３端子発光スイッチ素子からの発光を３端子発光スイッチ素子側へ反射するような反射層18と同様の材料を用いてもよい。
【００７７】
次に、図６に本発明の発光サイリスタを用いて光励起による転送スイッチ素子を集積した本発明の発光装置の実施の形態の一例における基本構造の概略回路構成を示す等価回路図を示し、図７に図６の概念図を示す。
【００７８】
図６および図７に示す例では、３端子発光スイッチ素子アレイ16を構成する本発明の発光サイリスタＴ０〜Ｔｎと、３端子発光素子アレイ15を構成する本発明の発光サイリスタＬ１〜Ｌｎとが、それぞれ直線状に配列されて並列に配設されており、それぞれの素子アレイの対応した発光サイリスタＴ１〜Ｔｎのゲート端子と発光サイリスタＬ１〜Ｌｎのゲート端子とが電気的に接続されており（例えば、３端子発光スイッチ素子アレイ16のｉ番目（ｉ＜ｎ）の発光サイリスタＴｉのゲート端子と、３端子発光素子アレイ15のｉ番目の発光サイリスタＬｉのゲート端子とが接続される。）、スタート用のスイッチサイリスタＴ０のゲート端子にはスタートパルスラインφＳが接続されて信号入力部とされている。このスタート用のスイッチサイリスタＴ０を含めて、３端子発光スイッチ素子アレイ16の発光サイリスタのアノード端子には、２本のクロックライン（φ１，φ２）がそれぞれ順次交互に１本ずつ接続されている。
【００７９】
このように構成された例を基に、本発明の発光装置におけるスイッチング信号の転送および発光の動作について説明する。
【００８０】
スイッチング信号の転送のスタートは、スタート用のスイッチサイリスタＴ０のアノード端子に接続されたクロックラインφ２がハイレベルになり、スタートパルスラインφＳがハイレベルからローレベル（発光サイリスタＴ０の発光条件を満たすゲート電圧以下の電圧）に変化することにより始まる。これによりスタート用のスイッチサイリスタＴ０がオン状態になり、発光する。このスタート用のスイッチサイリスタＴ０からの発光は、その一部が近傍の次の発光サイリスタＴ１に最も強く入射するよう構成されており、この光照射により発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が低下する。
【００８１】
次に、発光サイリスタＴ０から発光サイリスタＴ１へのオン条件の転送について説明する。発光サイリスタＴ０からの発光による光照射により、発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧が低下し、この状態で発光サイリスタＴ１のゲート端子に接続されているクロックラインφ１をローレベルからハイレベルに変化させる。このとき、同じクロックラインφ１がゲート端子に接続されている発光サイリスタＴ３は、スタート用のスイッチサイリスタＴ０から十分離れているため、スタート用のスイッチサイリスタＴ０の発光の光照射による発光のしきい電圧の低下はほとんどない。そこで、クロックラインφ１のハイレベルＶＨ（φ１）を、発光サイリスタＴ３の発光のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ３）と発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ１）との間の電圧となるように設定すれば（すなわち、ＶＨ（φ１）をＶＴＨ（Ｔ１）＜ＶＨ（φ１）＜ＶＴＨ（Ｔ３）と設定すれば）、発光サイリスタＴ１のみがオン状態になり発光する。
【００８２】
発光サイリスタＴ１がオン状態となって発光した後、クロックラインφ２をハイレベルからローレベルに変化させることにより、発光サイリスタＴ０はオフ状態になり発光が終了する。こうして３端子発光スイッチ素子アレイ16を構成する発光サイリスタのオン状態はスタート用のスイッチサイリスタＴ０から次の発光サイリスタＴ１に転送される。このとき、スタートパルスラインφＳをローレベルからハイレベルに変化させることにより、再度クロックラインφ２をハイレベルに変化させても、スタート用のスイッチサイリスタＴ０はオフ状態を保つ。ここで、発光のための電圧または電流を供給するラインφＩをローレベルからハイレベルにする。３端子発光素子アレイ15の１番目の発光サイリスタＬ１は対応する３端子発光スイッチ素子アレイ16の発光サイリスタＴ１がオン状態のため、そのゲート端子にかかる電圧はほぼ０Ｖとなるが、３端子発光素子アレイ15の２番目の発光サイリスタＬ２は３端子発光スイッチ素子アレイ16の対応する発光サイリスタＴ２がオフ（光励起）状態であり、３端子発光素子アレイ15の１，２番目の発光サイリスタＬ１，Ｌ２の発光のしきい電圧をそれぞれＶＴＨ（Ｌ１），ＶＴＨ（Ｌ２）とすると、前述したようにクロックラインφＩのハイレベルＶＨ（φＩ）をＶＴＨ（Ｌ１）＜ＶＨ（φＩ）＜ＶＴＨ（Ｌ２）となるように設定すれば、発光サイリスタＬ１のみオン状態となり、発光する。そして、発光のための電圧または電流を供給するラインφＩをハイレベルからローレベルにすると、３端子発光素子アレイ15の１番目の発光サイリスタＬ１はオフになり発光は終了する。
【００８３】
次に、３端子発光スイッチ素子アレイ16においてスイッチング信号が転送される方法を説明する。
【００８４】
例えば、発光サイリスタＴ２が発光状態となっていると、その発光による光が両隣の発光サイリスタＴ１およびＴ３に照射される。ここで、発光サイリスタＴ１は発光サイリスタＴ２側の受光部上に発光部が形成されており、発光サイリスタＴ３は発光サイリスタＴ２側の受光部上に発光部が配置されておらず受光部が露出した状態となっている。このため、発光サイリスタＴ２の発光の光照射により、発光サイリスタＴ３の受光量は発光サイリスタＴ１に比べて大きくなり、その結果、発光サイリスタＴ３の発光しきい電圧は発光サイリスタＴ１に比べて大きく低下する。ここで、クロックラインφ１のハイレベルＶＨ（φ１）を、発光サイリスタＴ３の発光のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ３）と発光サイリスタＴ１の発光のしきい電圧ＶＴＨ（Ｔ１）との間の電圧となるように設定すれば（すなわち、ＶＨ（φ１）をＶＴＨ（Ｔ３）＜ＶＨ（φ１）＜ＶＴＨ（Ｔ１）と設定すれば）、発光サイリスタＴ３のみがオン状態になり発光する。このように、３端子発光スイッチ素子の受光部上で発光部が、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側、すなわちスイッチサイリスタＴ０が配置されている側と反対側に偏って配置されていることよりスイッチング信号の転送方向を発光サイリスタＴ０からＴｎの一方向へ指定することができる。すなわち、クロックラインが２本でも、発光サイリスタＴ２の次に発光サイリスタＴ３のみへ転送することができ、これを繰り返すことにより、発光サイリスタＴ３，Ｔ４，Ｔ５・・・へと順次転送することができる。
【００８５】
このように、従来の第２の発光装置における転送方向指定ダイオードをなくしても、発光状態の転送方向を決めるための新たなクロックラインを増やさずにクロックラインがφ１，φ２の２本のままでも３端子発光スイッチ素子における発光状態の転送方向を一方向に制御することもできるので、全体構造を簡素化することができる。
【００８６】
以上のようにして３端子発光スイッチ素子アレイ16によるスイッチング信号の転送とそれに対応させた３端子発光素子アレイ15による発光の動作とを順次繰り返すことにより、スタート用のスイッチサイリスタＴ０のオン状態（発光状態）がスイッチング信号として発光サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・へと順次転送され、それに対応して発光サイリスタＬ１，Ｌ２，Ｌ３・・・の発光動作の制御が行なわれる。
【００８７】
なお、３端子発光スイッチ素子アレイ16の各発光サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・からの発光は、直線状に配列された隣接する発光サイリスタへ向かう方向のみでなく、基板の表面に垂直方向（基板の表面に対して各発光サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・から外部へ向かう方向）および各発光サイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・に対応させて３端子発光スイッチ素子アレイ16に並列に配設された３端子発光素子アレイ15の発光サイリスタＬ１，Ｌ２，Ｌ３・・・へ向かう方向へも生じる。
【００８８】
そこで基板の表面に垂直方向、すなわち、隣接する３端子発光スイッチ素子間における３端子発光スイッチアレイ16の上方向への漏れ光は、図２および図３に示すように反射層18を設けて反射させることが好ましい。これにより、隣接する３端子発光スイッチ素子間において一方の３端子発光スイッチ素子の発光部からの発光の内、３端子発光スイッチアレイ16の上方向への漏れ光を反射させて他方の３端子発光スイッチ素子の受光部に効率よく導くことができるため、受光感度の高い発光装置となる。
【００８９】
このような反射層18としては、３端子発光スイッチ素子の隣接する受光部と発光部間を埋める絶縁層11に比べて屈折率の低い材料や、高い反射率を有する材料を使用することができ、例えば、ポリイミドとＣｒとから成る多層膜を反射層18として、ポリイミドをスピンコート法で形成した上にＣｒを普通の薄膜を形成する方法で積層して形成すればよい。
【００９０】
また、クロックライン13を高い反射率を有する材料で形成することにより、クロックライン13に反射層18の機能を持たせてもよい。ここで、クロックライン13のみで反射層18としてもよいし、クロックライン13とともに３端子発光スイッチ素子の隣接する受光部と発光部とを覆うように反射層18を設けてもよいが、クロックライン13のみで反射層18とすれば新たに反射層18を形成することなく、受光感度の高い発光装置を形成することができるため好ましい。
【００９１】
また、これら基板の表面に垂直方向の発光と３端子発光素子方向の発光と３端子発光素子の反対方向の発光とは、発光装置からのバイアス光として画像記録において画像ノイズの原因となったり、３端子発光素子の発光に対して誤動作を引き起こすノイズとなったりすることがある。そこで、基板の表面に垂直方向の発光および３端子発光素子方向の発光は、図４および図５に示すように遮光層14を設けて遮光することが好ましい。これにより、３端子発光スイッチ素子アレイ16からの漏れ光を遮光膜14で確実に遮光することができるので、そのような漏れ光による画質の劣化がない、優れた画像品質を得ることができる発光装置となる。
【００９２】
このような遮光層14としては、３端子発光スイッチ素子からの発光を２〜３μｍ程度の厚みでほぼ完全に吸収するようなものであれば種々の材料が使用可能であり、例えば、ポリイミド等をスピンコーティングし、フォトエッチングで所定のパターンに加工して形成すればよい。
【００９３】
なお、図４および図５に示す例のような構成の場合には、基板の表面に垂直方向の発光に対する遮光層として発光サイリスタの半導体層の上に位置している金属層10を利用することができ、３端子発光素子方向の発光に対する遮光層として３端子発光スイッチ素子としての発光サイリスタのゲート端子８と３端子発光素子としての発光サイリスタのゲート端子８とを共通化した導体層を利用することができる。
【００９４】
また、図５に示すように３端子発光スイッチ素子としての発光サイリスタのアノード端子７を第３のｐ型半導体層６のほぼ全面を覆うように形成した金属層10で構成することにより、この金属層10を基板の表面に垂直方向の発光を遮光する遮光層として利用できるとともに、半導体層への電界を均一化でき、これによって積層された半導体層の側面方向へ放射される発光強度を増すことができる。
【００９５】
また、図５（ａ）に示すように、３端子発光スイッチ素子において、隣接する３端子発光スイッチ素子からの発光が入射する側の、受光部上の発光部の壁面に遮光層14（この例では発光部の壁面に絶縁層11を介して形成された遮光層14の機能をもつ金属層10）を形成することより、スイッチング信号の転送方向と逆に配置された３端子発光スイッチ素子への発光を防ぐことができるため、スイッチング信号の転送方向をより確実に一方向に制御できるものとなる。
【００９６】
そして、本発明の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であって、本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用しているものである。その構成例は、例えば、感光体と帯電装置と露光装置と現像装置と転写装置と定着装置とを有しており、その感光体への露光装置を、本発明の発光サイリスタによる３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子を集積化したアレイを、回路基板上に直線状に配置してそれぞれ３端子発光スイッチ素子アレイ16および３端子発光素子アレイ15を有する発光装置とし、これを用いて同じ回路基板に駆動用ドライバーＩＣ等を搭載して構成する。
【００９７】
このような構成の本発明の画像形成装置によれば、本発明の発光装置を感光体への露光装置に使用していることから、本発明の発光サイリスタによる３端子発光スイッチ素子および３端子発光素子を集積化したアレイを用いて露光装置を安価に製造することができ、また、露光装置からバイアス光や漏れ光も発生しないので、安価で高画質の画像が形成できる露光装置を備えた画像形成装置を提供できるものとなる。
【００９８】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良等が可能である。
【００９９】
例えば、上記実施の形態の例ではクロックライン13を２本設けていたが、３本以上設けてもよい。クロックライン13を３本以上設けることにより、３端子発光スイッチ素子アレイ16においてスイッチング信号が転送される方向をより確実に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】（ａ）は本発明の発光装置に用いる発光サイリスタの層構造の一例を示す断面図であり、（ｂ）は発光サイリスタの層構造の他の例を示す断面図である。
【図２】本発明の発光サイリスタを用いて構成した、光励起による転送スイッチ素子を集積した３端子発光スイッチ素子アレイ16と、３端子発光素子アレイ15とを具備してなる、本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図４】本発明の図１（ｂ）に示した層構造の発光サイリスタを用いた、本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図５】（ａ）は図４のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】本発明の発光装置の実施の形態の一例における基本構造の概略回路構成を示す等価回路図である。
【図７】図６の概念図である。
【図８】従来の発光サイリスタの基本構造を示す断面図および各層のキャリア密度の状態を示す線図である。
【図９】発光サイリスタの電流−電圧特性を模式的に示す線図である。
【図１０】従来の第１の発光装置の基本構造の概略回路構成を示す等価回路図ならびに各クロックパルス発光強度の波形を示す線図である。
【図１１】従来の第２の発光装置の基本構造の概略回路構成を示す等価回路図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・ｎ型半導体基板
２・・・第１のｎ型半導体層
３・・・第１のｐ型半導体層
４ａ・・第２のｎ型半導体層
４ｂ・・第３のｎ型半導体層
５・・・第２のｐ型半導体層
６・・・第３のｐ型半導体層
７・・・アノード端子
８・・・ゲート端子
９・・・カソード端子
10・・・金属層
14・・・遮光層
15・・・３端子発光素子アレイ
16・・・３端子発光スイッチ素子アレイ
18・・・反射層
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３〜Ｔｎ・・・発光サイリスタ（３端子発光スイッチ素子）
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３〜Ｌｎ・・・発光サイリスタ（３端子発光素子）
φ１，φ２・・・クロックライン
φＩ・・・発光のための電圧または電流を供給するライン
【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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