JP2019046886A - 半導体発光素子、半導体複合装置、光プリントヘッド、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持電流を低減させることができる半導体発光素子及び装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０は、ｎ型の第１半導体層１１と、ｐ型の第２半導体層１２と、ｎ型の第３半導体層１３と、ｐ型の第４半導体層１４とを備え、第３半導体層が、第１半導体層に向かう方向に移動する第３半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する第１の構造及び第２半導体層が、第４半導体層に向かう方向に移動する第２半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第４半導体層に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する第２の構造の内の少なくとも一方を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子及びその駆動回路を含む半導体複合装置、半導体複合装置を含む光プリントヘッド、及び光プリントヘッドを含む画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する画像形成装置における露光手段として、半導体複合装置である発光素子アレイを備えた光プリントヘッドが使用されている。また、発光素子アレイに含まれる半導体発光素子として、３端子発光素子である発光サイリスタが使用されている。発光サイリスタとしては、ＡｌＧａＡｓ系半導体層のｐｎｐｎ構造を持つものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、一般的な発光サイリスタのアノード・カソード間の電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。図１において、Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３（Ｖｇ３＜Ｖｇ２＜Ｖｇ１）は、ゲート電位である。図１に示されるように、発光サイリスタのターンオン電圧は、ゲート電位によって制御される。ゲート層がｎ型である発光サイリスタでは、ゲート電位を下げることによって、ターンオン電圧が低下する。また、保持電流Ｉｈは、発光サイリスタが動作（発光）する下限電流を示し、保持電流Ｉｈが小さいほど、小さい電流領域で発光サイリスタを発光させることができる。

特開２００９−２６０２４６号公報

しかしながら、従来の発光サイリスタでは、アノード層から注入されカソード層に向かって移動する少数キャリアのｎ型ゲート層における再結合が発生するので、保持電流の低減が困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、保持電流を低減させることができる半導体発光素子、半導体発光素子及びその駆動回路を含む半導体複合装置、半導体複合装置を含む光プリントヘッド、及び光プリントヘッドを含む画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る半導体発光素子は、第１端子と、第２端子と、前記第１端子と前記第２端子との間の導通を制御する信号が入力される第３端子とを備えた半導体発光素子であって、前記第１端子を含む第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に備えられた第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層上に備えられ、前記第３端子を含む第１導電型の第３半導体層と、前記第３半導体層上に備えられ、前記第２端子を含む第２導電型の第４半導体層と、を備え、前記第３半導体層が、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向に移動する前記第３半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する構造である第１の構造、及び、前記第２半導体層が、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向に移動する前記第２半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する構造である第２の構造、の内の少なくとも一方の構造を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第３半導体層が、第４半導体層から第１半導体層に向かって移動する第３半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、不純物濃度の変化、若しくはバンドギャップの変化、若しくは不純物濃度とバンドギャップの変化を有するので、又は、第２半導体層が、第１半導体層から第４半導体層に向かって移動する第２半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、不純物濃度の変化、若しくはバンドギャップの変化、若しくは不純物濃度とバンドギャップの変化を有するので、第３半導体層及び第２半導体層において少数キャリアが再結合する確率を下げることができる。このため、保持電流を下げることが可能となり、小さい電流領域で半導体発光素子を発光させることが可能になる。

発光サイリスタのアノード・カソード間の電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子（発光サイリスタ）を含む半導体複合装置としての発光素子アレイの構造を示す概略平面図である。 図２の半導体複合装置を３Ａ−３Ｂ−３Ｃ線で切る断面構造を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体発光素子の不純物濃度を示す図である。 実施の形態１に係る半導体発光素子の製造プロセス（成長基板上における半導体薄膜の形成）を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体発光素子の製造プロセス（半導体薄膜の成長基板からの分離）を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る半導体発光素子の製造プロセス（半導体薄膜の基板上への貼着）を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子（発光サイリスタ）を含む半導体複合装置としての発光素子アレイの構造を示す概略平面図である。 図８の半導体複合装置を９Ａ−９Ｂ−９Ｃ線で切る断面構造を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子（発光サイリスタ）を含む半導体複合装置としての発光素子アレイの構造を示す概略平面図である。 図１０の半導体複合装置を１１Ａ−１１Ｂ−１１Ｃ線で切る断面構造を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態４に係る光プリントヘッドの半導体複合装置の構造を示す概略斜視図である。 実施の形態４に係る光プリントヘッドの構造を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態５に係る画像形成装置の構造を示す概略断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子、半導体複合装置、光プリントヘッド、及び画像形成装置を、添付図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

実施の形態において、半導体発光素子は、３端子発光素子としての発光サイリスタである。また、実施の形態において、半導体複合装置は、１つ以上の半導体発光素子と、半導体発光素子を駆動させる駆動回路としての半導体集積回路部（駆動ＩＣ部）とを含む装置である。また、実施の形態において、光プリントヘッドは、１つ以上の半導体複合装置を有する露光装置である。また、実施の形態において、画像形成装置は、露光装置としての光プリントヘッドを有し、電子写真方式によって記録媒体上に現像剤からなる画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、多機能周辺装置（ＭＰＦ）などである。

《１》実施の形態１
《１−１》発光素子アレイ１００
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子（発光サイリスタ）１０を含む半導体複合装置としての発光素子アレイ（発光サイリスタアレイ）１００の構造を示す概略平面図である。なお、図２においては、発光素子アレイ１００の構造を理解し易くするために、絶縁膜１３５（図３に示される）を記載していない。

図２に示されるように、発光素子アレイ１００は、例えば、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）基板上に搭載された基板としての半導体基板１２０と、半導体基板１２０上に形成された平坦化層１２１とを備えている。また、発光素子アレイ１００は、複数の半導体発光素子（発光サイリスタ）１０と、半導体発光素子１０を駆動する駆動回路（半導体集積回路）を含む駆動ＩＣ部とを備えている。平坦化層１２１は、無機膜又は有機膜などから構成される。また、平坦化層１２１を備えずに、半導体基板１２０上に発光素子アレイ１００を備えることも可能である。実施の形態１においては、駆動ＩＣ部は、半導体基板１２０内に形成されている。また、半導体基板１２０の表面には、平坦化処理が施された平坦化層１２１が備えられている。この場合、図２に示されるように、複数の半導体発光素子１０は、平坦化層１２１上に、例えば、直線状に等間隔で配列される。なお、駆動ＩＣ部は、半導体基板１２０上又はＣＯＢ基板上に、集積回路チップとして備えられてもよい。また、発光素子アレイ１００が搭載される光プリントヘッド（発光サイリスタアレイヘッド）は、実施の形態４において説明される。

半導体発光素子１０は、例えば、製造用基板としての成長基板上で形成される。半導体発光素子１０（例えば、エピタキシャル成長によって形成された半導体積層構造を持つ半導体薄膜としてのエピタキシャルフィルム）を成長基板から剥がし、その後、半導体発光素子１０を平坦化層１２１の表面の平坦化領域１２２上に貼り付ける。半導体発光素子１０は、分子間力などによって平坦化領域１２２に貼着される。なお、図２の構造は、本発明が適応可能な発光素子アレイ１００の一例を示すにすぎず、発光素子アレイの構造は、図２のものに限定されない。

《１−２》半導体発光素子１０
図３は、実施の形態１に係る半導体発光素子１０の構造を示す概略断面図である。図３には、図２を３Ａ−３Ｂ−３Ｃ線で切る断面構造が示されている。半導体発光素子１０は、例えば、第１端子としてのカソード端子と、第２端子としてのアノード端子と、アノード端子とカソード端子と間の導通を制御する信号が入力される第３端子としてのゲート端子とを有する３端子発光素子としての発光サイリスタである。

図３に示されるように、半導体発光素子１０は、半導体基板１２０上に備えられた平坦化層１２１上に、カソード端子を含む第１導電型であるｎ型の第１半導体層１１と、第１半導体層１１上に備えられた第１導電型と異なる第２導電型であるｐ型の第２半導体層１２と、第２半導体層１２上に備えられ、ゲート端子を含むｎ型の第３半導体層１３と、第３半導体層１３上に備えられ、アノード端子を含むｐ型の第４半導体層１４とを備えている。実施の形態１においては、半導体発光素子１０は、第３半導体層１３が、第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向に移動する第３半導体層１３内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向の不純物濃度の変化（不純物濃度差）を有する構造である第１の構造を備える。
また、半導体発光素子１０は、第２半導体層１２が、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向の不純物濃度の変化（不純物濃度差）を有する構造である第２の構造を備えてもよい。具体的に言えば、ｐ型の第２半導体層１２を第１層と第２層からなる２層の半導体層で形成し、第１半導体層１１側の第１層の不純物濃度と比較して第３半導体層１３側の第２層の不純物濃度を下げることで、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第２半導体層１２を構成してもよい。或いは、第２半導体層１２の内部で、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に、第２半導体層１２内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第２半導体層１２内の不純物濃度を連続的に変化させてもよい。
また、半導体発光素子１０は、上記第１の構造及び上記第２の構造の一方だけを備えてもよい。

ｎ型の第１半導体層１１は、平坦化層１２１上に備えられたｎ型のカソード層１０１と、カソード層１０１上に備えられたｎ型の下クラッド層（第１クラッド層）１０２と、下クラッド層１０２上に備えられたｎ型の活性層１０３とを有している。

ｐ型の第２半導体層１２は、ｎ型の活性層１０３上に備えられたｐ型の上クラッド層（第２クラッド層）１０４を有している。

ｎ型の第３半導体層１３は、ｐ型の上クラッド層１０４上に備えられたｎ型のゲート層１０５ｃと、ゲート層１０５ｃ上に備えられたｎ型のゲートコンタクト層１０５ｂと、ゲートコンタクト層１０５ｂ上に備えられたｎ型のエッチングストップ層１０５ａとを有している。

ｐ型の第４半導体層１４は、ｎ型のエッチングストップ層１０５ａ上に備えられたｐ型のアノード層１０６を有している。

実施の形態１に係る半導体発光素子１０は、ゲート層１０５ｃの不純物濃度ＩＭ１０５ｃは、ゲートコンタクト層１０５ｂの不純物濃度ＩＭ１０５ｂより低くなるように形成されている。すなわち、ＩＭ１０５ｂ＞ＩＭ１０５ｃである。

図４は、半導体発光素子１０を構成する多層の半導体層の不純物濃度を示す図である。図４の例では、アノード層１０６の不純物濃度ＩＭ１０６が約５×１０^１８ｃｍ^−３であり、エッチングストップ層１０５ａの不純物濃度ＩＭ１０５ａが約２×１０^１８ｃｍ^−３であり、ゲートコンタクト層１０５ｂの不純物濃度ＩＭ１０５ｂが約１×１０^１８ｃｍ^−３であり、ゲート層１０５ｃの不純物濃度ＩＭ１０５ｃが約１×１０^１７ｃｍ^−３であり、上クラッド層１０４の不純物濃度ＩＭ１０４が約２×１０^１７ｃｍ^−３である。図４に示されるように、半導体発光素子１０は、
ＩＭ１０６＞ＩＭ１０５ａ＞ＩＭ１０５ｂ＞ＩＭ１０４＞ＩＭ１０５ｃ
の条件を満たすように構成されていることが望ましい。

半導体発光素子１０を構成する半導体材料としては、例えば、ＩｎＰ（インジウム・リン）系半導体材料、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウム・ガリウム・ヒ素）系半導体材料、ＡｌＩｎＧａＰ（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）系半導体材料等を使用することができる。

以下に、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料を用いた場合の各半導体層の構成を具体的に説明する。

カソード層１０１は、例えば、ｎ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ層であり、下クラッド層１０２は、例えば、ｎ型Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層であり、活性層１０３は、例えば、ｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層である。また、上クラッド層１０４は、例えば、ｐ型Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層である。また、ゲート層１０５ｃ及びゲートコンタクト層１０５ｂは、例えば、ｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層であり、エッチングストップ層１０５ａは、例えば、ｎ型Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ層である。また、アノード層１０６は、例えば、ｐ型Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層である。

図２及び図３に示されるカソード電極９１及びゲート電極９２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓとオーミックコンタクトを形成することができる材料であるＡｕ（金）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）等の金属、それらの合金、それら金属若しくは合金の積層構造、それら金属と合金との積層構造である。アノード電極９３は、ｐ型ＡｌＧａＡｓとオーミックコンタクトを形成することができるＴｉ（チタン）、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ（ニッケル）、Ｚｎ（亜鉛）等の金属、それらの合金、それら金属若しくは合金の積層構造、それら金属と合金との積層構造である。

絶縁膜１３５は、ＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）若しくはＳｉＯ_２膜（酸化シリコン膜）等の無機絶縁膜、又は、ポリイミド等の有機絶縁膜である。

《１−３》半導体発光素子１０の製造プロセス
図５は、実施の形態１に係る半導体発光素子１０の製造プロセス（成長基板１５０上における半導体層薄膜１０ａの形成）を示す概略断面図である。図６は、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造プロセス（半導体層薄膜１０ａの成長基板１５０からの分離）を示す概略断面図である。

図５に示されるように、先ず、ＧａＡｓからなる成長基板１５０上に、多層の半導体層からなる半導体層薄膜１０ａをエピタキシャル成長させるためのＧａＡｓからなるバッファー層１５１を形成する。次に、半導体発光素子１０の元になる構造である半導体層薄膜１０ａを成長基板１５０から剥離するためのエッチング層となるＡｌＡｓ（アルミニウム・ヒ素）からなる剥離層１５２を形成する。次に、剥離層１５２上に、ｎ型のカソード層１０１、ｎ型の下クラッド層１０２、ｎ型の活性層１０３、ｐ型の上クラッド層１０４、ｎ型のゲート層１０５ｃ、ｎ型のゲートコンタクト層１０５ｂ、ｎ型のＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層１０５ａ、及びｐ型のアノード層１０６を、この順に成長させることで、半導体層薄膜１０ａが形成される。

次に、図６に示されるように、剥離層１５２を選択的にエッチングすることで、半導体層薄膜１０ａを成長基板１５０から分離（剥離）可能な状態にし、半導体層薄膜１０ａを保持した状態で、半導体層薄膜１０ａを成長基板１５０から分離する。

図７は、実施の形態１に係る半導体発光素子の製造プロセス（半導体層薄膜１０ａの半導体基板１２０上への貼着）を示す概略断面図である。図７は、成長基板１５０及びバッファー層１５１から剥離した半導体層薄膜１０ａを、成長基板１５０とは異なる半導体基板１２０の平坦化層１２１上に貼着した状態を示している。

実施の形態１においては、半導体層薄膜１０ａ（半導体発光素子１０の主要部）を平坦化層１２１に貼着した場合を例示したが、半導体層薄膜１０ａを貼着する基板は、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、又は金属基板等のような他の材料からなる基板であってもよい。また、成長基板１５０を、そのまま基板として使用することも可能であり、この場合には、剥離層１５２は不要である。

半導体層薄膜１０ａを平坦化領域１２２上に接合した後、公知のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を実施することにより、図２及び図３に示されるように、個別の素子に分離し、個別の素子構造が形成される。なお、ＡｌＧａＡｓ材料のエッチングには、例えば、リン酸、過酸化水素水、及び水の混合液などを用いることができ、ＩｎＧａＡｓからなるエッチングストップ層１０５ａの除去工程では塩酸を用いることができる。また、絶縁膜１３５を形成し、絶縁膜１３５を部分的に除去することによってカソード層１０１、ゲートコンタクト層１０５ｂ、及びアノード層１０６を露出させる。

次に、カソード層１０１の露出部分（カソード端子）上に、カソード電極９１を形成し、ゲートコンタクト層１０５ｂの露出部分（ゲート端子）上に、ゲート電極９２を形成し、アノード層１０６の露出部分にアノード電極９３を形成する。

次に、駆動ＩＣ部上に設けられたアノード接続パッド１３１、ゲート接続パッド１３２、カソード接続パッド１３３、カソード電極９１とカソード接続パッド１３３とを電気的に接続するカソード接続配線９１ａを形成することにより半導体複合装置１００が作製される。

実施の形態１において、図１に示されるアノード接続パッド１３１、ゲート接続パッド１３２、カソード接続パッド１３３、外部接続パッド１３４は、事前に駆動ＩＣ部上に形成されているものである。また、アノード電極９３及びゲート電極９２（その配線部分９２ａ）は、それぞれアノード接続パッド１３１、ゲート接続パッド１３２への接続配線を兼ねるものである。

《１−４》動作
ｎ型の第３半導体層１３を、ｎ型のエッチングストップ層１０５ａと、ｎ型のゲートコンタクト層１０５ｂと、ｎ型のゲート層１０５ｃとからなる３層の積層構造とし、エッチングストップ層１０５ａの不純物濃度ＩＭ１０５ａとゲートコンタクト層１０５ｂの不純物濃度ＩＭ１０５ｂとゲート層１０５ｃの不純物濃度ＩＭ１０５ｃとが、
ＩＭ１０５ａ＞ＩＭ１０５ｂ＞ＩＭ１０５ｃ
の条件を満たす構造を採用したことで、ｎ型の第３半導体層１３内にゲートコンタクト層１０５ｂからｐ型の上クラッド層１０４に向けてｎ型の第３半導体層１３内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成される。このため、ｎ型の第３半導体層１３内の少数キャリアのｎ型の第３半導体層１３内における再結合確率が低下するので、半導体発光素子１０の保持電流を小さくすることができる。

また、実施の形態１では、不純物濃度ＩＭ１０５ｃが低いゲート層１０５ｃが備えられているので、ゲートコンタクト層１０５ｂの厚さが薄くなっている。このため、エッチング工程において、ゲートコンタクト層１０５ｂを適切に露出させることが難しい。しかし、ゲートコンタクト層１０５ｂ上にエッチングストップ層１０５ａが備えられているので、ゲートコンタクト層１０５ｂの過度のエッチングが回避される。このため、ゲートコンタクト層１０５ｂを、確実に露出させることが可能となる。

《１−５》効果
以上に説明したように、実施の形態１に係る半導体発光素子１０及び半導体複合装置１００によれば、ゲートコンタクト層１０５ｂの不純物濃度にＩＭ１０５ｂとゲート層１０５ｃの不純物濃度ＩＭ１０５ｃが、ＩＭ１０５ｂ＞ＩＭ１０５ｃを満たすように構成したので、ゲート層１０５ｃ内に少数キャリアを加速させる内部電界が発生し、ゲート層１０５ｃ内での少数キャリアの再結合を減らすことができる。また、ゲートコンタクト層１０５ｂ上にエッチングストップ層１０５ａを備えたので、ゲート層１０５ｃを設けることで薄くなったゲートコンタクト層１０５ｂの表面でエッチングを精度よく止めることが可能であり、ゲートコンタクト層１０５ｂ及びゲート層１０５ｃを厚くする必要がないので、少数キャリアの再結合を減らすことができる。このため、半導体発光素子１０の保持電流を下げることが可能となる。
また、第２半導体層１２（すなわち、ｐ型の上クラッド層１０４）を、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向の不純物濃度の変化（不純物濃度差）を有するように構成した場合には、第２半導体層１２内での少数キャリアの再結合を減らすことができる。このため、半導体発光素子１０の保持電流をより一層下げることが可能となる。

《２》実施の形態２
《２−１》構成
図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子（発光サイリスタ）２０を含む半導体複合装置としての発光素子アレイ（発光サイリスタアレイ）２００の構造を示す概略平面図である。図８において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。なお、図８においては、発光素子アレイ２００の構造を理解し易くするために、絶縁膜１３５（図９に示される）を記載していない。

図９は、実施の形態２に係る半導体発光素子２０の構造を示す概略断面図である。図９には、図８を９Ａ−９Ｂ−９Ｃ線で切る断面構造が示されている。図９において、図３に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図３に示される符号と同じ符号が付される。半導体発光素子２０は、例えば、第１端子としてのカソード端子と、第２端子としてのアノード端子と、アノード端子とカソード端子と間の導通を制御する信号が入力される第３端子としてのゲート端子とを有する３端子発光素子としての発光サイリスタである。

実施の形態２に係る半導体発光素子２０は、第１端子を含むｎ型の第１半導体層１１と、第１半導体層１１上に備えられたｐ型の第２半導体層１２と、第２半導体層１２上に備えられ、第３端子を含むｎ型の第３半導体層２３と、第３半導体層２３上に備えられ、第２端子を含むｐ型の第４半導体層２４とを備えている。実施の形態２に係る半導体発光素子２０は、第３半導体層２３が、第４半導体層２４から第１半導体層１１に向かう方向に移動する第３半導体層２３内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第４半導体層２４から第１半導体層１１に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する構造である第１の構造を備える。
また、半導体発光素子２０は、第２半導体層１２が、第１半導体層１１から第４半導体層２４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１から第４半導体層２４に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する構造である第２の構造を備えてもよい。例えば、ｐ型の第２半導体層１２を第１層と第２層からなる２層の半導体層で形成し、第１半導体層１１側の第１層の不純物濃度及びバンドギャップと比較して第３半導体層２３側の第２層の不純物濃度及びバンドギャップを下げることで、第１半導体層１１から第４半導体層２４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第２半導体層１２を構成してもよい。或いは、第２半導体層１２の内部で、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に、第２半導体層１２内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第２半導体層１２内の不純物濃度及びバンドギャップを連続的に変化させてもよい。
また、半導体発光素子２０は、上記第１の構造及び上記第２の構造の一方だけを備えてもよい。

具体的には、実施の形態２に係る半導体発光素子２０は、ｎ型の第３半導体層２３が、ゲートコンタクト層２０５ａとゲート層２０５ｂとの２層半導体層（例えば、ＡｌＧａＡｓ層）からなり、ｐ型の第４半導体層２４が、ゲートコンタクト層１０５ｂ上に備えられたｐ型のエッチングストップ層２０６とその上に備えられたアノード層１０６とからなる点が、実施の形態１に係る半導体発光素子１０と異なる。

また、実施の形態２に係る半導体発光素子２０は、エッチングストップ層２０６の不純物濃度ＩＭ２０６と、ゲートコンタクト層２０５ａの不純物濃度ＩＭ２０５ａと、ゲート層２０５ｂの不純物濃度ＩＭ２０５ｂとが、
ＩＭ２０６＞ＩＭ２０５ａ＞ＩＭ２０５ｂ
の条件を満たすように、構成されている。さらに、実施の形態２に係る半導体発光素子２０は、エッチングストップ層２０６の構成材料のバンドギャップＢＧ２０６とゲートコンタクト層２０５ａの構成材料のバンドギャップＢＧ２０５ａとが
ＢＧ２０６＞ＢＧ２０５ａ
の条件を満たすように、構成されている。

実施の形態２に係る半導体発光素子２０をＡｌＧａＡｓ系材料で形成した場合には、ゲートコンタクト層２０５ａ及びゲート層２０５ｂは、例えば、ｎ型のＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層であり、エッチングストップ層２０６は、例えば、ｐ型のＩｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ層である。

《２−２》動作
実施の形態２では、ゲートコンタクト層２０５ａの不純物濃度とゲート層２０５ｂの不純物濃度とを、ＩＭ２０５ａ＞ＩＭ２０５ｂとすることで、ゲート層内にゲートコンタクト層から上クラッド層に向けて少数キャリアを加速させる内部電界が形成される。

さらに、エッチングストップ層２０６のバンドギャップＢＧ２０６がゲートコンタクト層２０５ａのバンドギャップＢＧ２０５ａより大きいことで、アノード・ゲート間でのキャリア注入効率を上げることができる。

《２−３》効果
以上に説明したように、実施の形態２に係る半導体発光素子２０及び半導体複合装置２００によれば、ゲートコンタクト層２０５ａの不純物濃度ＩＭ２０５ａとゲート層２０５ｂの不純物濃度ＩＭ２０５ｂが、ＩＭ２０５ａ＞ＩＭ２０５ｂを満たすように構成したので、ゲート層内に少数キャリアを加速させる内部電界が発生し、ゲート層１０５ｃ内での少数キャリアの再結合を減らすことができる。また、エッチングストップ層２０６の構成材料のバンドギャップＢＧ２０６とゲートコンタクト層２０５ａの構成材料のバンドギャップＢＧ２０５ａが、ＢＧ２０６＞ＢＧ２０５ａを満たすように構成したので、アノード・ゲート間でのキャリア注入効率をあげることができる。このため、実施の形態２に係る半導体発光素子２０及び半導体複合装置２００によれば、実施の形態１に係る半導体発光素子１０及び半導体複合装置１００の場合よりも、保持電流を一層下げることができる。
また、第２半導体層１２（すなわち、ｐ型の上クラッド層１０４）を、第１半導体層１１から第４半導体層２４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１から第４半導体層２４に向かう方向の不純物濃度の変化又はバンドギャップの変化を有するように構成した場合には、第２半導体層１２内での少数キャリアの再結合を減らすことができる。このため、半導体発光素子２０の保持電流をより一層下げることが可能となる。

《３》実施の形態３
《３−１》構成
図１０は、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子（発光サイリスタ）３０を含む半導体複合装置としての発光素子アレイ（発光サイリスタアレイ）３００の構造を示す概略平面図である。なお、図１０においては、発光素子アレイ３００の構造を理解し易くするために、絶縁膜１３５（図１１に示される）を記載していない。図１０において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。

図１１は、実施の形態３に係る半導体発光素子３０の構造を示す概略断面図である。図１１には、図１０を１１Ａ−１１Ｂ−１１Ｃ線で切る断面構造が示されている。図１１において、図３に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図３に示される符号と同じ符号が付される。半導体発光素子３０は、例えば、第１端子としてのカソード端子と、第２端子としてのアノード端子と、アノード端子とカソード端子と間の導通を制御する信号が入力される第３端子としてのゲート端子とを有する３端子発光素子としての発光サイリスタである。

実施の形態３に係る半導体発光素子３０は、第１端子を含むｎ型の第１半導体層１１と、第１半導体層１１上に備えられたｐ型の第２半導体層１２と、第２半導体層１２上に備えられ、第３端子を含むｎ型の第３半導体層３３と、第３半導体層３３上に備えられ、第２端子を含むｐ型の第４半導体層１４とを備えている。実施の形態３に係る半導体発光素子３０は、第３半導体層３３が、第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向に移動する第３半導体層３３内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向のバンドギャップの変化（バンドギャップ差）を有する構造である第１の構造を備える。
また、半導体発光素子３０は、第２半導体層１２が、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向のバンドギャップの変化を有する構造である第２の構造を備えてもよい。具体的に言えば、ｐ型の第２半導体層１２を第１層と第２層からなる２層の半導体層で形成し、第１半導体層１１側の第１層のバンドギャップと比較して第３半導体層１３側の第２層のバンドギャップを下げることで、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第２半導体層１２を構成してもよい。或いは、第２半導体層１２の内部で、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に、第２半導体層１２内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第２半導体層１２内のバンドギャップを連続的に変化させてもよい。
また、半導体発光素子３０は、上記第１の構造及び上記第２の構造の一方だけを備えてもよい。

具体的には、実施の形態３に係る半導体発光素子３０は、ｎ型の第３半導体層３３が、ｎ型のゲートコンタクト層３０５ａとｎ型のゲート層３０５ｂとの２層の半導体層からなり、ゲートコンタクト層３０５ａのバンドギャップＢＧ３０５ａとゲート層３０５ｂのバンドギャップＢＧ３０５ｂとが異なり、さらに、アノード層１０６のバンドギャップＢＧ１０６と、ゲートコンタクト層３０５ａのバンドギャップＢＧ３０５ａと、ゲート層３０５ｂのバンドギャップＢＧ３０５ｂと、活性層１０３のバンドギャップＢＧ１０３とが、
ＢＧ１０６＞ＢＧ３０５ａ＞ＢＧ３０５ｂ≧ＢＧ１０３
の条件を満たす点が、実施の形態１及び２に係る半導体発光素子１０及び２０と異なる。

実施の形態３に係る半導体発光素子３０がＡｌＧａＡｓ系材料で構成された場合には、ゲートコンタクト層３０５ａは、例えば、ｎ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ層であり、ゲート層３０５ｂは、例えば、ｎ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層である。

《３−２》動作
実施の形態３では、ゲートコンタクト層３０５ａのバンドギャップＢＧ３０５ａとゲート層３０５ｂのバンドギャップＢＧ３０５ｂを、ＢＧ３０５ａ＞ＢＧ３０５ｂとすることで、ｎ型の第３半導体層３３内にゲートコンタクト層３０５ａから上クラッド層１０４に向けて少数キャリアを加速させる内部電界が形成されることで、アノード・ゲート間でのキャリア再結合が抑制される。また、ゲートコンタクト層３０５ａのバンドギャップＢＧ３０５ａを活性層１０３のバンドギャップＢＧ１０３より大きくすることで、実施の形態１及び２と同等の効果を得つつ、ゲート層３０５ｂでの光の吸収を抑えられるので、光取り出し効率が向上する。

《３−３》効果
以上に説明したように、実施の形態３に係る半導体発光素子３０及び半導体複合装置３００においては、活性層１０３の上下に導電型の異なる下クラッド層１０２及び上クラッド層１０４を設け、ｎ型の下クラッド層１０２に導通するカソード層１０１を設け、ｐ型の上クラッド層１０４の上方にｎ型のゲート層３０５ｂを設けている。さらに、ゲート層３０５ｂが上クラッド層１０４と接する側から順に、ゲート層３０５ｂ、ゲートコンタクト層３０５ａが積層され、ゲートコンタクト層３０５ａの上方にｐ型のアノード層１０６が設けられている。さらに、ゲートコンタクト層３０５ａの構成材料のバンドギャップＢＧ３０５ａとゲート層３０５ｂの構成材料のバンドギャップＢＧ３０５ｂが、
ＢＧ３０５ａ＞ＢＧ３０５ｂ
の条件を満たす構成としたので、ゲート層３０５ｂ内に少数キャリアを加速させる内部電界が発生し、保持電流を下げる効果が得られる。また、ゲートコンタクト層３０５ａのバンドギャップＢＧ３０５ａと活性層１０３のバンドギャップＢＧ１０３とが、
ＢＧ３０５ａ＞ＢＧ１０３
を満たす構成としたので、ゲート層３０５ｂでの光吸収を抑えられ、光取り出しを向上させることができる。
また、第２半導体層１２（すなわち、ｐ型の上クラッド層１０４）を、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に移動する第２半導体層１２内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向のバンドギャップの変化を有するように構成した場合には、第２半導体層１２内での少数キャリアの再結合を減らすことができる。このため、半導体発光素子３０の保持電流をより一層下げることが可能となる。

《４》実施の形態４
図１２は、実施の形態４に係る光プリントヘッドの基板ユニット５００の構造を示す概略斜視図である。図１２に示されるように、基板ユニット５００は、プリント配線板５０１と、アレイ状に配置された複数の半導体複合装置１００とを有する。複数の半導体複合装置１００は、プリント配線板５０１上に熱硬化樹脂等により固定されている。半導体複合装置１００の外部接続パッド１３４とプリント配線板５０１の接続パッド５０２との間は、ボンディングワイヤ５０３により電気的に接続されている。また、プリント配線板５０１には、各種配線パターン、電子部品、コネクタ等が搭載されてもよい。また、半導体複合装置１００は、実施の形態２又は３で説明した半導体複合装置２００又は３００であってもよい。

図１３は、実施の形態４に係る基板ユニット５００を搭載した光プリントヘッド６００の構造を示す概略断面図である。光プリントヘッド６００は、電子写真方式の画像形成装置としての電子写真プリンタの露光装置である。図１３に示されるように、光プリントヘッド６００は、ベース部材６０１と、ＣＯＢ基板としての実装基板であるプリント配線板５０１と、発光素子アレイチップとしての半導体複合装置１００（又は２００又は３００）と、複数の正立等倍結像レンズを含むレンズアレイ６０４と、レンズホルダ６０５と、バネ部材であるクランパ６０６とを備えている。ベース部材６０１は、プリント配線板５０１を固定するための部材であり、その側面には、クランパ６０６を用いて、プリント配線板５０１、及び、レンズホルダ６０５をベース部材６０１に固定するための開口部６０２が設けられている。レンズホルダ６０５は、例えば、有機高分子材料などを射出成形することによって形成される。レンズアレイ６０４は、半導体複合装置１００（又は２００又は３００）から出射された光を像担持体としての感光体ドラム上に結像させる光学レンズ群である。レンズホルダ６０５は、レンズアレイ６０４をベース部材６０１の所定の位置に保持する。クランパ６０６は、ベース部材６０１の開口部６０２及びレンズホルダ６０５の開口部を介して、各構成部分を挟み付けて保持する。

光プリントヘッド６００では、印刷データに応じて、半導体複合装置１００の半導体発光素子１０が選択的に発光し、その光がレンズアレイ６０４により一様帯電している感光体ドラム上で結像される。これにより、感光体ドラムに静電潜像が形成され、その後、現像工程、転写工程、定着工程を経て、印刷媒体（用紙）上に現像剤からなる画像が形成（印刷）される。

以上に説明したように、実施の形態４に係る光プリントヘッド６００によれば、小さい電流領域で発光可能な半導体発光素子１０，２０，又は３０を備えた半導体複合装置１００，２００，又は３００が使用される。このように、保持電流が小さい半導体発光素子１０，２０，又は３０を用いた場合には、低い電流領域から高い電流領域までの広い電流範囲で半導体発光素子１０，２０，又は３０を駆動させることができるので、半導体発光素子１０，２０，又は３０による照射光量の調整がし易くなり、その結果、印字品質の向上（例えば、高品質な階調表現の印刷）が可能になる。

《５》実施の形態５
《５−１》構成
図１４は、本発明の実施の形態５に係る画像形成装置７００の構造を示す概略断面図である。画像形成装置７００は、例えば、電子写真方式を採用するカラープリンタである。画像形成装置７００は、実施の形態４で説明した光プリントヘッド６００を、露光装置である光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃとして備えている。

図１４に示されるように、画像形成装置７００は、主要な構成として、電子写真方式により用紙などの記録媒体Ｐ上に現像剤像（トナー像）を形成する画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃと、画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃに記録媒体Ｐを供給する媒体供給部７２０と、記録媒体Ｐを搬送する搬送部７３０と、画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃの各々に対応するように配置された転写部としての転写ローラ７４０と、記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像を定着させる定着器７５０と、定着器７５０を通過した記録媒体Ｐを外部に排出する媒体排出部としての排紙ローラ対７２５とを有する。なお、画像形成装置７００が有する画像形成部の数は、３以下又は５以上であってもよい。また、本発明は、電子写真方式によって記録媒体上に画像を形成する装置であれば、画像形成部の数が１つであるモノクロプリンタにも適用可能である。

図１４に示されるように、媒体供給部７２０は、用紙カセット７２１と、用紙カセット７２１内に積載された記録媒体Ｐを１枚ずつ繰り出すホッピングローラ７２２と、用紙カセット７２１から繰り出された記録媒体Ｐを搬送するレジストローラ７２３と、記録媒体Ｐを搬送するローラ対７２４とを有する。

画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃは、記録媒体Ｐ上にブラック（Ｋ）のトナー像、イエロー（Ｙ）のトナー像、マゼンタ（Ｍ）のトナー像、及びシアン（Ｃ）のトナー像をそれぞれ形成する。画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃは、媒体搬送路に沿って媒体搬送方向（矢印方向）の上流側から下流側に向けて並んで配置されている。画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃは、着脱自在に形成された各色用の画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃをそれぞれ有する。直列に配列された画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃは、画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃの各色に対応して備えられ、画像形成ユニット７１２Ｃはシアンのトナーにより画像を形成し、画像形成ユニット７１２Ｍはマゼンタのトナーにより画像を形成し、画像形成ユニット７１２Ｙはイエローのトナーにより画像を形成し、画像形成ユニット７１２Ｋはブラックのトナーにより画像を形成する。画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃは、トナーの色が異なる点以外は、互いに基本的に同一の構造を有する。

画像形成部７１０Ｋ，７１０Ｙ，７１０Ｍ，７１０Ｃは、各色用の露光装置としての光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃをそれぞれ有する。

画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃの各々は、回転可能に支持された像担持体としての感光体ドラム７１３と、感光体ドラム７１３の表面を一様に帯電させる帯電部材としての帯電ローラ７１４と、光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃによる露光によって感光体ドラム７１３の表面に静電潜像を形成した後に、感光体ドラム７１３の表面にトナーを供給して静電潜像に対応するトナー像を形成する現像装置７１５とを有する。

現像装置７１５は、トナーを収容する現像剤収容スペースを形成する現像剤収容部としてのトナー収容部と、感光体ドラム７１３の表面にトナーを供給する現像剤担持体としての現像ローラ７１６と、トナー収容部内に収容されたトナーを現像ローラ７１６に供給する供給ローラ７１７と、現像ローラ７１６の表面のトナー層の厚さを規制するトナー規制部材としての現像ブレード７１８とを有する。

光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃの各々による露光は、一様帯電した感光体ドラム７１３の表面に印刷用の画像データに基づいて実行される。光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃの各々は、感光体ドラム７１３の軸線方向に複数の発光素子として発光サイリスタが配列された発光素子アレイを含む。

図１４に示されるように、搬送部７３０は、記録媒体Ｐを静電吸着して搬送する搬送ベルト（転写ベルト）７３３と、駆動部により回転されて搬送ベルト７３３を駆動する駆動ローラ７３１と、駆動ローラ７３１と対を成して搬送ベルト７３３を張架するテンションローラ（従動ローラ）７３２とを有する。

図１４に示されるように、転写ローラ７４０は、搬送ベルト７３３を挟んで画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃの各々の感光体ドラム７１３に対向して配置されている。転写ローラ７４０によって、画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃの各々の感光体ドラム７１３の表面に形成された現像剤像（トナー像）は、媒体搬送路に沿って矢印方向に搬送される記録媒体Ｐの上面に順に転写されて、複数のトナー像が重ねられたカラー画像が形成される。感光体ドラム７１３上に現像された画像（トナー像、現像剤像）を記録媒体Ｐに転写した後に感光体ドラム７１３に残留したトナーを除去するクリーニング装置７１９ａを有する。

定着器７５０は、互いに圧接し合う１対のローラ７５１，７５２を有する。ローラ７５１は、加熱ヒータを内蔵するヒートローラであり、ローラ７５２はローラ７５１に向けて押し付けられる加圧ローラである。未定着の現像剤像（トナー像）を有する記録媒体Ｐは、定着器７５０の一対のローラ７５１，７５２間を通過する。このとき、未定着のトナー像は、加熱及び加圧されて記録媒体Ｐ上に定着される。

《５−２》動作
先ず、用紙カセット７２１内の記録媒体Ｐは、ホッピングローラ７２２によって繰り出され、レジストローラ７２３へ送られる。続いて、記録媒体Ｐはレジストローラ７２３からローラ対７２４を介して搬送ベルト７３３に送られ、この搬送ベルト７３３の走行に伴って、画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃへと搬送される。画像形成ユニット７１２Ｋ，７１２Ｙ，７１２Ｍ，７１２Ｃにおいて、感光体ドラム７１３の表面は、帯電ローラ７１４によって帯電され、光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃによって露光され、静電潜像が形成される。静電潜像には、現像ローラ７１６上で薄層化されたトナーが静電的に付着されて各色のトナー像が形成される。各色のトナー像は、転写ローラ７４０によって記録媒体Ｐに転写され、記録媒体Ｐ上にカラーのトナー像が形成される。転写後に、感光体ドラム７１３上に残留したトナーは、クリーニング装置７１９ａによって除去される。カラーのトナー像が形成された用紙は、定着器７５０に送られる。この定着器７５０において、カラーのトナー像が記録媒体Ｐに定着され、カラー画像が形成される。トナー像が形成された記録媒体Ｐは、排紙ローラ対７２５によって用紙スタッカへ排出される。

《５−３》効果
以上に説明したように、実施の形態５に係る画像形成装置７００においては、実施の形態４で説明した光プリントヘッド６００を、露光装置である光プリントヘッド７１１Ｋ，７１１Ｙ，７１１Ｍ，７１１Ｃとして備えている。このため、実施の形態５に係る画像形成装置７００によれば、印刷画像の品質の向上を図ることができる。

《６》変形例
実施の形態１では、ゲートコンタクト層１０５ｂ及びゲート層１０５ｃにおいて、不純物濃度ＩＭ１０５ｂ及びＩＭ１０５ｃを階段状に変化させたが（図４）、不純物濃度ＩＭ１０５ｂ及びＩＭ１０５ｃを階段状に変化させる代わりに、ゲート層１０５ｃ内において第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向に少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向に連続的に不純物濃度が減少する構造を採用してもよい。

また、実施の形態１では、ゲートコンタクト層１０５ｂ及びゲート層１０５ｃにおいて、不純物濃度ＩＭ１０５ｂ及びＩＭ１０５ｃを階段状に変化させたが（図４）、このような構造の代わりに、ｎ型の第３半導体層１３がゲートコンタクト層のみを有し、このゲートコンタクト層内において第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向に少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、第４半導体層１４から第１半導体層１１に向かう方向に連続的に不純物濃度が減少する構造を採用してもよい。

また、実施の形態１では、ゲートコンタクト層１０５ｂ及びゲート層１０５ｃにおいて、不純物濃度ＩＭ１０５ｂ及びＩＭ１０５ｃを階段状に変化させたが（図４）、このような構造の代わりに、又は、このような構造に加えて、ｐ型の上クラッド層１０４を２層の半導体層、すなわち、ゲート層１０５ｃ側のｐ型の第２層と活性層１０３側のｐ型の第１層とで形成し、活性層１０３側の第１層の不純物濃度と比較して、ゲート層１０５ｃ側の第２層の不純物濃度を下げることで、カソード層１０１からアノード層１０６に向けて移動する上クラッド層１０４内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、構成してもよい。

また、実施の形態１では、ｐ型の上クラッド層１０４の内部で、第１半導体層１１から第４半導体層１４に向かう方向に、上クラッド層１０４内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、不純物濃度を連続的に変化させてもよい。

また、実施の形態３では、第３半導体層１３をゲート層３０５ｂとゲートコンタクト層３０５ａとに分割して、構成材料のバンドギャップ差を形成し、半導体発光素子３０の保持電流の低減を図ったが、ゲート層３０５ｂの構成材料のバンドギャップを、ゲートコンタクト層３０５ａ側から上クラッド層１０４側へ向けて連続的に減少させることでも同様の効果が得られる。

また、実施の形態３では、ゲートコンタクト層３０５ａ及びゲート層３０５ｂにおいて、バンドギャップを階段状に変化させたが、このような構造の代わりに、又は、このような構造に加えて、ｐ型の上クラッド層１０４を２層の半導体層、すなわち、ゲート層１０５ｃ側のｐ型の第２層と活性層１０３側のｐ型の第１層とで形成し、活性層１０３側の第１層のバンドギャップを、ゲート層１０５ｃ側の第２層のバンドギャップより大きくすることで、カソード層１０１からアノード層１０６に向けて移動する少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるような構造としてもよい。

また、実施の形態１から３において、ｐ型の上クラッド層１０４内において、連続的にバンドギャップを変化させることによって、第１半導体層１１から第４半導体層１４（２４）に向かう方向に上クラッド層１０４内の少数キャリアを加速する内部電界を形成する構造を追加することも可能である。

さらに、実施の形態１から３で説明した不純物濃度の変化とバンドギャップの変化とを組み合わせることによって、第４半導体層１４（２４）から第１半導体層１１に向かう方向に第３半導体層１３（３３）内の少数キャリアを加速する内部電界を形成する構造を採用することも可能である。

１０，２０，３０ 半導体発光素子、 １１ 第１半導体層、 １２ 第２半導体層、 １３，２３，３３ 第３半導体層、 １４，２４ 第４半導体層、 ９１ カソード電極、 ９２ ゲート電極、 ９３ アノード電極、 １００，２００，３００ 半導体複合装置（発光素子アレイ）、 １０１ カソード層、 １０２ 下クラッド層、 １０３ 活性層、 １０４ 上クラッド層、 １０５ａ エッチングストップ層、 １０５ｂ ゲートコンタクト層、 １０５ｃ ゲート層、 １０６ アノード層、 １２０ 半導体基板、 １２１ 平坦化層、 １２２ 平坦化領域、 １５０ 成長基板、 １５１ バッファー層、 １５２ 剥離層、 ２０５ａ ゲートコンタクト層、 ２０５ｂ ゲート層、 ２０６ エッチングストップ層、 ３０５ａ ゲートコンタクト層、 ３０５ｂ ゲート層、 ６００ 光プリントヘッド、 ７００ 画像形成装置。

Claims (12)

1. 第１端子と、第２端子と、前記第１端子と前記第２端子との間の導通を制御する信号が入力される第３端子とを備えた半導体発光素子であって、
   前記第１端子を含む第１導電型の第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に備えられた第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体層と、
   前記第２半導体層上に備えられ、前記第３端子を含む第１導電型の第３半導体層と、
   前記第３半導体層上に備えられ、前記第２端子を含む第２導電型の第４半導体層と、
   を備え、
   前記第３半導体層が、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向に移動する前記第３半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する構造である第１の構造、及び、前記第２半導体層が、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向に移動する前記第２半導体層内の少数キャリアを加速する内部電界を形成するように、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向の不純物濃度の変化、又は、バンドギャップの変化、又は、不純物濃度とバンドギャップの変化を有する構造である第２の構造、の内の少なくとも一方の構造を備えた
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第３半導体層は、
   前記第２半導体層上に備えられた第１導電型のゲート層と、
   前記ゲート層上に備えられた第１導電型のゲートコンタクト層と、
   前記ゲートコンタクト層上に備えられた第１導電型のエッチングストップ層と
   を有し、
   前記ゲート層の不純物濃度は、前記ゲートコンタクト層の不純物濃度より低い
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第３半導体層は、
   前記第２半導体層上に備えられた第１導電型のゲート層と、
   前記ゲート層上に備えられた第１導電型のゲートコンタクト層と、
   を有し、
   前記第４半導体層は、
   前記第３半導体層上に備えられた第２導電型のエッチングストップ層と、
   前記エッチングストップ層上に備えられた第２導電型のアノード層と、
   を有し、
   前記ゲート層の不純物濃度は、前記ゲートコンタクト層の不純物濃度より低い
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
4. 前記エッチングストップ層の不純物濃度は、前記ゲートコンタクト層の不純物濃度より高いことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
5. 前記第１の構造は、前記第３半導体層が、内部に、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向に移動する前記第３半導体層内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向に、不純物濃度を連続的に変化させた部分を有し、
   前記第２の構造は、前記第２半導体層が、内部に、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向に移動する前記第２半導体層内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向に、不純物濃度を連続的に変化させた部分を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
6. 前記エッチングストップ層の厚さは、５ｎｍから２０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
7. 前記エッチングストップ層は、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＰ層であり、
   組成比ｙは、０．４５以上０．５５以下である
   ことを特徴とする前記請求項２から４及び６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
8. 前記第３半導体層は、
   前記第２半導体層上に備えられた第１導電型のゲート層と、
   前記ゲート層上に備えられた第１導電型のゲートコンタクト層と、
   を有し、
   前記第１半導体層は、
   第１導電型のカソード層と、
   前記カソード層上に備えられた第１導電型の第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層上に備えられた第１導電型の活性層と、
   を有し、
   前記ゲート層のバンドギャップは、前記ゲートコンタクト層のバンドギャップより小さく、
   前記ゲートコンタクト層のバンドギャップは、前記活性層のバンドギャップより大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
9. 前記第１の構造は、前記第３半導体層が、内部に、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向に移動する前記第３半導体層内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、前記第４半導体層から前記第１半導体層に向かう方向に、バンドギャップを連続的に変化させた部分を有し、
   前記第２の構造は、前記第２半導体層が、内部に、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向に移動する前記第２半導体層内の少数キャリアを加速させる内部電界が形成されるように、前記第１半導体層から前記第４半導体層に向かう方向に、バンドギャップを連続的に変化させた部分を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子を駆動させる駆動回路と
    を有することを特徴とする半導体複合装置。
11. 請求項１０に記載の半導体複合装置を有することを特徴とする光プリントヘッド。
12. 請求項１１に記載の光プリントヘッドと、
    前記光プリントヘッドの露光により画像を形成する画像形成部と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。

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