(57)【要約】【課題】  受光効率の高い発光サイリスタ、発光状態を正確に転送することができ、かつ長寿命の光走査型スイッチ装置、この光走査型スイッチ装置を備える発光装置、およびこの発光装置を備える画像形成装置を提供する。【解決手段】  発光サイリスタ２０は、第１のＮ型半導体層４２と、第１のＰ型半導体層４３と、第２のＮ型半導体層４４と、第２のＰ型半導体層４５とを含んで構成される。第２のＮ型半導体層４４は、厚み方向Ｚにおいて第１のＰ型半導体層４３寄りの突出部４７と、第２のＰ型半導体層４５寄りの退避部４６とから成る。厚み方向一方Ｚ１から見て、退避部４６は、突出部４７の内側に退避して形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＮ型半導体層と、
第１のＮ型半導体層の厚み方向の一表面上に積層される第１のＰ型半導体層と、
第１のＰ型半導体層の厚み方向の一表面上に積層される第２のＮ型半導体層と、
第２のＮ型半導体層の厚み方向の一表面上に積層される第２のＰ型半導体層とを含み、
第１のＰ型半導体層または第２のＮ型半導体層の積層方向に垂直な断面が、第１のＰ型半導体層と第２のＮ型半導体層との界面から積層方向に離反するに連れて減少するように形成されることを特徴とする発光サイリスタ。
【請求項２】
受光することによって走査信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下し、かつ前記走査信号が与えられたときに発光する複数の請求項１記載の発光サイリスタを有し、複数の前記発光サイリスタが隣接する発光サイリスタからの光を受光するように相互に間隔をあけて配列される発光スイッチ素子アレイと、
各発光サイリスタに接続され、配列方向一方側に隣接する発光サイリスタとは、異なるタイミングで各発光サイリスタに伝送する前記走査信号が与えられる複数の走査信号伝送路とを含むことを特徴とする光走査型スイッチ装置。
【請求項３】
受光することによって走査信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下し、かつ前記走査信号が与えられたときに予め定める部位にトリガ信号を発生する請求項２記載の光走査型スイッチ装置と、
予め定める部位にトリガ信号を与えることによって発光信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、前記発光信号が与えられたときに発光する複数の発光素子を有し、複数の前記発光素子が相互に間隔をあけて配列される発光素子アレイと、
前記発光素子に接続され、発光信号を伝送する発光信号伝送路と、
前記発光素子の予め定める部位と、前記発光スイッチ素子の予め定める部位とを接続する接続手段とを含むことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３記載の発光装置と、
画像情報に基づいて前記発光装置を駆動する駆動手段と、
帯電した感光体ドラムに前記発光装置の発光素子からの光を集光する集光手段と、
前記発光装置からの光が前記集光手段によって前記感光体ドラムに集光されて露光された感光体ドラムに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写手段と、
記録シートに転写された現像剤を定着させる定着手段とを含む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、この発光サイリスタを複数配列して光走査する光走査型スイッチ装置、この光走査型スイッチ装置を備える発光装置、およびこの発光装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子としてＰＮＰＮ構造を有する発光サイリスタを使用し、発光状態の自己走査を実現することによって、光プリンタヘッドに供するときに、基板への実装が簡便となり、コンパクトに作製することができる発光装置がある（たとえば特許文献１，２，３参照）。
【０００３】
図１１は、自己走査機能を有する従来の技術の発光装置１の基本構造の概略的な回路構成を示す回路図である。図１２は、発光装置１の基本的構成を示す一部の断面図である。発光装置１は、スタートスイッチ素子Ｔ０と、スイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎ−１，Ｔｎと、基板２と、絶縁層３と、保護膜４とを含んで構成される。
【０００４】
スタートスイッチ素子Ｔ０と、スイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎ−１，Ｔｎ（記号ｎは２以上の正の整数）とは、所定のスイッチ素子が発光すると、このスイッチ素子からの光が隣接するスイッチ素子に入射するように相互に間隔をあけて略直線状に配列される。スタートスイッチ素子Ｔ０と、スイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎ−１，Ｔｎとをまとめて、単にスイッチ素子Ｔと記載する場合がある。
【０００５】
スイッチ素子Ｔは、基板２と、アノード層Ａと、カソード層Ｋと、発光サイリスタとを含んで構成される。発光サイリスタは、基板２の厚み方向一表面２ａ上に、第１のＮ型半導体層５が積層され、第１のＮ型半導体層５の厚み方向の一表面５ａ上に、第１のＰ型半導体層６が積層され、第１のＰ型半導体層６の厚み方向一表面６ａ上に、第２のＮ型半導体層７が積層され、第２のＮ型半導体層７の厚み方向一表面７ａ上に第２のＰ型半導体層８が積層されて構成される。オーミックコンタクト層９の厚み方向一表面９ａ上には、アノード層Ａが形成される。基板２の厚み方向他表面２ｂ上には、カソード層Ｋが形成される。
【０００６】
隣接するスイッチ素子Ｔの間には、透光性を有する絶縁層３が形成される。保護膜４は、透光性を有し、絶縁層３およびオーミックコンタクト層９をスイッチ素子Ｔの積層方向一方から覆って形成される。
【０００７】
スイッチ素子Ｔは、アノード層Ａとカソード層Ｋとの間にしきい電圧以上の電圧が印加されると、第２のＮ型半導体層７と第２のＰ型半導体層８との接合部から発光する。図１２の矢符で示すように、スイッチ素子Ｔは、光を全方向に放射し、アノード層Ａからだけでなく、スイッチ素子Ｔの積層方向に平行な側面からも光を放射する。側面から放射される光は、隣接するスイッチ素子Ｔに照射される。
【０００８】
第１のＮ型半導体層５と、第１のＰ型半導体層６と、第２のＮ型半導体層７とは、ＮＰＮ型フォトトランジスタとして機能する。スイッチ素子Ｔに順方向の電圧を印加すると、第１のＰ型半導体層６と第２のＮ型半導体層７とには、逆方向の電圧が印加され、空乏層が拡大する。この空乏層に光が入射すると、電子と正孔とが形成される。生成された電子が第２のＮ型半導体層７に移動し、正孔が第１のＰ型半導体層６に移動することによってフォトトランジスタに電流が流れ、スイッチ素子Ｔのしきい電圧が低下する。このため、発光しているスイッチ素子Ｔに距離的に近接するスイッチ素子Ｔのしきい電圧が低下する。
【０００９】
各スイッチ素子Ｔのアノード層Ａには、３本の転送クロックラインＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３がそれぞれ３つのスイッチ素子ごとに繰返し接続される。各転送クロックラインＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３には、それぞれ電流源I１、I２、I３が接続され、その電流量は発光クロックパルスφＥによって制御される。
【００１０】
たとえばスイッチ素子Ｔ３が発光状態のとき、隣接する２つのスイッチ素子Ｔ２,Ｔ４は、スイッチ素子Ｔ３から放射される光を受光してしきい電圧が低下する。この状態で、スイッチ素子Ｔ４にクロックラインＣＬ１を介して順方向電圧を印加すると、スイッチ素子Ｔ４がターンオンして発光する。またスイッチ素子Ｔ３にクロックラインＣＬ３を介して順方向に印加している電圧を下げると、スイッチ素子Ｔ３が消灯する。このようにクロックラインＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３に与える信号を制御することによって、隣接するスイッチ素子Ｔに発光状態を転送することができ、スイッチ素子Ｔが配列される配列方向に発光状態を順次転送することができる。
【００１１】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
スイッチ素子Ｔの表面は結晶構造が不連続となるので、表面部には未結合手が存在し、表面準位が形成される。この表面準位に電子が捕獲されると、スイッチ素子Ｔの表面部は負に帯電するので、第１のＰ型半導体層６の側面部には、反転層が形成される。すなわちスイッチ素子Ｔの側面部は、ＰＮＰＮ型のスイッチ素子として機能しなくなる。スイッチ素子Ｔの側面部には捕獲された電子が存在するので、側面部の電気抵抗が小さくなる。この状態でスイッチ素子Ｔに順方向の電圧を印加すると、側面部に暗電流が流れる。
【００１３】
前述したように第１のＰ型半導体層６と第２のＮ型半導体層７との接合部に形成される空乏層に光が入射すると、入射した光の強度に応じてスイッチ素子Ｔに電子と正孔との対が発生し、電流が流れる。この電流によってスイッチ素子Ｔのしきい電圧が低下するが、発生した正孔が暗電流の元となる反転層のキャリアと再結合して消費され、発生する電流が小さくなるので、しきい電圧がそれほど低下しなくなる。すなわち暗電流が入射光に対してノイズとして作用する。しきい電圧があまり低下しないので、所定の光をスイッチ素子Ｔに入射したにも拘わらず、スイッチ素子Ｔがターンオンしない場合が生じ、スイッチ素子Ｔの受光効率が低下するという問題が生じる。
【００１４】
スイッチ素子Ｔの受光効率が低下すると、隣接するスイッチ素子Ｔに発光状態を正確に転送することができなくなるという問題が生じる。さらに、受光効率の低下した隣接するスイッチ素子Ｔのしきい電圧を所定の電圧まで低下させるためには、暗電流が流れている場合に比べて、より強い光を隣接するスイッチ素子Ｔに照射する必要がある。強い光を発生するためには、スイッチ素子Ｔに流れる電流を大きくしなければならず、スイッチ素子Ｔに過負荷を与えることになる。したがって、スイッチ素子Ｔの寿命が短くなり、このスイッチ素子Ｔを備える発光装置１の寿命が短くなるという問題が生じる。
【００１５】
したがって本発明の目的は、受光効率の高い発光サイリスタ、発光状態を正確に転送することができ、かつ長寿命の光走査型スイッチ装置、この光走査型スイッチ装置を備える発光装置、およびこの発光装置を備える画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の発光サイリスタは、第１のＮ型半導体層と、
第１のＮ型半導体層の厚み方向の一表面上に積層される第１のＰ型半導体層と、
第１のＰ型半導体層の厚み方向の一表面上に積層される第２のＮ型半導体層と、
第２のＮ型半導体層の厚み方向の一表面上に積層される第２のＰ型半導体層とを含み、
第１のＰ型半導体層または第２のＮ型半導体層の積層方向に垂直な断面が、第１のＰ型半導体層と第２のＮ型半導体層との界面から積層方向に離反するに連れて減少するように形成されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明の光走査型スイッチ装置は、受光することによって走査信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下し、かつ前記走査信号が与えられたときに発光する複数の前記発光サイリスタを有し、複数の前記発光サイリスタが隣接する発光サイリスタからの光を受光するように相互に間隔をあけて配列される発光スイッチ素子アレイと、
各発光サイリスタに接続され、配列方向一方側に隣接する発光サイリスタとは、異なるタイミングで各発光サイリスタに伝送する前記走査信号が与えられる複数の走査信号伝送路とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また本発明の発光装置は、受光することによって走査信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下し、かつ前記走査信号が与えられたときに予め定める部位にトリガ信号を発生する前記光走査型スイッチ装置と、
予め定める部位にトリガ信号を与えることによって発光信号の電圧または電流よりもしきい電圧またはしきい電流が低下した状態で、前記発光信号が与えられたときに発光する複数の発光素子を有し、複数の前記発光素子が相互に間隔をあけて配列される発光素子アレイと、
前記発光素子に接続され、発光信号を伝送する発光信号伝送路と、
前記発光素子の予め定める部位と、前記発光スイッチ素子の予め定める部位とを接続する接続手段とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また本発明の画像形成装置は、前記発光装置と、
画像情報に基づいて前記発光装置を駆動する駆動手段と、
帯電した感光体ドラムに前記発光装置の発光素子からの光を集光する集光手段と、
前記発光装置からの光が前記集光手段によって前記感光体ドラムに集光されて露光された感光体ドラムに現像剤を供給する現像剤供給手段と、
感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写手段と、
記録シートに転写された現像剤を定着させる定着手段とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、発光サイリスタは、ＰＮＰＮ型の発光サイリスタとして機能する。発光サイリスタに順方向の電圧を印加すると、第１のＮ型半導体層と第１のＰ型半導体層との接合部、および第２のＮ型半導体層と第２のＰ型半導体層との接合部から光が発生する。いずれの接合部からの光の強度を強くするかは、各層の層厚および不純物濃度などを調節することによって選択される。また発光サイリスタに順方向の電圧を印加すると、第１のＮ型半導体層と、第１のＰ型半導体層と、第２のＮ型半導体層との積層体、または第１のＰ型半導体層と、第２のＮ型半導体層と、第２のＰ型半導体層との積層体は、フォトトランジスタとして機能する。
【００２１】
第１のＰ型半導体層または第２のＮ型半導体層の積層方向に垂直な断面が、第１のＰ型半導体層と第２のＮ型半導体層との界面から積層方向に離反するに連れて減少するように形成される。したがって発光サイリスタの側面に沿って発光サイリスタの積層方向の一表面と他表面とを結ぶ曲線の距離は、発光サイリスタの積層方向の一表面と他表面とを、積層方向に平行な直線で結んだ距離よりも長くなる。電位差は、電界強度を距離で積分した値なので、同じ電位差であれば距離が長いほど電界強度が弱くなる。したがって発光サイリスタに順方向の電圧を印加したときの積層方向の電界強度は、前記最短距離で結ぶ直線上において最も強くなり、側面部において最も弱くなる。これによって発光サイリスタの側面部に発生する積層方向の電界強度を、積層方向に垂直な方向の中央部に比べて小さくすることができる。
【００２２】
発光サイリスタの表面は結晶構造が不連続となるので、表面部には未結合手が存在し、表面準位が形成される。この表面準位に電子が捕獲されると、発光サイリスタの側面部は負に帯電するので、第１のＰ型半導体層の側面部には、反転層が形成される。すなわち発光サイリスタの側面部は、ＰＮＰＮ型の発光サイリスタとして機能しなくなる。発光サイリスタの側面部には捕獲された電子が存在するので、側面部の電気抵抗が小さくなる。発光サイリスタの側面部は、電流が流れ易い状態になっているが、側面部の積層方向の電界強度を弱くすることができるので、側面部を流れる暗電流の発生を抑制することができる。
【００２３】
暗電流は、フォトトランジスタとして機能する部分に入射した光に対してノイズとして作用し、入射光による電流が発光サイリスタのしきい電圧を低下させる機能を妨げる。この暗電流の発生を抑制することができるので、入射光によって生成される電流によって、発光サイリスタのしきい電圧を効率的に下げることができる。つまり暗電流が発生する従来の技術の発光サイリスタに比べて、弱い光を入射することによって発光サイリスタをターンオンすることができ、発光サイリスタの受光効率を向上することができる。
【００２４】
また本発明によれば、発光スイッチ素子アレイは、従来の技術の発光サイリスタよりも受光効率の高い発光サイリスタを含んで構成される。発光スイッチ素子アレイの配列する複数の発光サイリスタのうち、１つの発光サイリスタが発光したときに、この発光した発光サイリスタの光は、配列方向一方側に相互に間隔をあけて隣接する発光サイリスタに受光される。受光した発光サイリスタは、走査信号の電圧または電流よりも、しきい電圧またはしきい電流が低下し、このしきい電圧またはしきい電流が低下した発光サイリスタに接続された走査信号伝送路によって伝送される走査信号を与えられることによって発光する。複数の走査信号伝送路によって伝送される走査信号は、配列方向に隣接する２つの発光サイリスタにおいて異なるタイミングで与えられ、発光サイリスタを配列方向に順番に発光させることができる。
【００２５】
発光サイリスタの受光効率が高いので、発光状態の発光サイリスタに隣接する発光サイリスタのしきい電圧またはしきい電流を、走査信号の電圧または電流よりも確実に低くすることができる。たとえば発光強度が少しだけ変動したとしても、受光効率が高いので、走査信号を与えたときに、確実に発光サイリスタを発光させることができ、従来の技術よりもより確実に発光サイリスタを配列方向に順番に発光させることができる。また発光サイリスタの受光効率が高いので、短い照射時間でもしきい電圧またはしきい電流を、走査信号の電圧または電流よりも低くすることができ、短時間で発光状態を転送することができる。したがって発光素子アレイの発光を高速で走査することができる。
【００２６】
また発光サイリスタの受光効率が高いので、従来の技術に比べて弱い光を発光サイリスタに照射することによって、発光サイリスタのしきい電圧またはしきい電流を走査信号の電圧または電流よりも低くすることができる。したがって、各発光サイリスタから発生する光の強度を弱い値に設定することができ、発光状態のときに発光サイリスタに流れる電流を弱い値に設定することができる。これによって、従来の技術に比べて発光サイリスタに与える負荷を小さくすることができ、発光サイリスタの寿命を長くすることができる。これにともなって、光走査型スイッチ装置の寿命を長くすることができる。
【００２７】
また本発明によれば、発光サイリスタが受光すると、この発光サイリスタの予め定める部位にトリガ信号が発生し、このトリガ信号は接続手段を介して対応する発光素子の予め定める部位に与えられる。発光素子は、その予め定める部位にトリガ信号が与えられると、しきい電圧またはしきい電流が低下する。発光素子のしきい電圧またはしきい電流が、発光信号の電圧または電流よりも低下した状態で、発光信号伝送路によって伝送される発光信号を与えることによって、各発光素子を選択的に発光させることができる。
【００２８】
またトリガ信号を発生する光走査型スイッチ装置は、従来の技術に比べてより確実、かつ高速に発光サイリスタを配列方向に順番に発光させ、トリガ信号を配列方向に順番に伝送することができるので、従来の技術に比べて各発光素子をより正確かつ高速に選択的に発光させることができる。
【００２９】
また従来の技術に比べて寿命の長い光走査型スイッチ装置を用いるので、発光装置の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
また本発明によれば、画像情報に基づいて前記発光装置を駆動手段によって駆動して、発光装置からの光を集光手段によって、帯電した感光体ドラムに集光することによって、感光体ドラムは露光され、その表面に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラムに、現像剤供給手段によって現像剤を供給すると、感光体ドラムに現像剤が付着して画像が形成される。転写手段によって、感光体ドラムに現像剤によって形成された画像を記録シートに転写して、定着手段によって記録シートに転写された現像剤を定着させることによって、記録シートに画像が形成される。
【００３１】
従来の技術に比べて各発光素子をより正確かつ高速に選択的に発光させることができる発光装置を用いるので、優れた品質の記録画像を高速に得ることができる。また従来の技術に比べて寿命の長い発光装置を用いるので、画像形成装置の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１は、本発明の実施の一形態の発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。図２は、発光装置１０の基本的構成を示す一部の平面図である。なお図１は、図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た断面図である。また図２は、各発光素子Ｌの光の出射方向を紙面に垂直手前側として配置された発光装置１０の平面を示す。図２において、発光信号伝送路１２、発光素子のゲート１９、スイッチ素子のゲート２４、走査スタート用スイッチ素子のゲート２６、発光素子遮光部２３および表面電極層２５は、図解を容易にするため、斜線を付して示されている。
【００３３】
発光装置１０は、発光素子アレイ１１と、発光信号伝送路１２と、スイッチ素子アレイ１３と、接続手段１４と、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０と、スタート信号伝送路１６と、絶縁層１７と、遮光層１８と、発光素子遮光部２３とを含んで構成される。スイッチ素子アレイ１３と、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、駆動手段７３とを含んで光走査型スイッチ装置が構成される。
【００３４】
発光素子アレイ１１は、複数の発光素子Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｉ−１，Ｌｉ（記号ｉは、２以上の正の整数）を含んで構成され、各発光素子Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｉ−１，Ｌｉが、相互に間隔Ｗ１をあけて配列される。以後、各発光素子Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｉ−１，Ｌｉを総称する場合、および発光素子Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｉ−１，Ｌｉのうち不特定のものを示す場合、単に発光素子Ｌと記載する場合がある。発光素子Ｌは、露光用の発光素子である。本実施の形態では、各発光素子Ｌは、等間隔に配列され、かつ直線状に配列される。各発光素子Ｌの配列方向Ｘは、図２において左右方向である。以後、各発光素子Ｌの配列方向Ｘを、単に配列方向Ｘと記載する場合がある。各発光素子Ｌの光の出射方向に沿う方向を厚み方向Ｚとし、前記配列方向Ｘおよび厚み方向Ｚに垂直な方向を幅方向Ｙとする。発光素子Ｌは、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光を発光可能に形成される。
【００３５】
発光素子Ｌは、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とが交互に積層されて構成されるＰＮＰＮ構造を有する発光サイリスタを含んで実現される。発光素子Ｌは、逆阻止３端子サイリスタと同様な負性抵抗特性を有する。発光素子Ｌは、予め定める部位であるゲート１９に、トリガ信号を与えることによって発光信号φＥの電圧よりもしきい電圧が低下し、かつ前記発光信号φＥが与えられたとき、または発光信号φＥの電流よりもしきい電流が低下し、かつ前記発光信号φＥが与えられたとき発光する。発光信号φＥの電圧とは、発光信号φＥが与えられることによって、発光素子Ｌのアノードおよびカソード間に印加される電圧であり、発光信号φＥの電流とは、発光信号φＥが与えられることによって発光素子Ｌに与えられる電流である。
【００３６】
配列方向Ｘの各発光素子Ｌの間隔Ｗ１と、発光素子Ｌの配列方向Ｘの長さＷ２とは、発光装置１０が搭載される後述する画像形成装置８７において形成すべき画像の解像度によって決定される。たとえば画像の解像度が６００ドットパーインチ（ｄｐｉ）の場合、前記間隔Ｗ１は、約２４μｍ（マイクロメートル）に選ばれ、前記長さＷ２は、約１８μｍに選ばれる。また前記長さＷ２は、隣接する発光素子Ｌの間に、発光素子遮光部２３を形成可能に選ばれる。発光素子Ｌの配列方向Ｘの寸法は、発光素子Ｌの幅方向Ｙの寸法よりも小さく選ばれる。これによって、各発光素子Ｌを配列方向Ｘに近接させて、集積密度を高めたときに、発光素子Ｌの光量が不足してしまうことを防止することができる。
【００３７】
発光信号伝送路１２は、各発光素子Ｌに接続され、各発光素子Ｌに発光信号φＥを伝送する。発光信号伝送路１２は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって、発光素子Ｌが発する波長の光を反射するように形成される。具体的には発光信号伝送路１２は、導電性を有する配線から成り、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）、金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）、ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）などによって形成される。
【００３８】
発光信号伝送路１２は、各発光素子Ｌの幅方向Ｙに隣接して、発光素子アレイ１１に沿って延びる信号路延在部２１と、前記配列方向Ｘに相互に間隔をあけて信号路延在部２１から幅方向一方Ｙ１に突出して、各発光素子Ｌの厚み方向一端部に接続される素子接続部２２とを有する。
【００３９】
スイッチ素子アレイ１３は、複数のスイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｊ−１，Ｔｊ（記号ｊは、２以上の正の整数）を含んで構成される。各スイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｊ−１，Ｔｊは、隣接するスイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｊ−１，Ｔｊからの光を受光するように相互に間隔Ｗ３をあけて配列される。以後、各スイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｊ−１，Ｔｊを総称する場合、およびスイッチ素子Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｊ−１，Ｔｊのうち不特定のものを示す場合、単にスイッチ素子Ｔと記載する場合がある。スイッチ素子Ｔは、発光スイッチ素子であり、言い換えればスイッチ用の発光素子である。本実施の形態では、各スイッチ素子Ｔは、等間隔に配置される。各スイッチ素子Ｔは、発光素子アレイ１１の幅方向Ｙに隣接し、この発光素子アレイ１１に沿って、複数の発光素子Ｌに対向した状態で直線状に配列される。したがって、各スイッチ素子Ｔの配列方向は、前記各発光素子Ｌの配列方向Ｘと同じである。スイッチ素子Ｔの配列方向Ｘの寸法は、スイッチ素子Ｔの幅方向Ｙの寸法よりも小さく選ばれる。これによって、各スイッチ素子Ｔを配列方向Ｘに近接させて、集積密度を高めたときに、スイッチ素子Ｔの光量が不足してしまうことを防止することができる。
【００４０】
スイッチ素子Ｔは、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とが交互に積層されて構成されるＰＮＰＮ構造を有する本発明の実施の一形態の発光サイリスタ２０を含んで実現される。スイッチ素子Ｔは、逆阻止３端子サイリスタと同様な負性抵抗特性を有する。スイッチ素子Ｔは、受光によって走査信号伝送路１５を介して与えられる走査信号φの電圧よりもしきい電圧が低下し、かつ前記走査信号φが与えられたとき、または走査信号φの電流よりもしきい電流が低下し、かつ前記走査信号φが与えられたとき発光し、予め定める部位であるゲート２４にトリガ信号を発生する。走査信号φの電圧とは、走査信号φが与えられることによって、スイッチ素子Ｔのアノードおよびカソード間に印加される電圧であり、走査信号φの電流とは、走査信号φが与えられることによってスイッチ素子Ｔに与えられる電流である。
【００４１】
本実施の形態では、発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとの数は等しく、すなわち前記ｉと記号ｊとは等しい数に選ばれる。
【００４２】
配列方向Ｘの各スイッチ素子Ｔの間隔Ｗ３は、製造工程における制限を受けるので、スイッチ素子Ｔの厚み方向Ｚの高さの２倍以上に形成されるが、２０μｍ未満に選ばれ、好ましくは１０μｍ以下に選ばれる。本実施の形態では、スイッチ素子Ｔの高さを約４μｍとしており、この場合には間隔Ｗ３は８μｍ程度になる。前記間隔Ｗ３が２０μｍ以上になると、伝送効率が大きく低下してしまう。
【００４３】
スイッチ素子Ｔの配列方向Ｘの長さＷ４は、前記配列方向Ｘの各発光素子Ｌの間隔Ｗ１と、発光素子Ｌの配列方向Ｘの長さＷ２と、配列方向Ｘの各スイッチ素子Ｔの間隔Ｗ３とによって決定される。すなわち配列方向Ｘの各発光素子Ｌの間隔Ｗ１と、発光素子Ｌの配列方向Ｘの長さＷ２とを加算した長さと、配列方向Ｘの各スイッチ素子Ｔの間隔Ｗ３とスイッチ素子Ｔの配列方向Ｘの長さＷ４とを加算した長さとが、等しく選ばれる。
【００４４】
接続手段１４は、各発光素子Ｌの前記予め定める部位であるゲート１９と、各発光素子Ｌに対応する各スイッチ素子Ｔの前記予め定める部位であるゲート２４とを、電気的に接続する。接続手段１４は、具体的には発光素子Ｌ１のゲート１９と、スイッチ素子Ｔ１のゲート２４とを電気的に接続し、発光素子Ｌ２のゲート１９と、スイッチ素子Ｔ２のゲート２４とを電気的に接続し、…、発光素子Ｌｉ−１のゲート１９と、スイッチ素子Ｔｊ−１のゲート２４とを電気的に接続し、発光素子Ｌｉのゲート１９と、スイッチ素子Ｔｊのゲート２４とを電気的に個別に接続する。
【００４５】
接続手段１４は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される導電路によって実現される。具体的には接続手段１４は、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）、ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）などによって形成される。
【００４６】
第１，第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、各スイッチ素子Ｔに接続され、配列方向Ｘに隣接するスイッチ素子Ｔ毎に、異なるタイミングで与えられる前記第１〜第３走査信号φ１〜φ３を伝送する。本実施の形態において、第１走査信号伝送路１５ａは、第１走査信号φ１を伝送し、第２走査信号伝送路１５ｂは、第２走査信号φ２を伝送し、第３走査信号伝送路１５ｃは、第３走査信号φ３を伝送する。第１、第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃを総称する場合、および第１、第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうち不特定のものを示す場合、単に走査信号伝送路１５と記載し、第１〜第３走査信号φ１，φ２，φ３を総称する場合、および第１〜第３走査信号φ１，φ２，φ３のうち不特定のものを示す場合、単に走査信号φと記載する場合がある。走査信号伝送路１５は、導電性を有する配線から成り、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）、金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）、ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）などによって形成される。
【００４７】
第１、第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、各スイッチ素子Ｔの厚み方向一方Ｚ１で絶縁層１７を介して各スイッチ素子Ｔに重なって形成され、配列方向Ｘに沿って延びる。第１、第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、幅方向Ｙに予め定める間隔Ｗ５をあけて配置される。予め定める間隔Ｗ５は、第１、第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ間で短絡が発生しない距離に選ばれ、たとえば１０μｍに選ばれる。
【００４８】
前記各スイッチ素子Ｔは、厚み方向一方Ｚ１の端部、すなわち図２の紙面に垂直な方向手前側に、表面電極層２５を有する。第１、第２および第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、各スイッチ素子Ｔの前記表面電極層２５に順次１つずつ接続され、配列されるスイッチ素子Ｔに沿って、それぞれが３つおきにスイッチ素子Ｔに接続される。すなわち、第１走査信号伝送路１５ａは、スイッチ素子Ｔ１，Ｔ４，…，Ｔｊ−２に接続され(記号ｊは、整数かつ３×ｍであり、記号ｍは自然数)、第２走査信号伝送路１５ｂは、スイッチ素子Ｔ２，Ｔ５，…，Ｔｊ−１に接続され、第３走査信号伝送路１５ｃは、スイッチ素子Ｔ３，Ｔ６，…，Ｔｊに接続される。したがって、スイッチ素子Ｔのうち、配列方向Ｘのｎ番目（記号ｎは、２以上ｊ以下となる正の整数）に配置されるスイッチ素子Ｔｎと、このスイッチ素子Ｔｎの配列方向一方Ｘ１側に隣接するスイッチ素子Ｔｎ−１と、スイッチ素子Ｔｎの配列方向他方Ｘ２側に隣接するスイッチ素子Ｔｎ＋１とは、それぞれ異なる走査信号伝送路１５に接続される。
【００４９】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とが交互に積層されて構成されるＰＮＰＮ構造を有する発光サイリスタ２０によって実現される。走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、逆阻止３端子サイリスタと同様な負性抵抗特性を有する。走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、予め定める部位であるゲート２６にトリガ信号を与えることによって走査信号φの電圧よりもしきい電圧が低下し、かつ前記走査信号φが与えられたとき、または走査信号φの電流よりもしきい電流が低下し、かつ前記走査信号φが与えられたとき発光する。
【００５０】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、スイッチ素子アレイ１３の前記配列方向Ｘの端部に配置されるスイッチ素子Ｔに光を照射するように配置される。本実施の形態では、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、スイッチ素子Ｔ１に光を照射するように配置される。したがって、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０が配置される配列方向一方Ｘ１が、光走査装置における光の走査方向の上流側となる。
【００５１】
スタート信号伝送路１６は、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０のゲート２６に接続され、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０にトリガ信号となるスタート信号φＳを伝送する。スタート信号伝送路１６は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的にはスタート信号伝送路１６は、導電性を有する配線から成り、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）、金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）、ニッケル（Ｎｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）などによって形成される。
【００５２】
前述した発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、絶縁層１７によって覆われる。
【００５３】
遮光層１８は、各スイッチ素子Ｔの厚み方向Ｚの一方側、すなわち各スイッチ素子Ｔの図２の紙面に垂直手前側から、各スイッチ素子Ｔを覆い、発光素子Ｌが発する光に、スイッチ素子Ｔが発する光が干渉しないように、スイッチ素子Ｔが発する光を遮光する。
【００５４】
発光素子遮光部２３は、各発光素子Ｌの間と、発光素子アレイ１１の配列方向Ｘの両端部の発光素子Ｌの配列方向Ｘの外方とに、信号路延在部２１から幅方向一方Ｙ１に突出して設けられ、発光素子Ｌから配列方向Ｘに向かう光を遮光する。
【００５５】
前述した発光素子Ｌ、発光信号伝送路１２、スイッチ素子Ｔ、接続手段１４、走査信号伝送路１５、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０、スタート信号伝送路１６、絶縁層１７、遮光層１８および発光素子遮光部２３は、１つの基板３１に集積されて形成される。
【００５６】
以下、発光装置１０の各構成について、さらに具体的に説明する。
図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。発光素子Ｌは、基板３１の厚み方向Ｚの一表面３１ａ上に形成される第１のＮ型半導体層３２、第１のＰ型半導体層３３、第２のＮ型半導体層３４および第２のＰ型半導体層３５を含む。
【００５７】
基板３１は、本実施の形態では、Ｎ型半導体材料から成る。さらに具体的には、基板３１は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層およびＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層などの結晶成長が可能な半導体基板であり、たとえば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体材料によって形成される。基板３１の厚み方向Ｚの他表面３１ｂ上には、裏面電極層３６が形成される。裏面電極層３６は、基板３１の厚み方向Ｚの他表面３１ｂの全面にわたって形成される。裏面電極層３６は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には裏面電極層３６は、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）および金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）などによって形成される。基板３１の厚み方向Ｚの一表面３１ａは、平面に形成される。
【００５８】
発光素子Ｌは、基板３１の厚み方向Ｚの一表面３１ａ上に、第１のＮ型半導体層３２が積層され、第１のＮ型半導体層３２の厚み方向Ｚの一表面３２ａ上に第１のＰ型半導体層３３が積層され、第１のＰ型半導体層３３の厚み方向Ｚの一表面３３ａ上に第２のＮ型半導体層３４が積層され、第２のＮ型半導体層３４の厚み方向Ｚの一表面３４ａ上に第２のＰ型半導体層３５が積層されて構成される。
【００５９】
第１のＮ型半導体層３２は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）などの半導体材料によって形成される。第１のＮ型半導体層３２のキャリア密度は、１×１０１８ｃｍ−３程度のものが望ましい。
【００６０】
第１のＰ型半導体層３３は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第１のＰ型半導体層３３を形成する半導体材料には、第１のＮ型半導体層３２を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第１のＮ型半導体層３２を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが小さいものが選ばれる。第１のＰ型半導体層３３のキャリア密度は１×１０１７ｃｍ−３程度のものが望ましい。
【００６１】
第２のＮ型半導体層３４は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第２のＮ型半導体層３４を形成する半導体材料には、第１のＰ型半導体層３３を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第１のＰ型半導体層３３を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが小さいものが選ばれる。第２のＮ型半導体層３４のキャリア密度は、第１のＮ型半導体層３２、第１のＰ型半導体層３３、第２のＮ型半導体層３４および第２のＰ型半導体層３５の全層の中で最も小さく１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３程度のものであることが望ましい。第２のＮ型半導体層３４は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成することによって、高い内部量子効率を得ることができる。
【００６２】
第２のＰ型半導体層３５は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第２のＰ型半導体層３５を形成する半導体材料には、第１のＰ型半導体層３３および第２のＮ型半導体層３４を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第１のＰ型半導体層３３および第２のＮ型半導体層３４を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが大きいものが選ばれる。第２のＰ型半導体層３５のキャリア密度は、１×１０１８ｃｍ−３程度のものであることが望ましい。
【００６３】
第１のＮ型半導体層３２、第１のＰ型半導体層３３、第２のＮ型半導体層３４および第２のＰ型半導体層３５が積層された積層体は、略直方体形状を有する。第１のＮ型半導体層３２、第１のＰ型半導体層３３、第２のＮ型半導体層３４および第２のＰ型半導体層３５は、絶縁層１７によって覆われる。絶縁層１７は、電気絶縁性および透光性ならびに平坦性を有する樹脂材料によって形成される。絶縁層１７は、ポリイミドおよびベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などによって形成される。
【００６４】
絶縁層１７のうち、隣接する発光素子Ｌの間の部分には、幅方向Ｙに垂直な仮想一平面において、Ｖ字形状となり、基板３１の一表面３１ａまで近接する溝部３８が形成され、この溝部３８に前記発光素子遮光部２３が形成される。発光素子遮光部２３は、溝部３８の表面に沿って形成され、第２のＰ型半導体層３５の配列方向Ｘの側方から基板３１の一表面３１ａに近接する位置にわたって設けられる。発光素子遮光部２３は、厚み方向Ｚにおいて、少なくとも第２のＮ型半導体層３４の厚み方向Ｚの一端部から第２のＮ型半導体層３４と、第２のＰ型半導体層３５とによって形成される発光部よりも基板３１側まで延びるように形成される。発光素子遮光部２３と基板３１とは、絶縁層１７によって電気的に絶縁される。発光素子遮光部２３は、信号路延在部２１から発光素子Ｌの幅方向Ｙの一端部にわたって形成され、発光素子Ｌの幅方向Ｙの端部よりも発光素子Ｌの幅方向一方Ｙ１まで延びる。このような発光素子遮光部２３を形成することによって、隣接する発光素子Ｌが発光したときにこの光を受光することが防止され、隣接する発光素子Ｌが発光しても、この発光に伴って発光素子Ｌのしきい電圧またはしきい電流が変化してしまうことがないので、発光素子Ｌを選択的に安定して発光させることができる。
【００６５】
第２のＰ型半導体層３５の厚み方向Ｚの一表面３５ａ上には、発光信号伝送路１２の素子接続部２２が接続される。絶縁層１７のうち、第２のＰ型半導体層３５の厚み方向Ｚの一表面３５ａ上に形成される部分には、貫通孔３９が形成され、この貫通孔３９に前記素子接続部２２の一部が形成されて、素子接続部２２が第２のＰ型半導体層３５に接触している。前記貫通孔３９は、発光素子Ｌの配列方向Ｘの中央で、かつ発光素子Ｌの幅方向Ｙの中央が絶縁層１７から露出するように形成されており、発光信号伝送路１２からの電流を、発光素子Ｌの中央部に効率的に供給して、発光させることができる。発光素子Ｌでは、主に第２のＮ型半導体層３４と、第２のＰ型半導体層３５との界面付近で、第２のＮ型半導体層３４寄りの領域において光が発生する。
【００６６】
発光信号伝送路１２の素子接続部２２の配列方向Ｘの長さＷ６は、発光素子Ｌの配列方向Ｘの長さＷ２の１／３以下に形成される。素子接続部２２は、発光素子Ｌの光の出射方向の一部を覆うが、長さＷ６を前述したように選ぶことによって、発光素子Ｌから発せられ、厚み方向一方Ｚ１に向かう光を、遮ってしまうことを可及的に防止する。また発光素子Ｌから発せられ、厚み方向一方Ｚ１に向かい、発光信号伝送路１２によって反射された光の一部は、発光素子遮光部２３および基板３１などによって反射されることによって、厚み方向Ｚの一方へと向かう。
【００６７】
スイッチ素子Ｔは、表面電極層２５と、裏面電極層３６と、基板３１と、本発明の実施の一形態の発光サイリスタ２０とを含んで構成される。スイッチ素子Ｔは、基板３１の厚み方向Ｚの一表面３１ａ上に発光サイリスタ２０が積層され、発光サイリスタ２０厚み方向Ｚの一表面２０ａ上に、表面電極層２５が積層され、基板３１の厚み方向Ｚの他表面３１ｂ上に裏面電極層３６が積層されて構成される。
【００６８】
発光サイリスタ２０は、第１のＮ型半導体層４２と、第１のＰ型半導体層４３と、第２のＮ型半導体層４４と、第２のＰ型半導体層４５とを含んで構成される。発光サイリスタ２０は、基板３１の厚み方向Ｚの一表面３１ａ上に第１のＮ型半導体層４２が積層され、第１のＮ型半導体層４２の厚み方向Ｚの一表面４２ａ上に第１のＰ型半導体層４３が積層され、第１のＰ型半導体層４３の厚み方向Ｚの一表面４３ａ上に第２のＮ型半導体層４４が積層され、第２のＮ型半導体層４４の厚み方向Ｚの一表面４４ａ上に第２のＰ型半導体層４５が積層されて構成される。発光サイリスタ２０の積層方向は、厚み方向Ｚと同じ方向である。
【００６９】
発光サイリスタ２０は、第２のＮ型半導体層４４の積層方向に垂直な断面が、第１のＰ型半導体層４３と第２のＮ型半導体層４４との界面に対して積層方向に離反するにつれて減少するように形成される。第２のＮ型半導体層４４は、第１のＰ型半導体層４３と第２のＮ型半導体層４４との界面から厚み方向一方Ｚ１に予め定める間隔Ｗ７あけて想定される前記界面に平行な仮想一平面４０の厚み方向一方Ｚ１側の退避部４６と、前記仮想一平面４０の厚み方向他方Ｚ２側の突出部４７とから成る。退避部４６は、厚み方向一方Ｚ１から見て、突出部４７の内側に退避して形成される。本実施の形態では、退避部４６および突出部４７は、略直方体形状を有する。退避部４６および突出部４７の配列方向一方Ｘ１の側面の間隔Ｗ８と、退避部４６および突出部４７の配列方向他方Ｘ２の側面の間隔Ｗ８と、退避部４６および突出部４７の幅方向他方Ｙ２の側面の間隔Ｗ８とは、それぞれ等しい間隔に選ばれる。また退避部４６および突出部４７の幅方向一方Ｙ１の側面の間隔Ｗ９は、後述する接続手段１４を形成するために前記間隔Ｗ８よりも広く設定される。
【００７０】
第１のＮ型半導体層４２と第１のＰ型半導体層４３とは、略直方体形状を有し、各側面が突出部４７の側面に連なるように形成される。すなわち第１のＮ型半導体層４２と、第１のＰ型半導体層４３と、突出部４７とによって構成される積層体は、略直方体形状を有する。第２のＰ型半導体層４５と表面電極層２５とは、略直方体形状を有し、各側面が退避部４６の側面に連なるように形成される。すなわち退避部４６と、第２のＰ型半導体層４５と、表面電極層２５とによって構成される積層体は、略直方体形状を有する。
【００７１】
スイッチ素子Ｔの、第１のＮ型半導体層４２、第１のＰ型半導体層４３、第２のＮ型半導体層４４、および第２のＰ型半導体層４５の各半導体層を構成する半導体材料のエネルギーギャップおよびキャリア密度は、スイッチ素子Ｔの受光効率、および外部への光の取り出し効率、ならびに発光効率を高めるように設計することが好ましい。
【００７２】
第１のＮ型半導体層４２は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）などの半導体材料によって形成される。第１のＮ型半導体層４２のキャリア密度は、１×１０１８ｃｍ−３程度のものが望ましい。
【００７３】
第１のＰ型半導体層４３は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第１のＰ型半導体層４３を形成する半導体材料には、第１のＮ型半導体層４２を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第１のＮ型半導体層４２を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが小さいものが選ばれる。第１のＰ型半導体層４３のキャリア密度は１×１０１７ｃｍ−３程度のものが望ましい。
【００７４】
第２のＮ型半導体層４４は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第２のＮ型半導体層４４を形成する半導体材料には、第１のＰ型半導体層４３を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第１のＰ型半導体層４３を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが小さいものが選ばれる。第２のＮ型半導体層４４のキャリア密度は、第１のＮ型半導体層４２、第１の他方導電型半導体層４３、第２のＮ型半導体層４４および第２のＰ型半導体層４５の全層の中で最も小さく１×１０１６ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３程度のものであることが望ましい。第２のＮ型半導体層４４は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成することによって、高い内部量子効率を得ることができる。
【００７５】
第２のＰ型半導体層４５は、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）およびガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体材料によって形成される。第２のＰ型半導体層４５を形成する半導体材料には、第１のＰ型半導体層４３および第２のＮ型半導体層４４を形成する半導体材料のエネルギーギャップと同じ、もしくは第１のＰ型半導体層４３および第２のＮ型半導体層４４を形成する半導体材料のエネルギーギャップよりもエネルギーギャップが大きいものが選ばれる。第２のＰ型半導体層４５のキャリア密度は、１×１０１８ｃｍ−３程度のものであることが望ましい。
【００７６】
スイッチ素子Ｔの第１のＮ型半導体層４２と、発光素子Ｌの第１のＮ型半導体層３２とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Ｔの第１のＰ型半導体層４３と、発光素子Ｌの第１のＰ型半導体層３３とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Ｔの第２のＮ型半導体層４４と、発光素子Ｌの第２のＮ型半導体層３４とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。またスイッチ素子Ｔの第２のＰ型半導体層４５と、発光素子Ｌの第２のＰ型半導体層３５とは、同じ半導体材料によって形成され、厚みが等しく形成される。
【００７７】
スイッチ素子Ｔの第１のＮ型半導体層４２の厚みは、１０００Å〜５０００Åに選ばれる。スイッチ素子Ｔの第１のＰ型半導体層４３の厚みは、５０Å〜２０００Åに選ばれる。このように第１のＰ型半導体層４３の厚みを選ぶことによって、第１のＮ型半導体層４２と第１のＰ型半導体層４３と第２のＮ型半導体層３４とによって形成されるフォトトランジスタ部の電流増幅率が大きくなり、効率よく外部からの光を受光することができる。スイッチ素子Ｔの第２のＮ型半導体層４４の厚みは、５０００Å〜１００００Åに選ばれる。またスイッチ素子Ｔの第２のＰ型半導体層４５の厚みは、２０００Å〜１００００Åに選ばれる。
【００７８】
表面電極層２５は、金属材料および合金材料などの導電性を有する材料によって形成される。具体的には表面電極層２５は、金（Ａｕ）、金とゲルマニウムとの合金（ＡｕＧｅ）および金と亜鉛との合金（ＡｕＺｎ）などによって形成される。
【００７９】
第１のＮ型半導体層４２、第１のＰ型半導体層４３、第２のＮ型半導体層４４、第２のＰ型半導体層４５、および表面電極層２５は、絶縁層１７によって覆われ、隣接するスイッチ素子Ｔと電気的に絶縁される。前述したように絶縁層１７は、透光性を有するので、スイッチ素子Ｔが発光すると、この光は絶縁層１７を透過して、配列方向Ｘに隣接するスイッチ素子Ｔに入射する。絶縁層１７は、スイッチ素子Ｔが発する波長の光の９５％以上を透過する樹脂材料によって形成される。
【００８０】
発光サイリスタ２０にしきい電圧以上の順方向の電圧を印加すると、第１のＮ型半導体層４２と第１のＰ型半導体層４３との接合部、および第２のＮ型半導体層４４と第２のＰ型半導体層４５との接合部から光が発生する。図１の矢符で示すように、本実施の形態では、各層の層厚および不純物濃度などを調節することによって第２のＮ型半導体層４４および第２のＰ型半導体層４５の界面付近で、第２のＮ型半導体層４４寄りの領域から主に発光する。また発光サイリスタ２０に順方向の電圧を印加すると、第１のＮ型半導体層４２と第１のＰ型半導体層４３と第２のＮ型半導体層４４とによって主として受光する受光部、言い換えればフォトトランジスタ部が形成される。
【００８１】
厚み方向一方Ｚ１から見て、突出部４７は、周縁部が全周にわたって退避部４６から突出して形成されるので、発光サイリスタ２０の絶縁層１７と接する側面に沿って発光サイリスタ２０の厚み方向Ｚの一表面２０ａと他表面２０ｂとを結ぶ曲線の距離は、発光サイリスタ２０の厚み方向Ｚの一表面２０ａと他表面２０ｂとを、厚み方向Ｚに平行な直線で結ぶ最短距離よりも長くなる。電位差は、電界強度を距離で積分した値なので、同じ電位差であれば距離が長いほど電界強度は弱くなる。したがって発光サイリスタ２０に順方向の電圧を印加したときの厚み方向Ｚの電界強度は、前記最短距離で結ぶ直線上において最も強くなり、発光サイリスタ２０の側面部において最も弱くなる。これによって発光サイリスタ２０の側面部に発生する厚み方向Ｚの電界強度を、厚み方向Ｚに垂直な方向の中央部に比べて小さくすることができる。
【００８２】
発光サイリスタ２０の絶縁層１７に接する側面は結晶構造が不連続となるので、側面部には未結合手が存在し、表面準位が形成される。この表面準位に電子が捕獲されると、発光サイリスタ２０の側面部は負に帯電するので、第１のＰ型半導体層４３の側面部には、反転層が形成される。すなわち発光サイリスタ２０の側面部は、ＰＮＰＮ型の発光サイリスタ２０として機能しなくなる。発光サイリスタ２０の側面部には捕獲された電子が存在するので、側面部の電気抵抗が小さくなる。発光サイリスタ２０の側面部は、電流が流れ易い状態になっているが、側面部の厚み方向Ｚの電界強度を弱くすることができるので、側面部を流れる暗電流の発生を抑制することができる。特に厚み方向一方Ｚ１から見て、突出部４７は、周縁部が全周にわたって退避部４６から突出して形成されるので、暗電流の発生を全ての側面部において抑制することができる。
【００８３】
第１のＰ型半導体層４３と第２のＮ型半導体層４４との接合部に形成される空乏層に光が入射すると、入射した光の強度に応じて発光サイリスタ２０に電子と正孔との対が発生し、電流が流れる。この電流によってスイッチ素子Ｔのしきい電圧が低下するが、発生した正孔が暗電流の元となる反転層のキャリアと再結合して消費され、発生する電流が小さくなるので、しきい電圧がそれほど低下しなくなる。すなわち暗電流が入射光に対してノイズとして作用する。この暗電流の発生を抑制することができるので、入射光によって生成される電流によって、発光サイリスタ２０のしきい電圧を効率的に下げることができる。つまり暗電流が発生する従来の技術の発光サイリスタに比べて、弱い光を入射することによって発光サイリスタ２０をターンオンすることができ、発光サイリスタ２０の受光効率を向上することができる。
【００８４】
前記間隔Ｗ７、すなわち突出部４７の厚みは、薄い方がより効率的に暗電流の発生を抑制することができ、発光サイリスタ２０の受光効率を向上することができる。前記間隔Ｗ７は、好ましくは第２のＮ型半導体層４４の厚み方向Ｚの厚みの１／２以下に選ばれ、たとえば０．５μｍ以下に選ばれる。
【００８５】
前記間隔Ｗ８およびＷ９は、発光サイリスタ２０に順方向電圧を印加したときに暗電流の発生を抑制することができる範囲に選ばれ、たとえば１μｍ以上に選ばれる。また前記間隔Ｗ８および間隔Ｗ９の上限は、発光サイリスタ２０から放射される光の強度が低下し過ぎない程度に選ばれ、たとえば退避部４６の配列方向Ｘの寸法が突出部４７の配列方向Ｘの寸法の１／２程度となり、退避部４６の幅方向Ｙの寸法が突出部４７の幅方向Ｙの寸法の１／２程度となるように選ばれる。前記間隔Ｗ８およびＷ９は、好ましくは受光効率が最も高くなる範囲に選ばれ、２μｍ以上かつ５μｍ未満に選ばれる。
【００８６】
平坦性を有する樹脂材料によって絶縁層１７を形成することによって、絶縁層１７を形成するときに、各スイッチ素子Ｔの間にも樹脂材料を充填して、絶縁層１７を各スイッチ素子Ｔの間に確実に形成することができる。
【００８７】
絶縁層１７を、ポリイミドおよびベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などによって形成することによって、各スイッチ素子Ｔの間隔Ｗ３を前述のように選んでも、この空隙に絶縁層１７を確実に形成することができ、また第１のＮ型半導体層４２、第１のＰ型半導体層４３、第２のＮ型半導体層４４、第２のＰ型半導体層４５、表面電極層２５および基板３１に絶縁層１７を密着して形成することができる。絶縁層１７が、スイッチ素子Ｔの表面から剥離してしまうと、この剥離した部分の界面によって、光が反射されてしまい、隣接するスイッチ素子Ｔからの光の受光量が低下してしまうおそれがあるが、このような問題が発生しない。
【００８８】
表面電極層２５の厚み方向Ｚの一表面２５ａには、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちの、いずれか１つが接続される。絶縁層１７のうち、表面電極層２５の厚み方向Ｚの一表面２５ａ上に形成される部分には、貫通孔４９が形成される。この貫通孔４９を介して第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちの、いずれか１つが接続され、スイッチ素子Ｔと第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃのうちの他の２つの走査信号伝送路１５とは、絶縁層１７によって電気的に絶縁される。スイッチ素子Ｔは絶縁層１７によって覆われているので、スイッチ素子Ｔの厚み方向一方Ｚ１側に、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃを積層することができる。
【００８９】
本実施の形態では、スイッチ素子Ｔにおいては、表面電極層２５が走査信号伝送路１５とともにアノード端子として機能し、裏面電極層３６がカソード端子として機能する。また発光素子Ｌにおいては、発光信号伝送路１２の第２のＰ型半導体層３５との接続部が発光素子Ｌのアノード端子として機能し、裏面電極層３６が発光素子Ｌのカソード端子としても機能する。カソード電位を０ボルト（Ｖ）にすると、発光素子Ｌおよびスイッチ素子Ｔに電圧または電流を印加する電源に、正電源を用いることができるので好ましい。
【００９０】
各スイッチ素子Ｔの厚み方向Ｚの一方側において、絶縁層１７および走査信号伝送路１５は遮光層１８によって覆われる。遮光層１８の材料としては、電気絶縁性を有し、スイッチ素子Ｔから発せられる波長の光を、２μｍ〜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ものが使用可能である。本実施の形態では遮光層１８は、緑色のポリイミドによって形成される。遮光層１８の厚みは、５μｍ〜１０μｍ程度に選ばれる。
【００９１】
スイッチ素子Ｔから発せられ、厚み方向一方Ｚ１へ向かう光は、絶縁層１７と走査信号伝送路１５との界面、走査信号伝送路１５、絶縁層１７と遮光層１８との界面などによって反射されるか、遮光層１８によって吸収される。各走査信号伝送路１５および絶縁層１７によって反射手段が形成される。これによって、スイッチ素子Ｔからの光が、発光素子Ｌから厚み方向一方Ｚ１に出射される光に干渉してしまうことが防止される。したがって発光装置１０を、後述する画像形成装置８７の露光装置として用いた場合に、スイッチ素子Ｔからの漏れ光によって、画像の劣化が発生せず、優れた品質の画像を形成することができる。
【００９２】
図４は、図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。発光素子Ｌと、スイッチ素子Ｔとは、幅方向Ｙに隣接して配置される。発光素子Ｌの第１のＮ型半導体層３２と、第１のＰ型半導体層３３と、第２のＮ型半導体層３４とのスイッチ素子Ｔ寄りの端部は、第２のＰ型半導体層３５のスイッチ素子Ｔ寄りの端部よりも、スイッチ素子Ｔに向かって突出し、発光素子接続部５１を構成する。発光素子接続部５１の配列方向Ｘの長さは、前述した長さＷ２よりもわずかに小さい。
【００９３】
またスイッチ素子Ｔの、第１のＮ型半導体層４２と、第１のＰ型半導体層４３と、第２のＮ型半導体層４４との発光素子Ｌ寄りの端部は、第２のＰ型半導体層４５の発光素子Ｌ寄りの端部よりも、スイッチ素子Ｔに向かって突出し、スイッチ素子接続部５２を構成する。スイッチ素子接続部５２の配列方向Ｘの長さは、発光素子接続部５１の配列方向の長さと等しく選ばれる。
【００９４】
絶縁層１７は、発光素子Ｌおよびスイッチ素子Ｔの表面に沿って形成されており、発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとの間にも形成され、発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとが絶縁層１７によって電気的に絶縁される。発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとの間に設けられる絶縁層１７の厚みは、基板３１から発光素子接続部５１およびスイッチ素子接続部５２の厚みとほぼ等しい。絶縁層１７のうち、発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとの間に設けられる部分には、基板３１側が底部となり、配列方向Ｘに沿って延びる凹部５３が形成される。絶縁層１７のうち、前記発光素子接続部５１の第２のＮ型半導体層３４の厚み方向Ｚの一表面３４ａに積層されている部分には貫通孔５４が形成され、前記スイッチ素子接続部５２の第２の一方導電型半導体層４４の厚み方向Ｚの一表面４４ａに積層される部分には貫通孔５５がそれぞれ形成される。
【００９５】
発光素子Ｌのゲート１９と、この発光素子Ｌに対応するスイッチ素子Ｔのゲート２４とを接続する接続手段１４は、発光素子接続部５１とスイッチ素子接続部５２とにわたって、発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとの間で、絶縁層１７に積層して設けられる。接続手段１４は、前記貫通孔５４，５５に接続手段１４の一部が形成され、発光素子接続部５１の第２のＮ型半導体層３４の厚み方向Ｚの一表面３４ａと、前記スイッチ素子接続部５２の第２のＮ型半導体層４４の厚み方向Ｚの一表面４４ａとに接続される。接続手段１４の抵抗値は、１ｋΩ（オーム）以下に選ばれる。抵抗値が高すぎると、スイッチ素子Ｔから発光素子Ｌへのトリガ信号が減衰してしまう恐れがあるが、接続手段１４の抵抗値を前記範囲に選ぶことによって、トリガ信号がスイッチ素子Ｔから発光素子Ｌへ伝達される際に減衰することを抑制できる。
【００９６】
発光素子Ｌの第２のＮ型半導体層３４は、発光素子Ｌのゲート１９であり、スイッチ素子Ｔの第２のＮ型半導体層４４は、スイッチ素子Ｔのゲート２４である。したがって、接続手段１４は、発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔのゲート同士を電気的に接続している。
【００９７】
発光素子Ｌの第２のＰ型半導体層３５のスイッチ素子Ｔ寄りの端部は、絶縁層１７を介して前述した発光信号伝送路１２によって覆われる。これによって、発光素子Ｌから、スイッチ素子Ｔに向かう光を遮光することができる。発光信号伝送路１２の信号路延在部２１は、第２のＰ型半導体層３５のスイッチ素子Ｔに対向する側部に臨んで設けられ、また発光素子接続部５１の第２のＰ型半導体層３５寄りの端部を覆う。
【００９８】
またスイッチ素子Ｔの第２のＰ型半導体層４５の発光素子Ｌ寄りの端部は、絶縁層１７に積層される遮光層１８によって覆われる。これによって、スイッチ素子Ｔから、発光素子Ｌに向かう光を遮光することができる。またスイッチ素子Ｔの、発光素子Ｌとは反対側の端部は、絶縁層１７を介して遮光層１８によって覆われる。遮光層１８は、スイッチ素子接続部５２の厚み方向Ｚの一方を覆い、前記発光素子Ｌとスイッチ素子Ｔとの間に形成される凹所５３付近まで延びる。
【００９９】
図５は、図２の切断面線Ｖ−Ｖから見た発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。走査スタート用スイッチ素子Ｔ０と、スイッチ素子Ｔとは、同様な構成であるので、同様の部分には、同様の参照符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
【０１００】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、基板３１の厚み方向Ｚの一表面３１ａ上に、第１のＮ型半導体層４２が積層され、第１のＮ型半導体層４２の厚み方向Ｚの一表面４２上に第１のＰ型半導体層４３が積層され、第１のＰ型半導体層４３の厚み方向Ｚの一表面４３ａ上に第２のＮ型半導体層４４が積層され、第２のＮ型半導体層４４の厚み方向Ｚの一表面４４ａ上に第２のＰ型半導体層４５が積層され、第２のＰ型半導体層４５の厚み方向Ｚの一表面４５ａ上に表面電極層２５が形成されて構成される。
【０１０１】
また走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の、第１のＮ型半導体層４２と、第１のＰ型半導体層４３と、第２のＮ型半導体層４４との発光素子Ｌ寄りの端部は、第２のＰ型半導体層４５の発光素子Ｌ寄りの端部よりも、発光素子アレイ１１側に向かって突出し、走査スタート用スイッチ素子接続部６８を構成する。
【０１０２】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、絶縁層１７および遮光層１８に覆われる。走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の厚み方向一方に積層される絶縁層１７に積層して走査信号伝送路１５が形成され、絶縁層１７のうち走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の厚み方向一方に積層される部分に形成される貫通孔６９に第３走査信号伝送路１５ｃの一部が形成されて、貫通孔６９を介して第３走査信号伝送路１５ｃが走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の表面電極層２５に接続される。また絶縁層１７のうち、走査スタート用スイッチ素子接続部６８の積層される部分には、貫通孔７１が形成され、この貫通孔７１にスタート信号伝送路１６の一部が形成され、貫通孔７１を介して、絶縁層１７に積層して形成されるスタート信号伝送路１６が接続される。走査スタート用スイッチ素子Ｔ０、走査信号伝送路１５およびスタート信号伝送路１６とは、遮光層１８によって覆われる。
【０１０３】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の第２のＮ型半導体層４４は、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０のゲート２６である。
【０１０４】
各発光素子Ｌ、各スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、基板３１の一表面３１ａに、第１のＮ型半導体層３２，４２、第１のＰ型半導体層３３，４３、第２のＮ型半導体層３４，４４、第２のＰ型半導体層３５，４５、を、それぞれ形成するための半導体材料を、エピタキシャル成長および化学気相成長（ＣＶＤ）法などによって順次積層した後、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして形成される。したがって、一連の製造プロセスにおいて、発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０を同時に形成することができるので、製造コストを低減することができる。各半導体層を形成した後、導電体層を蒸着法などによって形成し、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして、表面電極層２５を形成する。
【０１０５】
絶縁層１７は、表面電極層２５を形成した後、前述したポリイミドなどの樹脂材料をスピンコーティングした後、塗付した樹脂材料を硬化させ、発光信号伝送路１２と、接続手段１４と、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、スタート信号伝送路１６と、発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔまたは走査スタート用スイッチ素子Ｔ０との接続に必要な各貫通孔３９，４９，５４，５５，６９，７１をフォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして形成される。
【０１０６】
発光信号伝送路１２と、接続手段１４と、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、スタート信号伝送路１６と、発光素子遮光部２３とは、絶縁層１７を形成した後、蒸着法などによって導電性材料を絶縁層１７の表面に積層して、フォトリソグラフィによってパターニングおよびエッチングして、同時に形成される。したがって、発光信号伝送路１２と、接続手段１４と、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、スタート信号伝送路１６と、発光素子遮光部２３と厚みは、ほぼ等しく形成される。
【０１０７】
図６は、発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の、アノード電圧とアノード電流との関係である順方向電圧−電流特性を示すグラフである。なお、図６では、横軸をアノード電圧とし、縦軸をアノード電流として示されている。また図６には、負荷線７２も示されている。発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、電圧電流特性を表す特性曲線と、負荷線７２とが交わるオフ状態のｂ点と、特性曲線と負荷線７２とが交わるオン状態のａ点とを遷移する。アノード電圧は、カソードの電位を０（零）ボルト（Ｖ）としたときのアノードの電位を表し、アノード電流は、アノードに流れる電流を表す。
【０１０８】
発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の初期のしきい電圧（ブレークオーバ電圧）をＶＢＯとする。初期のしきい電圧とは、発光素子Ｌでは、ゲート１９にトリガ信号が与えられていない状態のしきい電圧であり、スイッチ素子Ｔでは受光していない状態のしきい電圧であり、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０では、ゲート２６にトリガ信号が与えられていない状態のしきい電圧である。
【０１０９】
発光素子Ｌおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０では、ゲート１９，２６にトリガ信号を与えることによって、しきい電圧がＶＢＯから、図６の矢符Ｐ１で示すように、このＶＢＯよりも小さな電圧であるＶＴＨへとしきい電圧が低下する。スイッチ素子Ｔでは、受光することによって、しきい電圧が、ＶＢＯから、図６の矢符Ｐ１で示すように、このＶＢＯよりも小さな電圧であるＶＴＨへと低下する。スイッチ素子Ｔは、受光効率の高い発光サイリスタ２０を含んで構成されるので、しきい電圧の低下幅が従来のスイッチ素子に比べて大きくなる。またスイッチ素子Ｔは、受光効率が高いので、同じ強度の光を照射した場合、従来のスイッチ素子に比べてより短時間でしきい電圧を所定の値まで低下させることができる。
【０１１０】
図７は、図２に示される発光装置１０の基本的構成を示す一部の等価回路を示す回路図である。発光装置１０は、駆動手段７３をさらに含む。駆動手段７３は、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、発光信号伝送路１２と、スタート信号伝送路１６とに接続され、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃに走査信号φを与え、スタート信号伝送路１６にスタート信号φＳを与え、発光信号伝送路１２に発光信号φＥをそれぞれ与える。駆動手段７３は、駆動用ドライバーＩＣ（Integrated Circuit）によって実現される。
【０１１１】
駆動手段７３は、外部から入力され、基準となるクロックパルス信号に基づいて、第１〜第３走査信号φ１〜φ３およびスタート信号φＳを同期して出力し、走査信号伝送路１５およびスタート信号伝送路１６にそれぞれ与える。前記クロックパルス信号は、後述する画像形成装置８７の制御手段９６から与えられる。クロックパルス信号のクロック周期は、後述する画像形成装置８７の制御手段９６における制御周期よりも長く選ばれる。また駆動手段７３は、クロックパルス信号とともに与えられる画像情報に基づいて、発光信号φＥを出力して、発光信号伝送路１２に与える。
【０１１２】
第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、各スイッチ素子Ｔと直列に接続される抵抗素子Ｒφがそれぞれ接続され、駆動手段７３は、抵抗素子Ｒφを介して第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃに接続される。抵抗素子Ｒφは、駆動手段７３から走査信号伝送路１５に過電流が流れてしまうことを防止するとともに、各スイッチ素子Ｔに印加される電圧を分圧する分圧抵抗としての機能を有する。
【０１１３】
また発光信号伝送路１２にも、各発光素子Ｌと直列に接続される抵抗素子Ｒφがそれぞれ接続され、駆動手段７３は、抵抗素子Ｒφを介して発光信号伝送路１２に接続される。抵抗素子Ｒφは、駆動手段７３から発光信号伝送路１２に過電流が流れてしまうことを防止するとともに、各発光素子Ｌに印加される電圧を分圧する分圧抵抗としての機能を有する。
【０１１４】
図８は、駆動手段７３が、スタート信号伝送路１６に与えるスタート信号φＳ、第１走査信号伝送路１５ａに与える第１走査信号φ１、第２走査信号伝送路１５ｂに与える第２走査信号φ２、第３走査信号伝送路１５ｃに与える第３走査信号φ３および発光信号伝送路１２に与える発光信号φＥと、発光素子Ｌ１の発光強度と、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０およびスイッチ素子Ｔ１〜Ｔ４の発光強度とを示す波形図である。発光素子Ｌ１および走査スタート用スイッチ素子Ｔ０ならびにスイッチ素子Ｔ１〜Ｔ４の発光強度は、ハイ（Ｈ）レベルのとき発光していることを表し、ロー（Ｌ）レベルのとき発光していないことを表す。図８において、横軸は時間であって、基準時刻からの経過時間を表す。
【０１１５】
またスタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φ３および発光信号φＥについて、縦軸は、信号レベルを表す。信号レベルは、電圧または電流の大きさを表し、スタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φ３および発光信号φＥがハイ（Ｈ）レベルのとき、高電圧または高電流が信号伝送路に供給され、スタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φ３および発光信号φＥがロー（Ｌ）レベルのとき、低電圧または低電流が信号伝送路に供給される。スタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φ３および発光信号φＥがＬレベルのとき、伝送路に供給される電圧または電流は、各素子のしきい電圧またはしきい電流よりも小さい。電圧の場合では、ハイレベルは、たとえば３ボルト（Ｖ）〜１０ボルト（Ｖ）である。電圧の場合では、ローレベルは、たとえば０（零）ボルト（Ｖ）である。
【０１１６】
本実施の形態では、Ｈレベルのときのスタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φ３および発光信号φＥの電圧をたとえば５ボルト（Ｖ）とし、Ｌレベルのスタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φφ３および発光信号φＥの電圧をたとえば０ボルト（Ｖ）とする。第１〜第３走査信号φ１〜φ３の波形は同じであり、それぞれ位相が異なる。
【０１１７】
発光装置１０では、発光させるべき発光素子Ｌのしきい電圧またはしきい電流を低下させるために、スイッチ素子Ｔの発光状態を、配列方向Ｘに沿って転送する。
【０１１８】
以後、駆動手段７３の動作について説明する。まず時刻ｔ０で、駆動手段７３は、スタート信号φＳ、第１〜第３走査信号φ１〜φ３および発光信号φＥをローレベルとする。スタート信号φＳをローレベルにしておくことによって、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０のしきい電圧またはしきい電流は、第３走査信号φ３のハイレベルよりも小さくなる。駆動手段７３は、発光信号φＥ、スタート信号φＳおよび走査信号φについて、信号レベルをローレベルからハイレベルにすると、次に信号レベルをハイレベルからローレベルにするまで、信号レベルをハイレベルとなるように維持する。また駆動手段７３は、発光信号φＥ、スタート信号φＳおよび走査信号φについて、信号レベルをハイレベルからローレベルにすると、次に信号レベルをローレベルからハイレベルにするまで、信号レベルをローレベルとなるように維持する。
【０１１９】
時刻ｔ１で、駆動手段７３は、第３走査信号φ３のみをローレベルからハイレベルに変化させる。時刻ｔ１において、スタート信号φＳ、第１，第２走査信号φ１，φ２および発光信号φＥは、ローレベルである。これによって、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０が、オン状態になり、すなわちターンオンし、発光する。
【０１２０】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の光は、隣接するスイッチ素子アレイ１３の配列方向Ｘの端部に配置されるスイッチ素子Ｔ１に最も強く入射する。スイッチ素子アレイ１３の他のスイッチ素子Ｔでは、配列方向Ｘに走査スタート用スイッチ素子Ｔ０から離間した位置に配置されるスイッチ素子Ｔほど、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０から照射される光の強度が小さくなる。スイッチ素子Ｔでは、受光すると光励起によって各半導体層に、受光強度に応じたキャリアが生成される。キャリアの生成によって、第２のＮ型半導体層４４に蓄積される電子が、第２のＮ型半導体層４４のフェルミ準位を下げ、これによって第１のＰ型半導体層４３と第２のＮ型半導体層４４との接合部分において、なだれ現象が発生しやすくなる。このため、スイッチ素子Ｔは、光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下し、また受光する光強度が大きくなるほど、しきい電圧またはしきい電流の降下が大きくなるという特性を有する。
【０１２１】
次に走査スタート用スイッチ素子Ｔ０からスイッチ素子Ｔ１への発光状態の転送について説明する。走査スタート用スイッチ素子Ｔ０が発光すると、この光をスイッチ素子Ｔ１が受光し、スイッチ素子Ｔ１のしきい電圧が低下する。
【０１２２】
時刻ｔ２において、スイッチ素子Ｔ１のしきい電圧はＶＴＨ（Ｔ１）となっている。第１走査信号伝送路１５ａには、スイッチ素子Ｔ１，Ｔ４，…，Ｔｊ−２が接続されているが、スイッチ素子Ｔ４，…，Ｔｊ−２は、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０から十分に離れているので、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０からの光を受光しても、その光は微弱であるので、しきい電圧はほとんど変化しない。
【０１２３】
時刻ｔ２で、駆動手段７３は、第１走査信号φ１をローレベルからハイレベルにする。時刻ｔ２において、スタート信号φＳ、第２走査信号φ２、発光信号φＥはローレベルであり、第３走査信号φ３は、ハイレベルである。第１走査信号φ１のハイレベルは、第１走査信号伝送路１５ａに接続されるスイッチ素子Ｔ１を除く他のスイッチ素子Ｔ４，…，Ｔｊ−２のしきい電圧またはしきい電流のうちの最低値よりも、高い電圧または高い電流に選ばれる。
【０１２４】
隣接するスイッチ素子Ｔからの光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Ｔが接続される前記走査信号伝送路１５に、この走査信号伝送路１５に接続される他のスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流の最低値よりも高い電圧または電流の走査信号φを与えると、走査信号φは抵抗素子Ｒφを介して、走査信号伝送路１５に与えられ、スイッチ素子Ｔには、抵抗素子Ｒφによって分圧された電圧が与えられる。各スイッチ素子Ｔには、抵抗素子Ｒφによって分圧された電圧が徐々に印加されることとなり、同じ走査信号伝送路１５に接続される複数のスイッチ素子Ｔのうち、隣接しているスイッチ素子Ｔからの光を受光したスイッチ素子Ｔに与えられる電圧または電流が、最も早くこのスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流よりも大きくなる。これによって、しきい電圧またはしきい電流が最も低いスイッチ素子Ｔのみが発光し、他のスイッチ素子Ｔは、発光しない。
【０１２５】
これによって、時刻ｔ２で、スイッチ素子Ｔ１がオン状態となり、すなわちターンオンし、発光する。
【０１２６】
スイッチ素子Ｔ１がオン状態となった後、時刻ｔ３で、駆動手段７３は、第３走査信号φ３をローレベルにする。これによって、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、オフ状態、すなわちターンオフして、消灯する。
【０１２７】
このようにして、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０から、スイッチ素子Ｔ１へと発光状態が遷移する。また時刻ｔ３において、駆動手段７３は、スタート信号φＳをローレベルからハイレベルにし、以後、ハイレベルを維持させることによって、時刻ｔ３以降に、第３走査信号φ３をローレベルからハイレベルにしても、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０はオフ状態を維持する。
【０１２８】
時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の時間は、第１走査信号φ１がハイレベルとなる時間の１／１０程度に選ばれる。このように、隣接するスイッチ素子Ｔにおいて与えられる走査信号φがハイレベルとなる時間が重なるように駆動手段７３が走査信号φを与えることによって、隣接するスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流が確実に低下している間に、走査信号φをハイレベルとすることができ、光走査を確実に行うことができる。
【０１２９】
本実施の形態では、第１〜第３走査信号φ１〜φ３がハイレベルとなる時間は、１μ秒（μ second）程度に選ばれる。したがって、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の時間は、０．１μ秒（μ second）程度に選ばれる。
【０１３０】
スイッチ素子Ｔ１は、受光によってゲート２４にトリガ信号を発生し、時刻ｔ２においてオン状態となると、ハイレベルとされた走査信号φがローレベルになるまでは、オン状態を維持する。オン状態となると、スイッチ素子Ｔ１のゲート２４の電圧は、ほぼ０（零）ボルト（Ｖ）になる。ここで前記スイッチ素子Ｔ１のゲート２４の電圧とは、このゲート２４と接地される裏面電極層３６との電位差である。スイッチ素子Ｔ１のゲート２４は、発光素子Ｌ１のゲート１９に接続されているので、スイッチ素子Ｔ１のゲート２４の電圧は、発光素子Ｌ１のゲート１９の電圧と等しくなる。このようにスイッチ素子Ｔ１は、発光素子Ｌ１のゲート１９と裏面電極層３６とに印加される電圧を変化させることができる。
【０１３１】
発光素子Ｌ１を発光させる場合、駆動手段７３は、第３走査信号φ３をハイレベルからローレベルにした時刻ｔ３が経過した後、時刻ｔ４で、発光信号φＥをローレベルからハイレベルにする。
【０１３２】
発光素子Ｌ１は、スイッチ素子Ｔ１がオン状態であるので、前述したように発光素子Ｌ１のゲート１９は、ほぼ０（零）ボルト（Ｖ）となる。このときスイッチ素子Ｔ２，…，Ｔｊ−１，Ｔｊは、オフ状態であり、時刻ｔ４における発光素子Ｌ１のしきい電圧をＶＴＨ（Ｌ１）とし、時刻ｔ４における発光素子Ｌ２，…，Ｌｉ−１，Ｌｉのしきい電圧をそれぞれＶＴＨ（Ｌ２），…，ＶＴＨ（Ｌｉ−１），ＶＴＨ（Ｌｉ）とすると、発光信号φＥのハイレベルＶＨを、発光素子Ｌのしきい電圧以上であって、発光素子Ｌ２，…，Ｌｉ−１，Ｌｉのしきい電圧のうち、最低値のものよりも小さな値に選ぶことによって、発光素子Ｌ１のみを選択的にオン状態として、発光させることができる。
【０１３３】
時刻ｔ５において、駆動手段７３が発光信号φＥをローレベルにすると、発光素子Ｌ１は、オフ状態となり、消灯する。後述する感光体ドラム９０への露光量は、発光素子Ｌの発光強度は一定として、発光素子Ｌの発光する時間によって調整される。すなわち、発光信号φＥがハイレベルとなる時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間の時間を決定することによって、露光量が決定される。発光素子Ｌの発光強度によって露光量を変更する場合、発光素子Ｌ１に与える電圧または電流を細かく制御する必要があるので困難であるが、発光時間によって露光量を変更することによって、発光信号φＥがハイレベルとなる時間を調整するだけでよいので、露光量の制御がしやすく、また定電圧または定電流が発光素子Ｌに与えられるので、発光素子Ｌ１を安定して発光させることができる。発光素子Ｌが発光する時間、言い換えれば発光信号φＥがハイレベルとなる時間は、走査信号φがハイレベルとなる時間の８０％以下に選ばれる。
【０１３４】
時刻ｔ５が経過した後、駆動手段７３は、時刻ｔ６で第２走査信号φ２をハイレベルにすると、スイッチ素子Ｔ２が発光し、時刻ｔ６が経過した後、時刻ｔ７で、第１走査信号φ１をローレベルにすると、スイッチ素子Ｔ１が消灯する。これによって、スイッチ素子Ｔ１からスイッチ素子Ｔ２へと発光状態が移る。
【０１３５】
時刻ｔ７が経過した後、駆動手段７３は、時刻ｔ８で第３走査信号φ３をハイレベルにすると、スイッチ素子Ｔ３が発光し、時刻ｔ８が経過した後、時刻ｔ９で、第２走査信号φ２をローレベルにすると、スイッチ素子Ｔ２が消灯する。これによって、スイッチ素子Ｔ２からスイッチ素子Ｔ３へと発光状態が移る。
【０１３６】
時刻ｔ９が経過した後、駆動手段７３は、時刻ｔ１０で再び第１走査信号φ１をハイレベルにすると、スイッチ素子Ｔ４が発光する。
【０１３７】
時刻ｔ６と時刻ｔ７との間の時間は、第２走査信号φ２がハイレベルとなる時間の１／１０程度に選ばれ、時刻ｔ８と時刻ｔ９との間の時間は、第３走査信号φ３がハイレベルとなる時間の１／１０程度に選ばれる。
【０１３８】
このように駆動手段７３が、第１〜第３走査信号φ１〜φ３を繰り返して与えることによって、スイッチ素子Ｔ４，…，Ｔｊ−１，Ｔｊにおいても、オン状態が配列方向Ｘに沿って順次転送される。スイッチ素子Ｔが発光しているとき、発光信号伝送路１２の発光信号φＥをローレベルからハイレベルにすることによって、この発光しているスイッチ素子Ｔに対応する、すなわち発光しているスイッチ素子Ｔに接続されている発光素子Ｌのみを選択的に発光させることができる。
【０１３９】
発光しているスイッチ素子Ｔの配列方向Ｘの両側に位置するスイッチ素子Ｔは、いずれも励起状態となってしまうが、第１〜第３走査信号伝送路１５ａ，１５ｂ，１５ｃによって、前述したように第１〜第３走査信号φ１〜φ３を伝送させて、各スイッチ素子Ｔに第１〜第３走査信号φ１〜φ３を与えることによって、配列方向Ｘの一方から他方へと、スイッチ素子Ｔの発光状態の転送を行うことができ、言い換えれば光走査することができる。
【０１４０】
以上述べた発光装置１０によれば、スイッチ素子Ｔは、受光効率が高く、弱い光を短時間照射しただけで従来のスイッチ素子に比べてしきい電圧がより低下するので、各スイッチ素子Ｔが発光状態を維持する時間（ｔ３−ｔ１，ｔ７−ｔ２，ｔ９−ｔ６）を短くすることができる。これによって、発光装置１０は、光走査を高速で行うことができる。
【０１４１】
またスイッチ素子Ｔ１は、従来のスイッチ素子に比べてしきい電圧がより低下するので、査信号φを与えることによって確実にターンオンし、発光する。これによって各スイッチ素子Ｔに照射される光の強度が多少変動したとしても、スイッチ素子Ｔの発光状態を確実に転送することができる。
【０１４２】
またスイッチ素子Ｔは、受光効率が高いので、発光状態を転送すべきスイッチ素子Ｔに照射する光の強度を弱い値に設定することができ、各スイッチ素子Ｔが放射すべき光の強度を弱い値に設定することができる。したがって各スイッチ素子Ｔに与える負荷を小さくすることができ、スイッチ素子Ｔの長寿命化を図ることができる。これによって、このスイッチ素子を備える光走査型スイッチ装置および発光装置１０の長寿命化を図ることができる。
【０１４３】
図９は、発光装置１０を有する画像形成装置８７の基本的構成を示す側面図である。画像形成装置８７は、電子写真方式の画像形成装置であり、発光装置１０を、感光体ドラム９０への露光装置に使用している。発光装置１０は、駆動手段１７が設けられる回路基板に実装される。
【０１４４】
画像形成装置８７は、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４色のカラー画像を形成するタンデム方式を採用した装置であり、大略的に、４つの発光装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、集光手段であるレンズアレイ８８Ｙ，８８Ｍ，８８Ｃ，８８Ｋと、前記発光装置１０および駆動手段１７が実装された回路基板と、レンズアレイ８８を保持する第１ホルダ８９Ｙ，８９Ｍ，８９Ｃ，８９Ｋと、４つの感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋと、４つの現像剤供給手段９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋと、転写手段である転写ベルト９２と、４つのクリーナ９３Ｙ，９３Ｍ，９３Ｃ，９３Ｋと、４つの帯電器９４Ｙ，９４Ｍ，９４Ｃ，９４Ｋと、定着手段９５と制御手段９６とを含んで構成される。
【０１４５】
各発光装置１０は、駆動手段１７によって各色のカラー画像情報に基づいて駆動される。たとえば、４つ発光装置１０の配列方向Ｘの長さは、たとえば２００ｍｍ〜４００ｍｍに選ばれる。
【０１４６】
各発光装置１０の発光素子Ｔからの光は、レンズアレイ８８を介して各感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋに集光して照射される。レンズアレイ８８は、たとえば発光素子の光軸上にそれぞれ配置される複数のレンズを含み、これらのレンズを一体的に形成して構成される。
【０１４７】
発光装置１０が実装される回路基板およびレンズアレイ８８は、第１ホルダ８９によって保持される。第１ホルダ８９によって、発光素子Ｔの光照射方向と、レンズアレイ８８のレンズの光軸方向とがほぼ一致するようにして位置合わせされる。
【０１４８】
各感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋは、たとえば円筒状の基体表面に感光体層を被着して成り、その外周面には各発光装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋからの光を受けて静電潜像が形成される静電潜像形成位置が設定される。
【０１４９】
各感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋの周辺部には、各静電潜像形成位置を基準として回転方向下流側に向かって順番に、露光された感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋに現像剤を供給する現像剤供給手段９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋ、転写ベルト９２、クリーナ９３Ｙ，９３Ｍ，９３Ｃ，９３Ｋ、および帯電器９４Ｙ，９４Ｍ，９４Ｃ，９４Ｋがそれぞれ配置される。感光体ドラム９０に現像剤によって形成された画像を記録シートに転写する転写ベルト９２は、４つの感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋに対して共通に設けられる。
【０１５０】
前記感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋは、第２ホルダによって保持され、この第２ホルダと第１ホルダ８９とは、相対的に固定される。各感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋの回転軸方向と、各発光装置１０の前記配列方向Ｘとがほぼ一致するようにして位置合わせされる。
【０１５１】
転写ベルト９２によって、記録シートを搬送し、現像剤によって画像が形成された記録シートは、定着手段９５に搬送される。定着手段９５は、記録シートに転写された現像剤を定着させる。感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋは、回転駆動手段によって回転される。
【０１５２】
制御手段９６は、前述した駆動手段１７にクロック信号および画像情報を与えるとともに、感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋを回転駆動する回転駆動手段、現像剤供給手段９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋ、転写手段９２、帯電手段９４Ｙ，９４Ｍ，９４Ｃ，９４Ｋおよび定着手段９５の各部を制御する。
【０１５３】
画像形成装置８７は、確実かつ高速に発光サイリスタ２０を配列方向に順番に発光させ、トリガ信号を配列方向に順番に伝送することができる発光装置１０を備えるので、各感光体ドラム９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋの所定の位置に正確かつ高速に光を照射することができる。これによって、画像形成装置８７は、優れた品質の記録画像を短時間で形成することができる。また画像形成装置８７は、寿命の長い発光装置１０を備えるので、装置の長寿命化を図ることができる。
【０１５４】
また発光装置１０によれば、各スイッチ素子Ｔは、隣接するスイッチ素子Ｔから発する光を受光することによって、そのしきい電圧またはしきい電流を低下させることができ、各スイッチ素子Ｔのゲート２４に、転送方向指定のためのダイオードおよび電源との間に接続される負荷抵抗などを接続する必要がない。したがって発光装置１０の構造を複雑にすることなく、可及的に少ない信号伝送路によって、複数配列される発光素子Ｌのうち所定の発光素子Ｌのみを選択的に発光させることができる。
【０１５５】
また走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、走査信号伝送路１５に接続され、走査信号伝送路１５を介して走査信号φが与えられることによって発光するので、スイッチ素子Ｔの発光に必要な電力を供給する伝送路と、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０が発光するために必要な電力を供給する伝送路を共通化することができ、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０に必要な電力を供給する伝送路を特別に設ける必要がない。
【０１５６】
走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、スイッチ素子Ｔに接続される走査信号伝送路１５からの走査信号φに基づいて発光するので、駆動手段７３は、スイッチ素子アレイ１３のスイッチ素子Ｔと発光のタイミングを同期させやすい。また走査スタート用スイッチ素子Ｔ０は、予め定める部位にトリガ信号を与え、さらに走査信号φを与えなければ発光しないので、不所望にトリガ信号が与えられたとしても、発光してしまうことを防止することができる。
【０１５７】
またＰ型半導体とＮ型半導体とが交互に積層される単純な構成で、スイッチ素子Ｔおよび発光素子Ｌならびにスタート用スイッチ素子Ｔ０を実現することによって、発光装置１０の作製が容易である。スイッチ素子Ｔと発光素子Ｌとスタート用スイッチ素子Ｔ０とを基板３１上に同一の製造プロセスによって形成することができ、発光装置１０の製造工程を可及的に少なくすることができる。
【０１５８】
さらに、同一の基板３１上にスイッチ素子Ｔおよび発光素子Ｌならびにスタート用スイッチ素子Ｔ０が集積されて構成されるので、各素子を高密度に形成することができ、スイッチ素子アレイ１３では配列方向Ｘに隣接するスイッチ素子Ｔ同士を密接させることができる。これによって各スイッチ素子Ｔは、隣接するスイッチ素子Ｔからの光を効率的に受光することができ、隣接するスイッチ素子Ｔの発光強度が小さい場合であっても、発光したスイッチ素子Ｔに隣接するスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流を低下させることができる。したがって、スイッチ素子Ｔを発光させるために必要な電力を小さくすることができ、より消費電力の小さな発光装置１０を実現することができる。また発光素子Ｌにおいても、配列方向に隣接する発光素子Ｌ同士を密接させることができるので、画像形成装置８７に用いて画像の解像度を向上させることができる。
【０１５９】
また各スイッチ素子Ｔは、配列方向Ｘに沿って順番に発光するので、この光を遮光層１８によって遮光し、発光素子Ｌが発する光に干渉しないようにすることによって、発光素子Ｌが発光しているときには、発光素子Ｌの光量が小さくなったり大きくなったりしてしまうことを防止することができ、安定した光量を得ることができる。また遮光層１８によって、バイアス光が漏れることが防止されるので、画像形成装置８７では、画像の品位を低下させることがなく、良好な品質の画像を形成することができる。
【０１６０】
また絶縁層１７は、各発光素子Ｌおよび各スイッチ素子Ｔと各走査信号伝送路１５および発光信号伝送路１２との間に設けられ、各発光素子Ｌおよび各スイッチ素子Ｔと各走査信号伝送路１５および発光信号伝送路１２が短絡してしまうことを防止する。
【０１６１】
本発明の他の実施の形態の発光装置では、基板３１と発光素子Ｌの第１のＮ型半導体層３２との間、基板３１とスイッチ素子Ｔの第１のＮ型半導体層４２との間、基板３１と走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の第１のＮ型半導体層４２との間に、Ｎ型半導体から成るバッファ層を設ける構成としてもよい。このような構成とすることによって、基板３１上により結晶性の向上された半導体層を形成することができ、発光素子Ｌおよびスイッチ素子Ｔならびに走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の特性をより均一にすることができる。
【０１６２】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、表面電極層２５と第２のＰ型半導体層４５との間、発光信号伝送路１２と第２のＰ型半導体層３５との間にＰ型半導体から成るオーミックコンタクト層を設ける構成としてもよい。このオーミックコンタクト層を設けることによって表面電極層２５と第２のＰ型半導体層４５とのオーミック性、および発光信号伝送路１２と第２のＰ型半導体層３５とのオーミック性を向上することができる。
【０１６３】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、退避部は、厚み方向Ｚに垂直な断面が、突出部４７との界面から厚み方向一方Ｚ１に離反するに連れて段階的に小さくなるような形状であってもよい。また退避部は、厚み方向Ｚに垂直な断面が、突出部４７との界面から厚み方向一方Ｚ１に離反するに連れて連続的に小さくなるような形状であってもよい。
【０１６４】
本発明のさらに他の実施の形態の発行装置では、退避部４６および突出部４７の配列方向一方Ｘ１の側面の間隔と、退避部４６および突出部４７の配列方向他方Ｘ２の側面の間隔Ｗと、退避部４６および突出部４７の幅方向他方Ｙ２の側面の間隔Ｗ８とは、それぞれ互いに異なる間隔に選ばれてもよい。
【０１６５】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、基板３１として、絶縁性を有する基板または半絶縁性を有する基板を用いてもよい。前記基板は、たとえば半絶縁性のガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイアなどによって形成される。このような基板を用いる場合には、前述した裏面電極層３６を基板３１の厚み方向Ｚの他表面３１ｂに形成しないで、発光素子Ｌの第１のＮ型半導体層３２、スイッチ素子Ｔの第１のＮ型半導体層４２、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の第１のＮ型半導体層４２に、カソード電極を形成する。このような構成であっても、同様な効果を達成することができる。
【０１６６】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、発光素子Ｌの第２のＰ型半導体層３５に積層して、発光信号伝送路１２とともにアノード端子として機能する金属層を形成してもよい。このような構成とすると、発光素子Ｌの各半導体層への電界を均一化することができ、発光素子Ｌから放射される光の発光強度を増加させることができる。
【０１６７】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、遮光層１８を、スイッチ素子Ｔが発する波長の光の反射率が高く、絶縁層１７よりも屈折率の低い材料によって形成してもよい。たとえば絶縁層１７は、ポリイミドによって形成される。遮光層１８によって、光が吸収されるのではなく、光が反射されるので、スイッチ素子Ｔからの光が、スイッチ素子Ｔから厚み方向一方Ｚ１に出射される光に干渉してしまうことを防止するだけでなく、隣接するスイッチ素子Ｔに入射される光量がより多くなるので、スイッチ素子Ｔの受光効率を高めることができる。
【０１６８】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、各半導体層の導電型を逆にし、Ｐ型半導体層をＮ型半導体層とし、Ｎ型半導体層をＰ型半導体層としてもよい。この場合、基板に近い３層がＰＮＰ型のフォトトランジスタ部として機能し、発光信号伝送路１２または表面電極層２５に近い２層がＰＮ型の発光部として機能する。各半導体層の導電型を逆にしても、バイアス電圧の極性を、反対にすることによって、前述の実施の形態の発光装置と同様の効果を得ることができる。
【０１６９】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前記駆動手段７３が出力する発光信号φＥのハイレベルの電圧または電流は、発光信号伝送路１２に接続されるスイッチ素子Ｔによってトリガ信号が与えられた発光素子Ｌを除く他の発光素子Ｌのしきい電圧またはしきい電流のうちの最低値よりも、高い電圧または高い電流に選ばれてもよい。発光信号伝送路１２は、抵抗素子Ｒφを介して接続手段１４に接続されており、トリガ信号が与えられることによってしきい電圧またはしきい電流が低下した発光素子Ｌが接続される発光信号伝送路１２に、この発光信号伝送路１２に接続される他の発光素子Ｌのしきい電圧またはしきい電流の最低値よりも高い電圧または電流の発光信号φＥを与えると、発光信号φＥは、抵抗素子Ｒφを介して、発光信号伝送路１２に与えられ、発光素子Ｌには、抵抗素子Ｒφによって分圧された電圧が与えられる。各発光素子Ｌには、抵抗素子Ｒφによって分圧された電圧が徐々に印加されることとなり、発光信号伝送路１２に接続される複数の発光素子Ｌのうち、トリガ信号が与えられた発光素子Ｌに与えられる電圧または電流が、最も早くこの発光素子Ｌのしきい電圧またはしきい電流よりも大きくなる。これによって、しきい電圧またはしきい電流が最も低い発光素子Ｌのみが発光し、他の発光素子Ｌは、発光しない。このため駆動手段７３による発光信号φＥの制御が容易となる。
【０１７０】
本発明のさらに他の実施の形態では、前記駆動手段７３が出力する走査信号φのハイレベルは、隣接するスイッチ素子Ｔからの光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Ｔが接続される走査信号伝送路１５に接続される他のスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流の平均値よりも高い電圧または電流に選ばれる。隣接するスイッチ素子Ｔからの光を受光することによってしきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Ｔが接続される前記走査信号伝送路１５に、この走査信号伝送路１５に接続される他のスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流の平均値よりも高い電圧または電流の走査信号φを与えると、走査信号φは抵抗素子Ｒφを介して、走査信号伝送路１５に与えられ、スイッチ素子Ｔには、抵抗素子Ｒφによって分圧された電圧が与えられる。各スイッチ素子Ｔには、抵抗素子Ｒφによって分圧された電圧が徐々に印加されることとなり、同じ走査信号伝送路１５に接続される複数のスイッチ素子Ｔのうち、隣接しているスイッチ素子Ｔからの光を受光したスイッチ素子Ｔに与えられる電圧または電流が、最も早くこのスイッチ素子Ｔのしきい電圧またはしきい電流よりも大きくなる。これによって、しきい電圧またはしきい電流が最も低いスイッチ素子Ｔのみが発光し、他のスイッチ素子Ｔは、発光しない。
【０１７１】
駆動手段７３が出力する走査信号φのハイレベルを前述のように前記平均値よりも高い電圧または電流にするので、しきい電圧またはしきい電流が低下したスイッチ素子Ｔに、より高電圧または高電流を与えて、オン状態に移行させることができ、光走査の速度を向上させることができる。
【０１７２】
本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、前記駆動手段７３が出力する走査信号φのハイレベルは、走査信号伝送路１５に接続される全てのスイッチ素子Ｌのしきい電圧またはしきい電流よりも高く選ばれてもよい。このような構成であっても、同様の効果を達成することができ、さらに駆動手段７３によって走査信号φのハイレベルの電圧または電流を、スイッチ素子Ｔの変動するしきい電圧またはしきい電流に関係なく決定することができるので、駆動手段７３の設計が容易となる。
【０１７３】
本発明の実施の形態の発光装置では、発光素子Ｌｉと、スイッチ素子Ｔｊとの数を等しく構成しているが、本発明のさらに他の実施の形態の発光装置では、スイッチ素子Ｔに複数の発光素子Ｌを対応させてもよい。すなわち、１つのスイッチ素子Ｔのゲート２４と、複数の発光素子Ｌのゲート１９を接続してもよい。このような構成とすることによって、複数の発光素子Ｌを同時に発光させることができる。
【０１７４】
本発明のさらに他の実施の形態では、各半導体層は、それぞれが多層に形成されてもよい。たとえば、第１の一方導電型半導体層は、一方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよく、第１の他方導電型半導体層は、他方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよく、第２の一方導電型半導体層は、一方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよく、第２の他方導電型半導体層は、他方導電型の半導体層が、複数積層されて構成されてもよい。
【実施例】
【０１７５】
図１に示すスイッチ素子Ｔの発光サイリスタ２０を次のとおりに作製した。メサ構造を有し、略直方体形状の退避部４６と第２のＰ型半導体層４５とから成る積層体の配列方向Ｘの寸法を２４μｍとし、幅方向Ｙの寸法を３４μｍとした。また第１のＮ型半導体層４２と第２のＰ型半導体層４５と突出部４７とから成る積層体の配列方向Ｘの寸法を３０μｍとし、幅方向Ｙの寸法を４０μｍとした。退避部４６は、突出部４７の配列方向Ｘおよび幅方向Ｙの中央部から厚み方向一方Ｚ１に延びるように形成した。また第１のＮ型半導体層４２の厚み方向Ｚの厚みを５００ｎｍとし、第１のＰ型半導体層４３の厚み方向Ｚの厚みを２００ｎｍとし、突出部４７の厚み方向Ｚの厚みを５００ｎｍとし、退避部４６の厚み方向Ｚの厚みを５００ｎｍとして第２のＮ型半導体層４４の厚み方向Ｚの厚みを１０００ｎｍとし、第２のＰ型半導体層４５の厚み方向Ｚの厚みを８００ｎｍとした。
【０１７６】
また本発明のスイッチ素子Ｔの特性を比較するための比較用として、略直方体形状の退避部４６と第２のＰ型半導体層４５とから成る積層体のサイズのみ異なり、層厚、材料の成分および作製条件などを前記発光サイリスタ２０と同じにした略直方体形状を有する発光サイリスタを有する比較用スイッチ素子を作製した。第１のＮ型半導体層４２と、第１のＰ型半導体層４３と、第２のＮ型半導体層４４と、第２のＰ型半導体層４５とから成る略直方体形状を有する積層体の配列方向Ｘの寸法を３０μｍとし、幅方向Ｙの寸法を４０μｍとした。
【０１７７】
スイッチ素子Ｔおよび比較用スイッチ素子の受光部に光強度の安定した安定化光源から発せられる所定の強度の光を入射させたときに、スイッチ素子Ｔおよび比較用スイッチ素子がターンオンするときのしきい電圧ＶＢＯを測定した。具体的には受光部に所定の強度の光を入射させた状態で、走査信号伝送路１５と裏面電極層３６との間に印加する電圧を上げていき、スイッチ素子Ｔおよび比較用スイッチ素子に電流が流れ出すときの走査信号伝送路１５と裏面電極層３６との間に印加する電圧を測定した。走査信号伝送路１５と裏面電極層３６との間の電圧および電流は、電流電圧計のプローブを走査信号伝送路１５と裏面電極層３６とに当接させて測定した。
【０１７８】
図１０は、スイッチ素子Ｔおよび比較用スイッチ素子に入力した入力光のパワーと、しきい電圧ＶＢＯとの関係の測定結果を表すグラフである。図１０に示すグラフにおいて、横軸は入力光のパワー（μＷ）を表し、縦軸はしきい電圧ＶＢＯ（Ｖ）を表す。また図１０に示すグラフにおいて、本発明の発光サイリスタ２０を有するスイッチ素子Ｔの入力光のパワーと、しきい電圧ＶＢＯとの関係の測定結果を実線で表し、比較用スイッチ素子の入力光のパワーと、しきい電圧ＶＢＯとの関係の測定結果を破線で表している。
【０１７９】
比較用スイッチ素子のしきい電圧ＶＢＯは、入力光のパワーの上昇につれてなだらかに低下し、５００〜６００μＷの光を入力することによって１．７Ｖ程度まで低下する。これに対して本発明の発光サイリスタ２０を有するスイッチ素子Ｔのしきい電圧ＶＢＯは、入力光のパワーを上げるにつれて急激に低下し、２００μＷ程度の光を入力しただけで１．７Ｖ程度まで低下する。スイッチ素子Ｔは、比較用スイッチ素子に入力する光に比べて弱い光を入力することによってターンオンするので、受光効率が良好であることがわかった。
【０１８０】
本発明によれば暗電流の発生を抑制することによって受光効率を改善した光転送方式のスイッチ素子アレイ、このスイッチ素子アレイを備える高品質かつ高性能な発光装置および画像形成装置を提供することができる。
【０１８１】
なお、本発明は上述の形態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。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】本発明の実施の一形態の発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。
【図２】発光装置１０の基本的構成を示す一部の平面図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。
【図４】図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。
【図５】図２の切断面線Ｖ−Ｖから見た発光装置１０の基本的構成を示す一部の断面図である。
【図６】発光素子Ｌ、スイッチ素子Ｔおよび走査スタート用スイッチ素子Ｔ０の、アノード電圧とアノード電流との関係である順方向電圧−電流特性を示すグラフである。
【図７】図２に示される発光装置１０の基本的構成を示す一部の等価回路を示す回路図である。
【図８】駆動手段７３が、スタート信号伝送路１６に与えるスタート信号φＳ、第１走査信号伝送路１５ａに与える第１走査信号φ１、第２走査信号伝送路１５ｂに与える第２走査信号φ２、第３走査信号伝送路１５ｃに与える第３走査信号φ３および発光信号伝送路１２に与える発光信号φＥと、発光素子Ｌ１の発光強度と、走査スタート用スイッチ素子Ｔ０およびスイッチ素子Ｔ１〜Ｔ４の発光強度とを示す波形図である。
【図９】発光装置１０を有する画像形成装置８７の基本的構成を示す側面図である。
【図１０】スイッチ素子Ｔおよび比較用スイッチ素子に入力した入力光のパワーと、しきい電圧ＶＢＯとの関係の測定結果を表すグラフである。
【図１１】自己走査機能を有する従来の技術の発光装置１の基本構造の概略的な回路構成を示す回路図である。
【図１２】発光装置１の基本的構成を示す一部の断面図である。
【符号の説明】
【０１８３】
１１  発光素子アレイ
１２  発光信号伝送路
１３  スイッチ素子アレイ
１４  接続手段
１５  走査信号伝送路
１６  スタート信号伝送路
１７  絶縁層
１８  遮光層
２０  発光サイリスタ
４６  退避部
４７  突出部
Ｌ  発光素子
Ｔ  スイッチ素子
Ｔ０  走査スタート用スイッチ素子
【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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