(57)【要約】      （修正有）【課題】十分な発光光量が得られる３端子発光素子を提供する。【解決手段】３端子発光素子は、第１導電型のコレクタコンタクト層１０２と、第１導電型のコレクタ層１０４と、第２導電型のベース層１０６と、電子と正孔との再結合により発光する第２導電型の活性層１０８と、第１導電型のエミッタ層１１０と、第１導電型のエミッタコンタクト層１１２とを備えている。コレクタコンタクト層１０２にはコレクタ電極１２０が電気的に接続され、ベース層１０６にはベース電極１２２が電気的に接続され、エミッタコンタクト層１１２にはエミッタ電極１２４が電気的に接続されている。ベース層１０６のエネルギーバンドギャップは、活性層１０８のエネルギーバンドギャップよりも大きく、エミッタ層１１０のエネルギーバンドギャップは、ベース層１０６のエネルギーバンドギャップよりも大きい。【選択図】図１
2013211355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタ電極に電気的に接続された第１導電型のコレクタコンタクト層と、
前記コレクタコンタクト層の一方の側に設けられた第１導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層の前記コレクタコンタクト層側とは反対の側に設けられた第２導電型のベース層と、
前記ベース層の前記コレクタ層側とは反対の側に設けられ、ベース電極に電気的に接続され、電子と正孔との再結合により発光する第２導電型の活性層と、
前記活性層の前記ベース層側とは反対の側に設けられた第１導電型のエミッタ層と、
前記エミッタ層の前記活性層側とは反対の側に設けられ、エミッタ電極に電気的に接続された第１導電型のエミッタコンタクト層と
を備え、
前記ベース層のエネルギーバンドギャップが、前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも大きく、
前記エミッタ層のエネルギーバンドギャップが、前記ベース層のエネルギーバンドギャップよりも大きいこと
を特徴とする３端子発光素子。
【請求項２】
前記活性層のエネルギーバンドギャップと前記ベース層のエネルギーバンドギャップとの差が、０．２５ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１に記載の３端子発光素子。
【請求項３】
前記ベース層のエネルギーバンドギャップと前記エミッタ層のエネルギーバンドギャップの差が、０．０５ｅＶで以上あることを特徴とする請求項１または２に記載の３端子発光素子。
【請求項４】
前記コレクタコンタクト層、前記コレクタ層、前記活性層、前記ベース層、前記エミッタ層および前記エミッタコンタクト層が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮおよびＺｎＯの何れか、またはその２以上を積層したもので形成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項５】
前記コレクタ電極、前記ベース電極および前記エミッタ電極が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｄの何れか、またはその２以上の合金で形成され、または、透明酸化物半導体により形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項６】
コレクタ電極に電気的に接続された第１導電型のコレクタコンタクト層と、
前記コレクタコンタクト層の一方の側に設けられた第１導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層の前記コレクタコンタクト層側とは反対の側に設けられ、かつベース電極に電気的に接続された第２導電型のベース層と、
前記ベース層の前記コレクタ層側とは反対の側に設けられ、井戸層と当該井戸層よりもエネルギーバンドギャップが大きいバリア層とを有し、電子と正孔との再結合により発光する多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の前記ベース層側とは反対の側に設けられた第１導電型のエミッタ層と、
前記エミッタ層の前記多重量子井戸層側とは反対の側に設けられ、エミッタ電極に電気的に接続された第１導電型のエミッタコンタクト層と
を備え、
前記ベース層および前記エミッタ層のエネルギーバンドギャップが、前記バリア層のエネルギーバンドギャップよりも大きいことを特徴とする３端子発光素子。
【請求項７】
前記ベース層のエネルギーバンドギャップと前記バリア層のエネルギーバンドギャップとの差が、０．１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項６に記載の３端子発光素子。
【請求項８】
前記エミッタ層のエネルギーバンドギャップと前記ベース層のエネルギーバンドギャップとの差が、０．１ｅＶ以上であることを特徴とする請求項６または７に記載の３端子発光素子。
【請求項９】
前記多重量子井戸層の井戸層の厚さは、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６から８までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項１０】
前記多重量子井戸層の全体の厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項６から９までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項１１】
前記ベース層と前記多重量子井戸層とを合わせた厚さは、１μｍ以下であることを特徴とする請求項６から１０までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項１２】
前記コレクタコンタクト層、前記コレクタ層、前記多重量子井戸層、前記ベース層、前記エミッタ層および前記エミッタコンタクト層が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮおよびＺｎＯの何れか、またはその２以上を積層したもので形成されていることを特徴とする請求項６から１１までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項１３】
前記コレクタ電極、前記ベース電極および前記エミッタ電極が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｄの何れか、またはその２以上の合金で形成され、または、透明酸化物半導体により形成されていることを特徴とする請求項６から１２までのいずれか１項に記載の３端子発光素子。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の３端子発光素子を複数配列させたことを特徴とする３端子発光素子アレイ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の３端子発光素子アレイと、
前記３端子発光素子アレイを駆動する駆動回路と、
前記３端子発光素子アレイおよび前記駆動回路を搭載した基板と
を備えたことを特徴とするプリントヘッド。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプリントヘッドと、
前記プリントヘッドの光照射により潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体に形成された潜像を、現像剤を用いて現像する現像装置と、
前記現像装置により現像された現像剤像を媒体に転写する転写部材と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の３端子発光素子アレイと、
前記３端子発光素子アレイを駆動する駆動回路と、
前記３端子発光素子アレイおよび前記駆動回路を搭載した基板と
を備え、
前記３端子発光素子アレイの発光によって画像を形成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、３端子発光素子、並びに、これを用いた３端子発光素子アレイ、プリントヘッドおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３端子発光素子は、量子井戸を設けたベース層を、エミッタ層およびコレクタ層で挟み込んだ構成を有している（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】特表２００７−５０３７１０号公報（図１、段落００１５、００３７参照）
【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３端子発光素子は、キャリアを効率的にベース層に閉じ込めて再結合させることが難しく、十分な発光光量は得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、十分な発光光量を得ることができる３端子発光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明に係る３端子発光素子は、コレクタ電極に電気的に接続された第１導電型のコレクタコンタクト層と、コレクタコンタクト層の一方の側に設けられた第１導電型のコレクタ層と、コレクタ層のコレクタコンタクト層側とは反対の側に設けられた第２導電型のベース層と、ベース層のコレクタ層側とは反対の側に設けられ、ベース電極に電気的に接続され、電子と正孔との再結合により発光する第２導電型の活性層と、活性層のベース層側とは反対の側に設けられた第１導電型のエミッタ層と、エミッタ層の活性層側とは反対の側に設けられ、エミッタ電極に電気的に接続された第１導電型のエミッタコンタクト層とを備え、ベース層のエネルギーバンドギャップが、活性層のエネルギーバンドギャップよりも大きく、エミッタ層のエネルギーバンドギャップが、ベース層のエネルギーバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る３端子発光素子は、また、コレクタ電極に電気的に接続された第１導電型のコレクタコンタクト層と、コレクタコンタクト層の一方の側に設けられた第１導電型のコレクタ層と、コレクタ層のコレクタコンタクト層側とは反対の側に設けられ、かつベース電極に電気的に接続された第２導電型のベース層と、ベース層のコレクタ層側とは反対の側に設けられ、井戸層と当該井戸層よりもエネルギーバンドギャップが大きいバリア層とを有し、電子と正孔との再結合により発光する多重量子井戸層と、多重量子井戸層のベース層側とは反対の側に設けられた第１導電型のエミッタ層と、エミッタ層の多重量子井戸層側とは反対の側に設けられ、エミッタ電極に電気的に接続された第１導電型のエミッタコンタクト層とを備え、ベース層およびエミッタ層のエネルギーバンドギャップが、バリア層のエネルギーバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る３端子発光素子アレイは、上記の３端子発光素子を複数配列させたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプリントヘッドは、上記の３端子発光素子アレイと、３端子発光素子アレイを駆動する駆動回路と、３端子発光素子アレイおよび駆動回路を搭載した基板とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る画像形成装置は、上記の３端子発光素子アレイと、３端子発光素子アレイを駆動する駆動回路と、３端子発光素子アレイおよび前記駆動回路を搭載した基板とを備え、３端子発光素子アレイの発光によって画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、キャリアを効率的に閉じ込めて再結合させ、十分な発光光量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における３端子発光素子を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態における３端子発光素子の半導体層構造を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態における半導体層構造の熱平衡状態のエネルギーバンド図である。
【図４】第１の実施の形態における半導体層構造の製造方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態における半導体層構造の製造方法を説明するための図である。
【図６】第１の実施の形態における３端子発光素子アレイを示す図である。
【図７】第１の実施の形態における３端子発光素子アレイを示す図である。
【図８】第１の実施の形態における３端子発光素子の他の構成例を示す図である。
【図９】第１の実施の形態における３端子発光素子を用いたプリントヘッドの構成を示す断面図である。
【図１０】第１の実施の形態におけるプリントヘッドの基板ユニットの構成を示す斜視図である。
【図１１】第１の実施の形態におけるプリントヘッドを用いた画像形成装置としてのプリンタを示す断面図である。
【図１２】第１の実施の形態における３端子発光素子を用いた画像形成装置としてのディスプレイを示す断面図である。
【図１３】第１の実施の形態における半導体層構造の所定のバイアス印加時（Ａ）およびトランジスタ動作時（Ｂ）のエネルギーバンド図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態における３端子発光素子の半導体層構造（Ａ）およびそのＭＱＷ層の構造（Ｂ）を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態における半導体層構造の熱平衡状態におけるエネルギーバンド図である。
【図１６】第２の実施の形態における半導体層構造の所定のバイアス印加時（Ａ）およびトランジスタ動作時（Ｂ）のエネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜３端子発光素子の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態における３端子発光素子１０を示す断面図である。本実施の形態における３端子発光素子１０は、基板３０２と、基板３０２の表面に形成された平坦化層３０４と、平坦化層３０４の表面に固着された半導体層構造１００とを有している。
【００１４】
基板３０２は、例えば、Ｓｉ基板、ＩＣ基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスティック基板、金属基板等により構成されている。平坦化膜３０４は、基板３０２の表面を平坦化させるための膜であり、基板３０２の表面が平坦であれば設けなくてもよい。
【００１５】
図２は、３端子発光素子１０の半導体層構造１００を示す断面図である。半導体層構造１００は、後述するように成長基板上に半導体薄膜層を成長させたのち、その成長基板から半導体薄膜層を剥離することで形成される。
【００１６】
半導体層構造１００は、基板３０２上に、第１導電型のコレクタコンタクト層１０２、第１導電型のコレクタ層１０４、第２導電型のベース層１０６、第２導電型の活性層１０８、第１導電型のエミッタ層１１０および第１導電型のエミッタコンタクト層１１２を、下から順に積層したものである。ここでは、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とするが、これに限定されるものではない。
【００１７】
コレクタコンタクト層１０２の表面には、コレクタ電極１２０が形成されており、コレクタコンタクト層１０２と電気的に接続されている。活性層１０８の表面には、ベース電極１２２が形成されており、活性層１０８と電気的に接続されている。エミッタコンタクト層１１２の表面には、エミッタ電極１２４が形成されており、エミッタコンタクト層１１２と電気的に接続されている。
【００１８】
半導体層構造１００の各半導体層（１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２）としては、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ等のＡｌＧａＡｓ系半導体、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ等のＡｌＧａＩｎＰ系半導体、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化物系半導体、およびＺｎ０等の酸化物半導体のいずれか、または２以上を積層したものを用いることができる。
【００１９】
コレクタ電極１２０、ベース電極１２２およびエミッタ電極１２４は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｄなどの金属またはそれらの合金により形成することが望ましい。また、ＩＴＯやＺｎ０などの透明酸化物半導体によって形成してもよい。
【００２０】
図３は、図２に示す半導体層構造１００の線分Ｂ−Ｂ’に沿った熱平衡状態のエネルギーバンドを示す図である。図３において、Ｅｆはフェルミ準位、Ｅｃは伝導帯の最低エネルギー準位、Ｅｖは価電子帯の最高エネルギー準位を表している。
【００２１】
ベース層１０６を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、活性層１０８を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも大きい。また、エミッタ層１１０を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、ベース層１０６を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００２２】
より具体的には、ベース層１０６を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、活性層１０８を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも、０．２５ｅＶ以上大きいことが望ましい。また、エミッタ層１１０を構成する材料のエネルギーバンドギャップは、ベース層１０６を構成する材料のエネルギーバンドギャップよりも、０．０５ｅＶ以上大きいことが望ましい。
【００２３】
ＡｌＧａＡｓ系半導体を用いた場合の各半導体層の構成は、以下のとおりである。すなわち、コレクタコンタクト層１０２はｎ型ＧａＡｓで構成され、コレクタ層１０４はｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで構成される。また、ベース層１０６はｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層で構成され、活性層１０８はｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓで構成される。さらに、エミッタ層１１０はｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓで構成され、エミッタコンタクト層１１２はｎ型ＧａＡｓで構成される。
【００２４】
なお、上記の各半導体層に加えて、電極形成の際にコレクタコンタクト層１０２や活性層１０８を露出させるためのエッチング停止層として、例えばｎ型またはｐ型のＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ層等をさらに設けてもよい。
【００２５】
図４は、半導体層構造１００の製造方法を説明するための図である。ここでは、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料を用いた場合の製造方法について説明する。
【００２６】
図４において、ＧａＡｓ基板からなる成長基板（母材基板）２０２の表面に、各半導体薄膜層をエピタキシャル成長させるためのＧａＡｓからなるバッファ層２０４を形成する。さらに、バッファ層２０４の表面に、半導体薄膜層を成長基板２０２から剥離させるためのＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる犠牲層（エッチング層）２０６を形成する。
【００２７】
次に、犠牲層２０６の表面に、ｎ型ＧａＡｓからなるコレクタコンタクト層１０２と、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるコレクタ層１０４と、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなるベース層１０６と、ｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓからなる活性層１０８と、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなるエミッタ層１１０と、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層１１２を順に積層する。
【００２８】
このように積層した半導体薄膜層（積層体）を島状パターンにエッチングし、犠牲層２０６を露出させる。また、必要に応じて、上記の半導体薄膜層（１０２〜１１２）を支持するための支持体を形成する。そののち、犠牲層２０６を選択的にエッチング除去することによって、上記の島状パターンに形成された半導体薄膜層を、成長基板２０２から剥離する。
【００２９】
次に、ＧａＡｓ基板２０２から剥離した半導体薄膜層を、他の基板、すなわち上述した基板３０２の表面（平坦化層３０４が設けられているときは、その平坦化層３０４の表面）に、分子間力によって接合する。図５は、半導体薄膜層を基板３０２上に接合した状態を示している。
【００３０】
半導体薄膜層を基板３０２上に接合した後、個別の素子に分離し、また、エミッタ電極１２４、ベース電極１２２、コレクタ電極１２０を形成するための標準的なフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を実行し、配線を施すことにより、図１に示す３端子発光素子１０を製造することができる。
【００３１】
また、このように形成された３端子発光素子１０（図１）を１列に配列することにより、図６に示すような３端子発光素子アレイ３００を構成することができる。なお、図１は、図６における線分Ａ−Ａ’に沿った断面図に対応している。
【００３２】
また、図７に示すように、複数個の３端子発光素子１０（図１）を２次元的（行列状）に配列することにより、３端子発光素子アレイ４００を構成することもできる。
【００３３】
図８は、３端子発光素子の他の構成例を示す図である。図１に示した３端子発光素子１０は、半導体薄膜層を成長基板２０２から剥離して別の基板３０２に接合したものであったが、図８に示す３端子発光素子１０は、半導体薄膜層を成長基板２０２から剥離させずにそのまま基板２０２上に残したものである。他の構成は、図１に示した３端子発光素子１０と同様である。
【００３４】
＜プリントヘッドの構成＞
図９は、本実施の形態に係る３端子発光素子１０を用いたプリントヘッド６００の構成を示す断面図である。図９に示すように、プリントヘッド６００は、支持体としてのベース６０１と、ベース６０１上に固定された基板ユニット６５０と、基板ユニット６５０に対向するように配置された光学素子アレイとしてのロッドレンズアレイ６０４と、ロッドレンズアレイ６０４を保持するホルダ６０５と、これらを固定するクランプ６０７ａ，６０７ｂとを備えている。
【００３５】
図１０は、基板ユニット６５０を示す斜視図である。基板ユニット６５０は、基板としてのプリント配線板６０２と、プリント配線板６０２上に熱硬化性樹脂等により固定された複数のドライバＩＣ（駆動回路）６０３と、ドライバＩＣ６０３上に接合された３端子発光素子アレイ３００とを備えている。
【００３６】
３端子発光素子アレイ３００は、図６に示したように複数の３端子発光素子１０を一列に配列したものである。また、３端子発光素子アレイ３００、ドライバＩＣ６０３およびプリント配線板６０２は、ボンディングワイヤ６０８により電気的に接続されている。
【００３７】
図９に戻り、ロッドレンズアレイ６０４は、基板ユニット６５０の各発光素子に対応するように複数の柱状の光学素子（ロッドレンズ）を一列に配列したものである。ホルダ６０５は、ベース６０１に取り付けられ、ロッドレンズアレイ６０４を保持する部材である。クランプ６０７ａ，６０７ｂは、ベース６０１、基板ユニット６５０およびホルダ６０５を相互に固定する部材である。
【００３８】
＜画像形成装置（プリンタ）の構成＞
図１１は、図９に示したプリントヘッド６００を搭載した画像形成装置としてのプリンタ７００の構成を示す図である。
【００３９】
プリンタ７００は、例えば電子写真法を用いたカラープリンタであり、装置本体７００ａ内に、記録媒体Ｐの搬送経路に沿って配列された４つのプロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋを備えている。プロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋは、電子写真法により、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）のトナー像（現像剤像）を形成するものである。
【００４０】
プロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋは、使用するトナーを除いて共通の構成を有しているため、プロセスユニット７０１と総称する。
【００４１】
各プロセスユニット７０１は、例えば図中時計回り方向に回転する像担持体としての感光体ドラム７０２を有している。感光体ドラム７０２の回転方向に沿って、感光体ドラム７０２の表面を一様に帯電させる帯電装置７０３と、感光体ドラム７０２の表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成するプリントヘッド６００（図９）と、静電潜像をトナー（現像剤）により現像する現像装置７０５と、トナー像の転写後に感光体ドラム７０２の表面に残留するトナーを除去するクリーニング装置７２０とが配置されている。
【００４２】
また、プロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋの各感光体ドラム７０２の下側に対向するように、４つの転写部材（例えば、半導電性のゴム等からなる転写ローラ）７１２が配置されている。
【００４３】
プリンタ７００は、さらに、記録媒体Ｐを収納する媒体収容部としての媒体カセット７０６と、この媒体カセット７０６から記録媒体Ｐを一枚ずつ繰り出してプロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋに搬送する媒体供給部とを有している。媒体供給部は、ここでは、媒体カセット７０６の記録媒体Ｐを一枚ずつ繰り出すホッピングローラ７０７と、記録媒体Ｐを搬送路に沿って搬送する搬送ローラ７１０およびピンチローラ７０８と、記録媒体Ｐの斜行を矯正してプロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋに搬送するレジストローラ７１１およびピンチローラ７１０とを備えている。
【００４４】
また、媒体Ｐの搬送方向においてプロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋの下流側には、記録媒体Ｐに転写されたトナー像を加熱・加圧して定着させる定着装置７１３と、トナー像が定着した記録媒体Ｐを排出するための排出ローラ７１４，７１５と、これらに対向配置されたピンチローラ７１６，７１７とが配置されている。また、プリンタ７００の上部カバーには、排出された記録媒体Ｐを載置するためのスタッカ部７１８が設けられている。
【００４５】
なお、本実施の形態における画像形成装置は、プリンタに限らず、複写機、ファクシミリ装置、複合機（ＭＦＰ）等であってもよい。また、カラー画像を形成する画像形成装置に限らず、単色（モノクロ）画像を形成するものであってもよい。また、トナー像を媒体Ｐに直接転写するものに限らず、中間転写ベルト等を用いたものであってもよい。
【００４６】
＜画像形成装置（ディスプレイ）の構成＞
図１２は、本実施の形態における３端子発光素子１０を用いた画像形成装置としてのディスプレイ８００を示す。ディスプレイ８００は、複数の３端子発光素子１０を２次元に配列した３端子発光素子アレイ４００（図７）と、この３端子発光素子アレイ４００を駆動する駆動回路としての駆動素子群４０１と、これらを搭載した基板４０２とを備えている。上記駆動素子群４０１は、３端子発光素子アレイ４００のベース電流を制御し、任意の３端子発光素子１０を駆動させる。
【００４７】
＜３端子発光素子の動作＞
次に、本発明の第１の実施の形態における３端子発光素子１０の動作について、図１３に示すエネルギーバンド図を参照して説明する。
【００４８】
図１３は、第１の実施の形態における３端子発光素子１０のエミッタ層１１０と活性層１０８との間の接合（以下、Ｊ１と称する）に順方向バイアスを印加し、ベース層１０６とコレクタ層１０４との接合（以下、Ｊ２と称する）に逆方向バイアスを印加した場合のエネルギーバンドを示す図である。
【００４９】
図１３（Ａ）は、接合Ｊ１に、伝導帯の最低エネルギー順位Ｅｃがフラットになるまでバイアスを印加した場合のエネルギーバンド図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）からさらにバイアスを印加したトランジスタ動作時のエネルギーバンド図である。
【００５０】
図１３（Ａ）に示す状態では、接合Ｊ１において伝導帯の最低エネルギー準位Ｅｃがフラットになっているため、エミッタ層１１０から活性層１０８へ電子が拡散する。しかしながら、上述したように、ベース層１０６のエネルギーバンドギャップが、活性層１０８のエネルギーバンドギャップよりも大きいため、ベース層１０６が電子に対する障壁となり、活性層１０８に電子が閉じ込められる。
【００５１】
ここで、一般に、ＬＥＤ等の発光デバイスにおいて、電子や正孔のキャリアを閉じ込めるためには、０．２ｅＶ以上のエネルギーバンドギャップ差が必要とされている（小沼稔、吉田信也、柴田光義著、「オプトエレクトロニクスとその材料」、工学図書出版、ｐ５１）。よって、ベース層１０６と活性層１０８とのエネルギーバンドギャップの差が０．２５ｅＶ以上あることによって、電子を活性層１０８に閉じ込め、効率よく再結合させることができる。しかしながら、この状態では、電子が接合Ｊ２まで到達しないため、トランジスタとして動作しない。
【００５２】
一方、さらにバイアスを印加した図１３（Ｂ）に示す状態では、活性層１０８に閉じ込められた電子の一部がベース層１０６を拡散し、接合Ｊ２に到達する。接合Ｊ２に到達した電子は、接合Ｊ２に印加された逆方向バイアスによりコレクタに移動（ドリフト）する。これにより、エミッタ層１１０からコレクタ層１０４に電子が移動し、電流が流れる。すなわち、３端子発光素子１０はトランジスタとして動作する。
【００５３】
この状態においても、エミッタ層１１０のエネルギーバンドギャップは、ベース層１０６のエネルギーバンドギャップよりも０．０５ｅＶ以上大きい。この値（０．０５ｅＶ）は、熱により励起されるエネルギーｋＴ＝０．０２５ｅＶ（ｋはボルツマン定数（８．６１７×１０−５ｅＶ／Ｋ）、Ｔ：温度（室温では３００Ｋ））よりも十分大きい。そのため、接合Ｊ１において価電子帯の最高エネルギー準位Ｅｖがフラットにならず、これにより、正孔がエミッタ層１１０側に拡散せずに、活性層１０８に閉じ込められる。その結果、電子および正孔の大部分を活性層１０８に閉じ込めることができる。
【００５４】
このように、トランジスタ動作時に、電子および正孔の大部分を活性層１０８に閉じ込めることができるため、電子と正孔とを効率よく再結合させることで効率よく発光させつつ、トランジスタ動作を実現することができる。
【００５５】
＜画像形成装置（プリンタ）の動作＞
次に、３端子光発光素子１０を有するプリントヘッド６００を搭載した画像形成装置としてのプリンタ７００の動作について、図１１を参照して説明する。
【００５６】
プリンタ７００は、パーソナルコンピュータ等の上位装置からの指示により、画像形成動作を開始する。まず、媒体カセット７０６に収容された媒体Ｐを、ホッピングローラ７０７により一枚ずつ繰り出し、搬送ローラ７１０とピンチローラ７０８により搬送路に沿って搬送する。さらに、レジストローラ７１１とピンチローラ７１０により、媒体Ｐの斜行を矯正してプロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋに搬送する。
【００５７】
各プロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋでは、帯電装置７０３により感光体ドラム７０２の表面が一様に帯電されたのち、プリントヘッド６００による潜像形成が行われる。
【００５８】
プリントヘッド６００では、ドライバＩＣ６０３が、画像データに基づき、３端子発光素子アレイ３００（図１０）の一列に配列された３端子発光素子１０（図６）を選択的に駆動し、発光させる。各３端子発光素子１０から出射された光は、ロッドレンズアレイ６０４により感光体ドラム７０２の表面に照射され、感光体ドラム７０２の表面に静電潜像が形成される。
【００５９】
感光体ドラム７０２の表面に形成された静電潜像は、現像装置７０５により現像されて、トナー像（現像剤像）となる。媒体Ｐが感光体ドラム７０２と転写部材７１２との間（転写部）を通過する際、転写部材７１２に付与された転写電圧により、感光体ドラム７０２の表面のトナー像が媒体Ｐに転写される。媒体Ｐが、プロセスユニット７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋの各転写部を通過することにより、各色のトナー像が媒体Ｐに転写される。
【００６０】
トナー像が転写された媒体Ｐは定着装置７１３に搬送され、加熱および加圧により、トナー像が媒体Ｐに定着する。また、トナー像が定着された媒体Ｐは、排出ローラ７１４，７１５およびピンチローラ７１６，７１７により装置外部に排出され、スタッカ部７１８に載置される。これにより、媒体Ｐへの画像形成が完了する。
【００６１】
＜画像形成装置（ディスプレイ）の動作＞
３端子光発光素子１０を有する画像形成装置としてのディスプレイ８００（図１２）の動作は、以下の通りである。
【００６２】
図１２に示すディスプレイ８００では、駆動素子群４０１が、３端子発光素子アレイ４００（図７）の行方向・列方向に配列された３端子発光素子１０を、表示画像データに応じて選択的に駆動する。これにより、表示画像データに応じた画素に対応する３端子発光素子１０が発光し、二次元画像として観察者に視認される。
【００６３】
＜第１の実施の形態の効果＞
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態における３端子発光素子によれは、ベース層１０６のエネルギーバンドギャップを、活性層１０８のエネルギーバンドギャップよりも大きくし、かつエミッタ層１１０のエネルギーバンドギャップを、ベース層１０６のエネルギーバンドギャップよりも大きくすることによって、活性層１０８における電子と正孔の閉じ込め効率を向上し、発光効率を高めることができる。
【００６４】
特に、ベース層１０６のエネルギーバンドギャップと活性層１０８のエネルギーバンドギャップとの差を０．２５ｅＶ以上とし、かつエミッタ層１１０のエネルギーバンドギャップとベース層１０６のエネルギーバンドギャップとの差を０．０５ｅＶ以上とすることによって、トランジスタ動作時に電子と正孔を活性層１０８に閉じ込めて効率よく再結合させ、高い発光効率を実現することができる。
【００６５】
第２の実施の形態．
＜３端子発光素子の構成＞
図１４（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態における３端子発光素子の半導体層構造１０００を示す図である。
【００６６】
半導体層構造は、基板３０２（図１）上に、第１導電型のコレクタコンタクト層１００２、第１導電型のコレクタ層１００４、第２導電型のベース層１００６、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ：以下、ＭＱＷと称する）層１００８、第１導電型のエミッタ層１０１０および第１導電型のエミッタコンタクト層１０１２を、下から順に積層したものである。ここでは、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とするが、これに限定されるものではない。
【００６７】
ＭＱＷ層１００８は、図１４（Ｂ）に示すように、Ｗｅｌｌ（井戸）層１０３０と、このＷｅｌｌ層１０３０よりもエネルギーバンドギャップが大きいバリア層１０３２とを、複数組積層したものである。なお、図１４（Ｂ）では、Ｗｅｌｌ層１０３０とバリア層１０３２とからなる組が５組積層されているが、４組以下であっても、６組以上であってもよい。
【００６８】
また、コレクタコンタクト層１００２の表面には、コレクタ電極１０２０が形成されおり、コレクタコンタクト層１００２に電気的に接続されている。ベース層１００６の表面には、ベース電極１０２２が形成されており、ベース層１００６に電気的に接続されている。エミッタコンタクト層１０１２の表面には、エミッタ電極１０２４が形成されており、エミッタコンタクト層１０１２に電気的に接続されている。
【００６９】
半導体層構造１０００の各半導体層（１００２，１００４，１００６，１００８，１０１０，１０１２）としては、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ等のＡｌＧａＡｓ系半導体、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ等のＡｌＧａＩｎＰ系半導体、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等の窒化物系半導体、およびＺｎ０等の酸化物半導体のいずれか、または２以上を積層したものを用いることができる。
【００７０】
また、コレクタ電極１０２０、ベース電極１０２２およびエミッタ電極１０２４は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｄなどの金属またはそれらの合金により形成することが望ましい。また、ＩＴＯやＺｎ０などの透明酸化物半導体によって形成してもよい。
【００７１】
半導体層構造１０００の半導体薄膜層（１００２，１００４，１００６，１００８，１０１０，１０１２）は、第１の実施の形態で説明したように、成長基板（母材基板）から剥離して別の基板に接合してもよいし、成長基板から剥離させずにそのまま成長基板上に残して用いてもよい。
【００７２】
図１５は、図１４に示した半導体層構造１０００の線分Ｃ−Ｃ’に沿った熱平衡状態のエネルギーバンドを示す図である。この第２の実施の形態では、上記の通り、ＭＱＷ層１００８が、エミッタ１０１０層とベース層１００６の間に配置されている。また、ベース層１００６の材料のエネルギーバンドギャップは、ＭＱＷ層１００８のバリア層１０３２の材料のエネルギーバンドギャップよりも大きく、エミッタ１０１０層のエネルギーバンドギャップは、ベース層１００６の材料のエネルギーバンドギャップよりも大きい。
【００７３】
より具体的には、ベース層１００６の材料のエネルギーバンドギャップは、ＭＱＷ層１００８のバリア層１０３２の材料のエネルギーバンドギャップよりも０．１ｅＶ以上大きいことが望ましい。また、エミッタ１０１０層の材料のエネルギーバンドギャップは、ベース層１００６の材料のエネルギーバンドギャップよりも０．１ｅＶ以上大きいことが望ましい。
【００７４】
また、ＭＱＷ層１００８の厚さは、５ｎｍから５００ｎｍの範囲にあり、かつ、ベース層１００６とＭＱＷ層１００８とを合わせた厚さは１μｍ以下であることが望ましい。また、ＭＱＷ層１００８のＷｅｌｌ層１０３０の厚さは、１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００７５】
ＡｌＧａＡｓ系半導体を用いた場合の各半導体層の構成は、以下の通りである。すなわち、コレクタコンタクト層１００２はｎ型ＧａＡｓ層で構成され、コレクタ層１００４はｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓで構成され、ベース層１００６はｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ層で構成される。ＭＱＷ層１００８のバリア層１０３２はノンドープのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓで構成され、Ｗｅｌｌ層１０３０はノンドープのＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓで構成される。また、エミッタ層１０１０はｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ、エミッタコンタクト層１０１２はｎ型ＧａＡｓ層で構成される。
【００７６】
なお、上記半導体層に加え、電極形成の際にコレクタコンタクト層１００２やベース層１００６を露出させるためのエッチング停止層として、例えばｎ型またはｐ型のＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ等を加えてもよい。他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７７】
＜３端子発光素子の動作＞
次に、本発明の第２の実施の形態における３端子発光素子の動作について、図１６のエネルギーバンド図を参照して説明する。図１６は、第２の実施の形態における３端子発光素子のエミッタ層１０１０とＭＱＷ層１００８との接合（以下、Ｊ３とする）に順方向バイアスを印加し、ベース層１００６とコレクタ層１００４層との接合（以下、Ｊ４とする）に逆方向バイアスを印加した場合のエネルギーバンドを示す図である。
【００７８】
図１６（Ａ）は、接合Ｊ３においてエミッタ層１０１０からＭＱＷ層１００８に電子が拡散できる状態までバイアスを印加した場合エネルギーバンド図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）からさらにバイアスを印加したトランジスタ動作時のエネルギーバンド図である。
【００７９】
図１６（Ａ）に示す状態では、エミッタ層１０１０からＭＱＷ層１００８に電子が拡散するが、ベース層１００６のエネルギーバンドギャップがバリア層１０３２のエネルギーバンドギャップよりも大きいため、ベース層１００６が電子に対する障壁となりＭＱＷ層１００８に電子が閉じ込められる。
【００８０】
ここで、経験上、ベース層１００６とバリア層１０３２のエネルギーバンドギャップの差が０．１ｅＶ以上あれば、電子をＭＱＷ層１００８に閉じ込め、高効率に再結合（発光）させることができることが分かっている。このエネルギーバンドギャップの差の値（０．１ｅＶ）は、実施の形態１で説明した０．２５ｅＶより小さいが、これはＭＱＷ層１００８が高い閉じ込め効果を有しているためである。
【００８１】
しかしながら、図１６（Ａ）に示した状態では、電子が接合Ｊ４に到達しないため、トランジスタとして動作しない。
【００８２】
一方、さらにバイアスを印加した図１６（Ｂ）に示す状態では、ＭＱＷ層１００８に閉じ込められた電子の一部がベース層１００６を拡散し、接合Ｊ４に到達する。接合Ｊ４に到達した電子は、接合Ｊ４に印加されている逆方向バイアスによって、コレクタに移動（ドリフト）するため、エミッタ層１０１０からコレクタ層１００４に電子が移動し、これにより電流が流れる。すなわち、トランジスタとして動作する。
【００８３】
この状態においても、エミッタ層１０１０のエネルギーバンドギャップがベース層１００６のエネルギーバンドギャップよりも０．１ｅＶ以上大きいため、接合Ｊ３において価電子帯の最高エネルギー準位Ｅｖがフラットにならず、正孔がエミッタ側へ拡散せずにＭＱＷ層１００８に閉じ込められる。
【００８４】
このように、トランジスタ動作時に、電子および正孔の大部分をＭＱＷ層１００８に閉じ込めることができるため、電子と正孔とを効率よく再結合させることで効率よく発光させつつ、トランジスタ動作を実現することができる。
【００８５】
＜第２の実施の形態の効果＞
以上のように、本発明の第２の実施の形態の３端子発光素子によれは、ベース層１００６のエネルギーバンドギャップを、ＭＱＷ層１００８のバリア層１０３２のエネルギーバンドギャップよりも大きくし、かつエミッタ層１０１０のエネルギーバンドギャップを、ベース層１００６のエネルギーバンドギャップよりも大きくすることによって、ＭＱＷ層１００８における電子と正孔の閉じ込め効率を向上し、発光効率を高めることができる。
【００８６】
特に、ベース層１００６のエネルギーバンドギャップとバリア層１０３２のエネルギーバンドギャップとの差を０．１ｅＶ以上とし、かつエミッタ層１０１０のエネルギーバンドギャップとベース層１００６のエネルギーバンドギャップとの差を０．１ｅＶ以上とすることによって、トランジスタ動作時に電子と正孔をＭＱＷ層１００８に閉じ込め、効率よく再結合させることによって、より高い発光効率を実現することができる。
【００８７】
上述した第１および第２の実施の形態における３端子発光素子は、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置、複合機（ＭＦＰ）等の画像形成装置のプリントヘッドとして用いることができ、また、２次元的に配列することによりディスプレイとして用いることもできる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  ３端子発光素子、  １００  半導体層構造、  １０２  コレクタコンタクト層、  １０４  コレクタ層、  １０６  ベース層、  １０８  活性層、  １１０  エミッタ層、  １１２  エミッタコンタクト層、  １２０  コレクタ電極、  １２２  ベース電極、  １２４  エミッタ電極、  ２０２  成長基板、  ２０４  バッファ層、  ２０６  犠牲層、  ３００  ３端子発光素子アレイ、  ３０２  基板、  ３０４  平坦化層、  ４００  ３端子発光素子アレイ、  ４０１  駆動素子群、  ４０２  基板、  ６００  プリントヘッド、  ６０２  プリント配線板（基板）、  ６０３  ドライバＩＣ（駆動回路）、  ７００  プリンタ（画像形成装置）、  ７０１Ｙ，７０１Ｍ，７０１Ｃ，７０１Ｋ  プロセスユニット、  ７０２  感光体ドラム（像担持体）、  ７０５  現像装置、  ７１２  転写部材、  ８００  ディスプレイ（画像形成装置）、  １０００  半導体層構造、  １００２  コレクタコンタクト層、  １００４  コレクタ層、  １００６  ベース層、  １００８  ＭＱＷ層（多重量子井戸層）、  １０１０  エミッタ層、  １０１２  エミッタコンタクト層、  １０２０  コレクタ電極、  １０２２  ベース電極、  １０２４  エミッタ電極、  １０３０  ＷＥＬＬ層（井戸層）、  １０３２  バリア層。
【図１】
2013211355.tif 000003
【図２】
2013211355.tif 000004
【図３】
2013211355.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013211355.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013211355.tif 000009
【図８】
2013211355.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013211355.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2013211355.tif 000016
【図１５】
2013211355.tif 000017
【図１６】
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