專利名稱：具有pnpn構造的發(fā)光器件和發(fā)光器件陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種有PNPN構造的發(fā)光器件和發(fā)光器件陣列，尤其，關于有邏輯功能的發(fā)光器件和發(fā)光器件陣列，進而，關于以3.0V驅動的發(fā)光器件陣列。
背景技術：
數(shù)字電路的電源電壓，從高速，低電力消耗的要求，向低電源電壓化推進，從以前的5V系統(tǒng)，向3.3V系統(tǒng)，進而向低電壓方向轉移。在3.3V的電源電壓下，能允許±10％誤差，保證3.0V下工作是必需的。
作為數(shù)字電路的一個例子，可考慮發(fā)光器件陣列。多個發(fā)光器件在同一襯底上集成后的發(fā)光器件陣列，和其驅動用IC配合用作光打印頭等寫入光源。本發(fā)明人等，作為發(fā)光器件陣列的構成要素而對具有PNPN構造的3端發(fā)光閘流管加以注目，已有專利申請(特開平1-238962號公報，特開平2-14584號公報，特開平2-92650號公報，特開平2-92651號公報)能實現(xiàn)發(fā)光點的自掃描，而表示了作為光打印機用光源成為裝配上簡便，制作發(fā)光器件節(jié)距細小，能制造小型的自掃描型發(fā)光器件陣列等。
進而本發(fā)明人等，把開關器件(發(fā)光閘流管)陣列作為移動部，正在提出和發(fā)光部的發(fā)光器件(發(fā)光閘流管)陣列分離構造的自掃描型發(fā)光器件陣列。(特開平2-263668號公報)有關這些提議的自掃描型發(fā)光器件陣列，以5V電源系統(tǒng)的驅動用IC驅動方式構成。
如上述一樣，驅動用IC的電源電壓也從5V系統(tǒng)到3.3v系統(tǒng)，進而變?yōu)榈碗妷?。這是因為，通過降低電源電壓能降低電力消耗的緣故。為此，以3.3v電源系統(tǒng)也能驅動上述的發(fā)光閘流管是理想的。
在圖1，用5v驅動，而且，表示分離移動部和發(fā)光部的類型二極管結自掃描型發(fā)光器件陣列的等效電路圖。這些自掃描型發(fā)光器件陣列，由開關器件T1，T2，T3，...、寫入用發(fā)光器件L1，L2，L3，...構成。開關器件和發(fā)光器件也都用3端子發(fā)光閘流管。移動部的構成，用二極管連接起來。即，開關器件的控制極間，以二極管D耦合。vGA是電源(通常-5v)，經由負載電阻連到各開關器件的控制極。而且，開關器件的控制極，也連到寫入用發(fā)光器件的控制極。給開關器件T1的控制極施加觸發(fā)脈沖φs，給開關器件的陰極電極方面，交替施加轉移用時鐘脈沖φ1，φ2，給寫入用發(fā)光器件的陰極電極，施加寫入信號φ1。
圖2如芯片上形成的圖1自掃描型發(fā)光器件陣列的構造，圖2A是平面圖，圖2B是圖2A的X-X線剖面圖。在P型的GaAs襯底10上，按P型的AlGaAs外延層11，N型的AlGaAs外延層12，P型的AlGaAs外延層13，N型的AlGaAs外延層14這個順序層疊之后，形成PNPN構造。自掃描型發(fā)光器件陣列，利用這個PNPN構造來構成。圖中，分別表示21是用于p型AlGaAs層13的歐姆電極，22是用于N型AlGaAs層14的歐姆電極，23是用于p型GaAs襯底10的歐姆電極(背面共用電極)，60是保護膜，70是vGA布線，71是φ1布線，72是φ2布線，73是φ1布線，80是移動部陰極島，81是耦合二極管D用陰極島，82是發(fā)光部用陰極島，90是電阻。該構造中，作為耦合二極管D，利用PNPN構造的上部2層，即由P型AlGaAs層13和N型AlGaAs層14構成的PN結。并且，在電阻90方面，利用P型AlGaAs層13。
簡單說明以上構成自掃描型發(fā)光器件陣列的工作。首先，假設轉移用第時鐘脈沖2的電壓是L電平，開關器件T2是接通狀態(tài)。這時，開關器件T2控制極的電位是從vGA的-5v上升到大致0v。通過二極管D把電位上升的影響對傳遞到開關器件T3的控制極，其電位設定為-1v(二極管D的正向上升電壓(等于擴散電位))。但是，因為二極管D是反偏壓狀態(tài)，不執(zhí)行連接控制極G1的電位，控制極G1的電位照樣約為-5v。發(fā)光閘流管的接通電壓是從近似控制極電壓+控制極·陰極間PN結的擴散電位(約1v)，其次轉移用時鐘脈沖φ2的H電平電壓設為約-2v(為使開關器件T3接通必要的電壓)以下而且約-4v(為使開關器件T5必要的電壓)的話，只使開關器件T3接通，除此以外的開關器件關照樣處于關斷狀態(tài)。所以應該以2條轉移用時鐘脈沖轉移接通狀態(tài)。
觸發(fā)脈沖φs是用于顯示這樣的轉移動作的脈沖，設定觸發(fā)脈沖s為H電平(大約0v)，就同時設定轉移用時鐘脈沖為L電平(約定-2～約-4v)，使開關器件T1接通。然后立刻，觸發(fā)脈沖φs回到L電平。
現(xiàn)在，假設開關器件T2為接通狀態(tài)，開關器件T2控制極的電位，從VGA上升，成為大約0V。然而，寫入信號φ1的電壓盡管是PN結的擴散電位(大約1V)以下，也能使發(fā)光器件L2變成發(fā)光狀態(tài)。
對此，開關器件T1的控制極約為-5V，開關器件T3的控制極約為-1V。所以，發(fā)光器件L1的寫入電壓約為-6V，發(fā)光器件L3的寫入電壓約為-2V。因此，對發(fā)光器件L2寫入的寫入信號φ1的電壓為-1～-2V的范圍。發(fā)光器件L2接通，即進入發(fā)光狀態(tài)時，發(fā)光強度由寫入信號φ1中流動的電流量決定，能以任意的強度寫入圖像。并且，為了把發(fā)光狀態(tài)轉移到下一個發(fā)光器件，就需要寫入信號φ1線的電壓一次降到0V，發(fā)光的發(fā)光器件一度關斷。
如以上那樣的構成二極管結型自掃描型發(fā)光器件陣列的可能工作電壓(時鐘脈沖的L電平電壓)VL是，VL＜VGON-2VD-Ith×RP。在這里，VGON是正在接通的閘流管的控制極電壓，VD是耦合二極管D的正向上升電壓，Ith是閘流管是進行接通的閾值電流，RP是閘流管控制極的雜散電阻。各自的值，VGON約為-0.3V，VD是1.3V，Ith×RP約為0.3V，成為VL＜-3.1V。還有，為了實現(xiàn)穩(wěn)定工作，需要0.2V左右的余裕，結果，對現(xiàn)狀的自掃描型發(fā)光器件陣列動工作來說，需要3.3V左右的電壓。因此，不可能以所謂的3.0V系統(tǒng)電源進行工作。
以上的說明中，說明了有關在P型襯底上，以P型層、N型層、P型層、N型層的順序層疊的PNPN構造，但是在N型襯底上，以N型層、P型層、N型層、P型層的順序層疊的PNPN構造的情況下，在圖1的構成方面極性改變了。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種降低動作電壓之后，以3.0V工作的自掃描型發(fā)光器件陣列。
本發(fā)明另一個目的在于提供有邏輯功能的發(fā)光器件。
本發(fā)明又一個目的在于提供有邏輯功能的發(fā)光器件陣列。
本發(fā)明的發(fā)光器件，由第1導電型的襯底上，層疊第1導電型的半導體層，第2導電型的半導體層，第1導電型的半導體層，第2導電型的半導體層的PNPN構造構成，包括在所述PNPN構造的控制極層具有歐姆控制極的至少1個的發(fā)光閘流管和由所述控制極層和至少1個金屬端子的肖特基結構成的至少1個肖特基勢壘二極管。
用這樣發(fā)光器件，對具備一維狀排列，起開關作用的多個第1發(fā)光閘流管；耦合鄰接的第1發(fā)光閘流管控制極間的耦合二極管；以及一維狀排列，各控制極連接到對應的所述各第1發(fā)光閘流管控制極的多個第2發(fā)光閘流管的構成二極管結型自掃描型發(fā)光器件陣列的情況方面，作為上述耦合二極管，使用由肖特基結構成的肖特基勢壘二極管來代替PN結。
肖特基結和PN結相比本質上勢壘高度低，正向上升邊電壓V大約為0.8V左右。因此，電源電壓比使用PN結作為耦合器件的情況大約可降低0.5V工作電壓。所以，可用3.0V驅動自掃描型發(fā)光器件陣列。
并且，使用PNPN構造閘流管上層的PN結作為耦合二極管時，該二極管內流著閾值電流以上的話，閘流管接通，二極管就變成與襯底不絕緣。但是，對PNP構造上設置金屬的肖特基結而言，因為閘流管不工作，借助于PNP構造通常能保持與襯底絕緣的狀態(tài)。因此，通過利用肖特基結，用和自掃描型發(fā)光器件陣列相同的工藝、器件構造，能附加各種的邏輯電路和邏輯功能。


圖1是5V驅動，而且，分離移動部和發(fā)光部的類型二極管結自掃描型發(fā)光器件陣列的等效電路圖。
圖2A和圖2B是芯片上形成自掃描型發(fā)光器件陣列的平面和剖面圖。
圖3A和圖3B表示實施例1發(fā)光器件的構造平面圖和剖面圖。
圖4A～圖4E表示圖3發(fā)光器件的制造方法圖。
圖5表示肖特基結的電流-電壓特性曲線圖。
圖6是實施例2的自掃描型發(fā)光器件陣列等效電路圖。
圖7A和圖7B表示圖6的自掃描型發(fā)光器件陣列構造的平面圖和剖面圖。
圖8是實施例3的自掃描型發(fā)光器件陣列等效電路圖。
圖9是實施例4的自掃描型發(fā)光器件陣列等效電路圖。
圖10A和圖10B表示實施例5發(fā)光器件構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖11A和圖11B表示圖10A發(fā)光器件構造的平面圖和剖面圖。
圖12A和圖12B表示實施例5發(fā)光器件其他構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖13A和圖13B表示實施例5發(fā)光器件其他的構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖14表示圖13的發(fā)光閘流管構成的平面圖。
圖15A和圖15B表示實施例5發(fā)光器件其他的構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖16A和圖16B表示實施例5發(fā)光器件其他的構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖17A和圖17B表示實施例5發(fā)光器件其他的構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖18A和圖18B，表示實施例5發(fā)光器件其他的構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖19A和圖19B表示實施例5發(fā)光器件其他的構成的電路圖，表示工作的真值表。
圖20A和圖20B表示實施例6發(fā)光器件構成的電路圖，表示狀態(tài)變遷工作的圖。
圖21A和圖21B表示圖20發(fā)光器件構造的平面圖和剖面圖。
圖22表示實施例6發(fā)光器件其他的構成的電路圖。
圖23是實施例7的二維矩陣發(fā)光器件陣列的電路圖。
圖24是實施例8的一維排列發(fā)光器件陣列的電路圖。
圖25A和圖25B表示圖24的發(fā)光器件陣列構造的平面圖和剖面圖。
圖26表示實施例9發(fā)光器件陣列構成的電路圖。
圖27表示圖26發(fā)光器件陣列的驅動定時波形的圖。
圖28表示實施例10的自掃描型發(fā)光器件陣列構成的電路圖。
圖29表示圖28自掃描型發(fā)光器件陣列構造的平面圖。
圖30表示圖28自掃描型發(fā)光器件陣列的驅動脈沖圖。
具體實施例方式
實施例1
本實施例是PNPN構造的控制極層具有肖特基接觸端子的發(fā)光器件。在圖3，表示芯片上形成的發(fā)光器件構造。圖3A是平面圖，圖3B是圖3A的X-X線剖面圖。在第1導電型的GaAs襯底10上，以第1導電型的AlGaAs外延層11、第2導電型的AlGaAs外延層12、第1導電型的AlGaAs外延層13、以及第2導電型的AlGaAs外延層14這個順序加以層疊，形成PNPN構造。發(fā)光閘流管就是利用該PNPN構造制造的。
發(fā)光閘流管具備對第1導電型的AlGaAs層13上形成的歐姆電極21、在第2導電型的AlGaAs層14上形成的歐姆電極22、在第1導電型GaAs襯底10的背面形成的歐姆電極(共用電極)。60是保護膜。
通過對保護膜60打開的通孔，布線40直接和第1導電型的AlGaAs層13肖特基接觸而構成肖特基勢壘二極管。
在以上的構成中，第1導電型為P型，第2導電型為N型的情況下，30是陰極布線，40是二極管的肖特基接觸陰極布線，50是控制極布線。另一方面，第1導電型為N型，第2導電型為P型的情況型，30是陽極布線，40是二極管的肖特基接觸陽極布線，50是控制極布線。
參照圖4A～圖4E說明以上構造發(fā)光器件的制造方法。還有，假設第1導電型為P型。首先，如圖4A所示，在P型GaAs襯底10上，P型AlGaAs外延層11、N型AlGaAs外延層12、P型AlGaAs外延層(控制極層)13、以及外延生長N型AlGaAs外延層(陰極層)14。
其次，如圖4B所示，把陰極層14制成圖案，使控制極層13露出。在控制極層13上，用剝離法形成由AuZn構成的控制極歐姆電極21，在陰極層14上形成由AuGe構成的陰極歐姆電極22。
其次，如圖4C所示，用蝕刻法實行元件隔離。
其次，如圖4D所示，用等離子體CVD法形成SiO2作為保護膜60。在保護膜60在，用反應離子蝕刻法(RIE)形成接觸孔62。
其次，如圖4E所示，用濺射法形成Al膜。通過濺射形成Al膜，在Al膜對控制極層13接觸的部分42，以初期的潔凈效果可實現(xiàn)穩(wěn)定的金屬-半導體接觸。這種金屬-半導體接觸形成肖特基結，該肖特基結構成肖特基勢壘二極管。
Al膜制成圖案之后，形成陰極布線30、肖特基接觸陰極布線40、以及控制極布線50。在GaAs襯底10的背面，形成背電極23。
圖5中示出如以上那樣構造的發(fā)光器件的肖特基接觸陰極布線40和控制極布線50之間的電流-電壓特性，即肖特基勢壘二極管的電流-電壓特性。以肖特基接觸陰極布線40為基準，改變了控制極布線50的電位。肖特基勢壘二極管，和PN結相比本質上勢壘高度低，正向上升邊電壓約為0.8V，反向電流成了-10nA(-5V時)。
所以，把該肖特基勢壘二極管用作耦合二極管D的話，與用PN結的情況比，大約能降低0.5V工作電壓，就可能用3.0系統(tǒng)電源工作。
如以上一樣，在本實施例中，在用P型襯底的PNPN構造的控制極層上得到了Al肖特基接觸。因為在這個構成中，把Al布線材料照樣用于肖特基電極，所以工序簡便。但是，所謂Al布線材料即使另外形成另外的肖特基電極也行。這個情況，可使用Au、Al、Pt、Ti、Mo、W、WSi，TaSi等材料。
如以上一樣，通過對PNPN構造的控制極層用具有肖特基接觸端子的發(fā)光器件，象以下各實施例說明那樣的具有邏輯功能的發(fā)光器件和發(fā)光器件陣列，進而能實現(xiàn)3.0V可驅動的發(fā)光器件陣列。
實施例2本實施例是把肖特基勢壘二極管作為耦合二極管使用的自掃描型發(fā)光器件陣列。在圖6，表示電路圖。該自掃描型發(fā)光器件陣列的構成，除耦合二極管D置換為肖特基-勢壘二極管SB以外，都和圖1的電路相同。
圖7A和圖7B中，表示芯片上形成的二極管結自掃描型發(fā)光器件陣列的構造。圖7A是平面圖，圖7B是圖7A的X-X線剖面圖。在P型的GaAs襯底10上，按P型的AlGaAs外延層11、N型的AlGaAs外延層12、p型的AlGaAs外延層13、以及N型的AlGaAs外延層14這個順序被層疊，形成PNPN構造。發(fā)光器件陣列，用這個PNPN構造來制作。
圖中，21是用于p型AlGaAs層13的歐姆電極，22是用于N型AlGaAs層14的歐姆電極，23是用于p型GaAs襯底10的歐姆電極(背面共用電極)，60是保護膜，70是VGA布線，71是φ1布線，72是φ2布線，73是φ1布線，80是移動部陰極島，82是發(fā)光部陰極島，83是用作耦合二極管的肖特基勢壘二極管，90是電阻。肖特基勢壘二極管83由Al布線和N型AlGaAs層14的金屬-半導體接觸而形成的。并且，電阻90由P型AlGaAs層13形成。
如以上構成的那樣，對二極管結型自掃描型發(fā)光器件陣列的耦合二極管，使用肖特基勢壘二極管的話，因為正向電壓和PN耦合二極管相比大約降低了0.5V，所以能夠在VL＝-2.8V下穩(wěn)定工作。
實施例3本實施例是在實施例2的自掃描型發(fā)光器件陣列中，省略觸發(fā)脈沖φs端子的自掃描型發(fā)光器件陣列。采用省略觸發(fā)脈沖端子的辦法，減少芯片上的焊盤個數(shù)。圖6的電路中省去觸發(fā)脈沖端子φs，與時鐘脈沖端子φ2兼用。
圖8中，表示其電路構成。這時，開關器件T1的控制極，經過觸發(fā)脈沖形成用的肖特基勢壘二極管91連到時鐘脈沖端子φ2。時鐘脈沖φ2經過二極管91之后作為觸發(fā)脈沖，供給開關器件的控制極。
本實施例的自掃描型發(fā)光器件陣列，和實施例2同樣，把肖特基勢壘二極管用作耦合二極管，所以就能以更低的電源電壓進行工作。
實施例4本實施例是在實施例2的自掃描型發(fā)光器件陣列中省略觸發(fā)脈沖端子φs和VGA端子的自掃描型發(fā)光器件陣列。通過省略觸發(fā)脈沖端子和VGA端子，減少芯片上焊盤的個數(shù)。實施例3中說過的圖8的電路方面省略VGA端子，由時鐘脈沖φ1和φ2合成VGA電源。
在圖9，表示其電路構成。為了由時鐘脈沖φ1和φ2合成VGA電源，采用二極管-二極管邏輯的雙輸入OR門85。作為該OR門的二極管，使用肖特基勢壘二極管92、93。
如現(xiàn)有的一樣，使用門-陰極間的PN結作為二極管的話，流過該二極管電流值以上的電流的情況下，包括這個PN結的PNPN寄生閘流管就接通了，VGA端子的電壓，大致固定為VD(二極管的正向上升邊電壓)。因此，對流過VGA線的電流有了限度。但是，如本實施例的那樣，通過使用肖特基勢壘二極管92、93來代替PN結，因為不會產生寄生閘流管，所以流過VGA線的電流值限制沒有了。根據流過該VGA線的電流，規(guī)定自掃描型發(fā)光器件陣列的轉移速度，通過使用肖特基勢壘二極管，能實現(xiàn)高速轉移的自掃描型發(fā)光器件陣列。
在以上的實施例中，省略了觸發(fā)脈沖φs端子和VGA端子的雙方，然而即使只省略限VGA端子也行。在這個情況下，在圖1的電路中，應該設置由肖特基勢壘二極管92、93構成的雙輸入OR門。
實施例5本實施例是在發(fā)光閘流管的門上設置二極管-二極管邏輯的OR門，按照2個以上門信號的″或″能控制發(fā)光狀態(tài)的發(fā)光器件。
圖10A表示其電路構成。如圖10A所示，在3端子閘流管(第1導電型是N型，第2導電型是P型)94的控制極端子G附加由肖特基勢壘二極管95、96構成二極管-二極管邏輯的雙輸入OR門130。發(fā)光閘流管94的陽極連到陽極端子109，陰極直接接地，控制極連到二極管95、96的陰極。二極管95、96的陰極，經過電阻120接地。二極管95、96的陽極連到陽極端子110、111(OR門130的輸入端子)。
圖11A和圖11B表示圖10A的發(fā)光閘流管構造圖，圖11A是平面圖，圖11B是圖11A的X-X線剖面圖。還有，對圖11A、圖11B中，和圖3A、圖3B同一要素方面，表示附加同一的參照號碼。二極管95、96由陽極端子110、111和控制極層13的肖特基接觸來形成。這樣形成電阻120，使得控制極層13的寬度細小，成為縮頸狀。另一方面，電阻120的另一端在控制極層13上以電極21取得歐姆接觸，與其連接的布線100接地。
3端子發(fā)光閘流管94，可以認為是本來以控制極和陽極的2個端子控制的邏輯電路。即，發(fā)光狀態(tài)S(1表示發(fā)光，0表示非發(fā)光)，采用控制極電平G(H電平表示1，L電平表示0)和陽極電平A(H電平表示1，L電平表示0)，就用S＝A∧G(1)表示。因此，為使發(fā)光閘流管94接通，如圖10B的真值表所示，假設OR門130輸入端子110、111的電平D1，D2分別為D1，D2，D1，D2共同為L電平時，可在陽極電平A為H電平的時候點燈。還有，在真值表方面，「*」表示H電平和L電平的哪一個也行。
在以上的實施例中，表示PNPN構造第1導電型設為N型，第2導電型設為P型的情況，然而第1導電型為P型，第2導電型為N型的情況也同樣能構成。圖12A、圖12B中，表示其電路圖和真值表。如圖12A所示，在發(fā)光閘流管97的控制極附加二極管-二極管邏輯的雙輸入AND門132。這種AND門由肖特基勢壘二極管95、96構成。肖特基勢壘二極管的方向變成和圖10A的情況相反方向。發(fā)光閘流管97的陽極是連到H電平，以及二極管95、96的陽極經過電阻120連接到H電平。
在圖12A的構成方面，假設發(fā)光閘流管的陰極電平為K(H電平表示1，L電平表示0)的話，發(fā)光狀態(tài)S就是以S＝K∧G (2)表示。因此，為使發(fā)光閘流管97接通，如圖12B的真值表所示，AND門132的輸入端子112、113的電平D1、D2都為H電平時，可在陰極電平K為L電平的時候點燈。
而且，即使第1導電型是N型，第2導電型是P型的情況，也能和二極管-二極管邏輯的雙輸入AND門組合。此時的電路構成和真值表如圖13A和圖13B所示。在圖14，表示電路的構造。圖中，13是發(fā)光閘流管97的控制極層，21是歐姆電極，132是二極管-二極管邏輯的雙輸入AND門，112、113是AND門132的輸入端子，114是AND門132的輸出端子。AND門132，如圖14所示，在與發(fā)光閘流管的控制極層13獨立的島上形成的。
按照如圖13B的真值表所示那樣的AND門132的輸入電平D1、D2和發(fā)光閘流管97的陽極電平A的組合，可使發(fā)光閘流管點燈。
其次，圖15A中，表示第1導電型為P型，第2導電型為N型情況的電路圖。給發(fā)光閘流管94的控制極附加二極管-二極管邏輯的雙輸入OR門130。OR門由肖特基勢壘二極管95、96構成。
這樣的電路中，按照如圖15B的真值表所示那樣的OR門130的輸入電平D1、D2和發(fā)光閘流管94的陰極電平K的組合，可使發(fā)光閘流管點燈。
在以上，表示了給發(fā)光閘流管的控制極附加二極管-二極管邏輯的OR門或AND門的例子，然而給陽極或是陰極附加OR門或AND門也可以。如式(1)、(2)所示，因為陽極或是陰極與控制極的邏輯值相反的時進行接通，即使沒準備N0T門，也能實現(xiàn)各種邏輯。在圖16～圖19表示有邏輯功能的發(fā)光器件例子。
圖16A是給發(fā)光閘流管94的陽極附加了肖特基勢壘二極管98的發(fā)光器件。假設二極管98的陰極端子的電平為D，經過發(fā)光閘流管94的電阻120的陽極端子電平為A，控制極端子的電平為G，這些發(fā)光器件就如圖16B的真值表一樣進行工作。
圖17A是給發(fā)光閘流管94的陽極，附加由肖特基勢壘二極管95、96構成雙輸入OR門130的發(fā)光器件。這些發(fā)光器件就如圖17B的真值表一樣進行工作。
圖18A是給發(fā)光閘流管97的陰極，附加由肖特基勢壘二極管98的例子。這些發(fā)光器件就如圖18B的真值表一樣進行工作。
圖19A是給發(fā)光閘流管97的陰極，附加由肖特基勢壘二極管95、96構成雙輸入AND門132的發(fā)光器件。這些發(fā)光器件就如圖19B的真值表一樣進行工作。
以上的各實施例中，各邏輯門的輸入為2路以下的情況，然而以同樣的想法對可擴張到3路以上，如果是本領域的技術人員，就很容易理解的吧！實施例6本實施例是，作為時序電路附加RS-FF(set·reset·flip-flop置位復位觸發(fā)器)，能控制發(fā)光狀態(tài)的發(fā)光器件。
在圖20A、圖20B中，表示發(fā)光器件的構成和狀態(tài)變遷動作。表示情況變遷動作的圖20B中，從二種狀態(tài)[ON]和[OFF]，根據置位、復位脈沖，表示狀態(tài)變化的樣子。按照這個構成，以肖特基勢壘二極管95、96附加置位端子140和復位端子142，發(fā)生發(fā)光閘流管97保持接通狀態(tài)的特性。由于置位端子140為H電平，發(fā)光閘流管97控制極端子的電壓接近襯底電位，使發(fā)光閘流管接通。在接通狀態(tài)假如復位端子142為H電平，則肖特基勢壘二極管95上升邊電壓的方面作為絕對數(shù)值比接通狀態(tài)的發(fā)光閘流管陰極電壓要減少，就被肖特基勢壘二極管95的上升邊電壓箝位。因此，發(fā)光閘流管97成為關斷狀態(tài)。
第1導電型為P型，第2導電型為N型的構造例子表示在圖21A、圖21B上。圖21A是平面圖，圖21B是圖21A的X-X線剖面圖。圖中，140是置位端子，141是陰極端子，142是復位端子，143、144是電阻。還有，其他的構成要素因和圖3的構成要素同一要素，附加同一的參照號碼來表示。在這個構造中，把復位端子用的肖特基-勢壘二極管95制作在發(fā)光閘流管97的陰極島14上。
進而，假如用2個發(fā)光閘流管，置位端子、復位端子各2個，在圖22表示根據各自的邏輯積，能控制的構成例子。圖中，145、146表示2個發(fā)光閘流管，147、148、149表示電阻，SB表示肖特基勢壘二極管。為了能以2條址線控制各發(fā)光閘流管145、146，作為完成任意位的置位/復位的靜態(tài)存儲器使用。當然，也可以作成3個以上置位/復位端子。
實施例7本實施例是用圖12A中所示實施例5的二極管-二極管邏輯帶有AND門的發(fā)光器件，實現(xiàn)了二維矩陣排列的發(fā)光器件陣列。
在圖23，表示其電路。將發(fā)光閘流管Tij(i＝1、2、3、...，j＝1、2、3、...)，i行×j列的矩陣狀排列，由2個肖特基勢壘二極管SB構成的雙輸入AND門連接到各發(fā)光閘流管的控制極。AND門的2個輸入端子，分別連接到行線Ri(i＝1、2、3、...)和列線Cj(j＝1、2、3、...)。還有，在圖中，為了簡化設計圖，表示4行×4列的矩陣狀排列。
發(fā)光閘流管Tij的各控制極，而且，經過對應的各電阻R之后連到PNPN構造的襯底電位端子Vsub連接，發(fā)光閘流管的各陰極，經過電阻RK連接共用的陰極端子K。
在如以上那樣構成的二維矩陣發(fā)光器件陣列方面，按圖12B的真值表說過的那樣，行線Ri和列線Cj都為H電平時，端子K為L電平，閘流管Tij點亮。并且，盡管有的發(fā)光閘流管點燈的狀態(tài)，也指定另外的發(fā)光閘流管，這個被指定的發(fā)光閘流管也能同時點燈。即，靜態(tài)下能點燈多個發(fā)光閘流管。
在以上的實施例中，用了AND門，然而也能用OR門，對于本領域技術人員是容易能理解的吧。
實施例8本實施例是用圖12A中所示實施例5的二極管-二極管邏輯的帶有AND門的發(fā)光器件，實現(xiàn)了一維排列的發(fā)光器件陣列。
在圖24，表示其電路構成。將發(fā)光閘流管L111、L211、L311、...一維排列，在各發(fā)光閘流管L的控制極，設置由3個肖特基勢壘二極管SB構成三輸入AND門150。這些各AND門的三輸入端子，采用矩陣狀連到3組信號線(A1、A2、A3)，(B1、B2、B3)，(C1、C2、C3)，通過9條信號線(A1～A3、B1～B3、C1～C3)，可控制27個發(fā)光閘流管的發(fā)光(圖中，只畫出涉及AND門150輸入端子的1個信號線A1的部分，然而實際由3倍的發(fā)光閘流管排成)各發(fā)光閘流管L的陰極，經過電阻RK之后連接到φ1線，各發(fā)光閘流管的控制極，經過電阻R，連到襯底電位端子Vsub。
圖25A、圖25B中，表示在芯片上形成的發(fā)光器件陣列構造。圖25A是平面圖，圖25B是圖25A的X-X線剖面圖。圖中，對和圖3的構成要素同一的要素，附加同一的參照號碼來表示。還有，圖25A、圖25B中沒有畫出電阻RK。從這些圖可以知道，條信號線A1～A3、B1～B3、C1～C3和基層13接觸，構成肖特基勢壘二極管SB。
這樣的發(fā)光器件陣列中，AND門150的輸入全部為H電平，φ1線為L電平時，發(fā)光閘流管點燈。所以，能靜態(tài)點燈多個發(fā)光閘流管。
實施例9本實施例是在圖24所示實施例8的電路中，再設置一列發(fā)光閘流管。也就是，使用帶有三輸入AND門的發(fā)光閘流管L的發(fā)光閘流管陣列，作為存儲數(shù)據用的存儲器，進而設置發(fā)光閘流管L′列。在圖26，表示電路構成。各發(fā)光閘流管L的控制極，連到對應的發(fā)光閘流管L的控制極，各發(fā)光閘流管L′的陰極，經過電阻RKL連到線φL線。
這種構成中，連接φ1線的發(fā)光閘流管L用作存儲器，寫入數(shù)據后，由于φL線變?yōu)長電平，依照存入發(fā)光閘流管L的數(shù)據，使發(fā)光閘流管L′點燈。
在圖27表示驅動圖26電路的定時波形的一個例子。說明有關同時使27個發(fā)光閘流管L點燈的情況。把27點的數(shù)據存入連接φ1線的發(fā)光閘流管L，之后，由于φL線為L電平，按照φ1線的數(shù)據使發(fā)光閘流管L′點燈。圖26中，因為各發(fā)光閘流管L′的陰極直接連到φL線，所以驅動φL線的驅動器(圖未示出)，成為可按供給點燈數(shù)量的電流的電路。
實施例10本實施例，雙輸入AND門和自掃描型發(fā)光器件陣列和配合例子。在圖28，表示其電路構成?？刂茦O間具備由肖特基勢壘二極管SB連接的發(fā)光閘流管T列構成的移動部160，由存儲用的發(fā)光閘流管M列構成的存儲部162，以及由點燈用的發(fā)光閘流管L列構成的發(fā)光部164A，存儲部閘流管M的控制極，連接到由肖特基勢壘二極管構成的雙輸入AND門170，AND門的輸入端子，分別連到寫入線WRITE和移動部閘流管T的控制極。而且，存儲部閘流管M的控制極，連到對應的發(fā)光部閘流管L。
存儲部閘流管的陰極，經過電阻之后連到φM線，發(fā)光閘流管的陰極，經過電阻之后連到φL線。
還有，移動部160的構成，和圖6中所示的自掃描型發(fā)光器件陣列的移動部相同構成。
在以上的構成方面，想要使移動部150指定的存儲部閘流管M點燈的情況，設WRITF1線為H電平，設不想點燈的情況為L電平。這個信息，被存入存儲部閘流管M，發(fā)光部閘流管L是發(fā)光線φL為L電平的時候，基于這一信息進行點燈。
按照采用以上的結構，在把多個發(fā)光材料數(shù)據寫入存儲部閘流管M上的方面，通過一次使發(fā)光部閘流管L同時點燈，可賺得積分光量。
圖28的構造例示于圖29。圖29中，φM和φL線和發(fā)光閘流管M、T的陰極之間的電阻省略了圖示。還有圖29中，對和圖3同一的構成要素給予同一的參照號碼表示。但是，24表示肖特基電極。
在圖30，表示有8個發(fā)光閘流管作為-區(qū)段發(fā)光的驅動脈沖例。為了使移動部160的指定發(fā)光器件號碼的存儲部閘流管M接通，設WRITE端子為H電平，不接通時設為L電平。把第1～第8的8發(fā)光器件用置位數(shù)據存入存儲部閘流管M1～M8以后，通過設WRITT端子為L電平，設φL線為L電平，發(fā)光部閘流管L1～L8當中，由輸入到WRITE端子的數(shù)據指定的閘流管點燈。而后，以φM線為H電平，消去存儲器。規(guī)定的點燈時間之后，以φL線為H電平，發(fā)光部閘流管L熄燈之后，從WRITE端子讀出下一個第9～第16的8發(fā)光器件用置位數(shù)據。
這樣，把8發(fā)光點作為-區(qū)段，對每個區(qū)段把φL線作為L電平而使其發(fā)光。通過采用這樣的驅動方法，盡管芯片一側的構成相同，定時通過使驅動波形變化，就能夠變更同時點燈數(shù)。
按照本發(fā)明，利用PNPN構造，能夠實現(xiàn)發(fā)光閘流管和肖特基勢壘二極管的發(fā)光器件。用這樣的發(fā)光器件，可以構成以3.0V工作的自掃描型發(fā)光器件陣列，進而，能構成有邏輯功能的發(fā)光器件和發(fā)光器件陣列。這些發(fā)光器件和發(fā)光器件陣列可應用于各種裝置。
權利要求
1.一種發(fā)光器件，包括在第1導電型的襯底上，由層疊第1導電型的半導體層、第2導電型的半導體層、第1導電型的半導體層、第2導電型的半導體層的PNPN構造而構成，在所述PNPN構造的控制極層上有接觸歐姆的控制極的至少1個發(fā)光閘流管；以及由所述控制極層和至少1個金屬端子的肖特基結而構成的至少1個肖特基勢壘二極管。
2.按照權利要求1所述的發(fā)光器件，其特征是所述金屬端子包括從由Au、Al、Pt、Ti、Mo、W、WSi、TaSi組成的群中選擇的金屬構成。
3.按照權利要求1所述的發(fā)光器件，其特征是所述PNPN構造，由AlGaAs形成，所述金屬端子由Al布線形成。
4.一種自掃描型發(fā)光器件陣列，包括一維狀排列，起開關作用的多個第1的發(fā)光閘流管；耦合鄰接的第1發(fā)光閘流管的控制極間的耦合二極管；以及一維狀排列，各控制極連接到對應的所述各第1發(fā)光閘流管的控制極的多個第2發(fā)光閘流管，所述第1和第2發(fā)光閘流管，由按照權利要求1所述的發(fā)光器件的發(fā)光閘流管構成，上述耦合二極管，由按照權利要求1所述的發(fā)光器件的肖特基勢壘二極管構成。
5.一種自掃描型發(fā)光器件陣列，包括一維排列，起開關作用的多個第1發(fā)光閘流管；耦合鄰接的第1發(fā)光閘流管的控制極間的耦合二極管；經過各負載電阻連接到所述各第1發(fā)光閘流管的電源電壓線；對所述一維狀排列的各第1發(fā)光閘流管，分別每隔1器件連接的二相時鐘脈沖線；把所述二相時鐘脈沖線的一方連接到最初應該發(fā)光的第1發(fā)光閘流管的控制極的觸發(fā)脈沖形成用二極管；以及一維狀排列，各控制極連接到對應的所述第1發(fā)光閘流管的控制極的多個第2發(fā)光閘流管，所述第1和第2發(fā)光閘流管由權利要求1所述的發(fā)光器件的發(fā)光閘流管構成，所述耦合二極管和所述觸發(fā)脈沖形成用二極管由權利要求1所述的肖特基勢壘二極管構成。
6.一種自掃描型發(fā)光器件陣列，包括一維排列，起開關作用的多個第1發(fā)光閘流管；耦合鄰接的第1發(fā)光閘流管的控制極間的耦合二極管；經過各負載電阻連接到所述各第1發(fā)光閘流管的電源電壓線；對所述一維狀排列的各第1發(fā)光閘流管，分別每隔1器件連接的二相時鐘脈沖線；把所述二相時鐘脈沖線連接到電源電壓線的二極管-二極管邏輯的雙輸入OR門或雙輸入AND門；以及一維狀排列，各控制極連接到對應的所述各第1發(fā)光閘流管控制極的多個第2發(fā)光閘流管，所述第1和第2發(fā)光閘流管由權利要求1所述的發(fā)光器件的發(fā)光閘流管構成，所述耦合二極管和所述雙輸入OR門或雙輸入AND門由權利要求1所述的發(fā)光器件的肖特基勢壘二極管構成。
7.一種自掃描型發(fā)光器件陣列，包括一維排列，起開關作用的多個第1發(fā)光閘流管；耦合鄰接的第1發(fā)光閘流管的控制極間的耦合二極管；經過各負載電阻連接到所述各第1發(fā)光閘流管的電源電壓線；對所述一維狀排列的各第1發(fā)光閘流管，分別每隔1器件連接的二相時鐘脈沖線；把所述二相時鐘脈沖線的一方連接到最初應該發(fā)光的第1發(fā)光閘流管的控制極的觸發(fā)脈沖形成用二極管；把所述二相時鐘脈沖線連接到所述電源電壓線的二極管-二極管邏輯的OR門或AND門；以及一維狀排列，各控制極連接到對應的所述各第1發(fā)光閘流管控制極的多個第2發(fā)光閘流管，所述第1和第2發(fā)光閘流管由權利要求1所述的發(fā)光器件的發(fā)光閘流管構成，所述耦合二極管、所述觸發(fā)脈沖用二極管和所述OR門或AND門由權利要求1所述的發(fā)光器件的肖特基勢壘二極管構成。
8.一種發(fā)光器件，包括在第1導電型的襯底上，由層疊第1導電型的半導體層、第2導電型的半導體層、第1導電型的半導體層、第2導電型的半導體層的PNPN構造而構成的至少1個發(fā)光閘流管；以及由所述PNPN構造的任一半導體層上形成的至少1個肖特基勢壘二極管而構成。
9.按照權利要求8所述的發(fā)光器件，其特征是所述邏輯電路是二極管-二極管邏輯的OR門。
10.按照權利要求8所述的發(fā)光器件，其特征是所述邏輯電路是二極管-二極管邏輯的AND門。
11.按照權利要求8所述的發(fā)光器件，其特征是所述邏輯電路是置位復位觸發(fā)器。
12.一種二維矩陣發(fā)光器件陣列，包括二維矩陣狀排列的多個發(fā)光閘流管；連接到所述各發(fā)光閘流管的控制極，輸入端子是二個的OR門或AND門；所述二個輸入端子的一方連接起來的行線；以及所述二個輸入端子的另一方連接起來的列線，所述發(fā)光閘流管和所述OR門或AND門由權利要求9或10所述的發(fā)光器件構成。
13.一種發(fā)光器件陣列，包括一維狀排列的多個發(fā)光閘流管；連接到所述各發(fā)光閘流管的控制極，輸入端子是N個(N是2以上整數(shù))的OR門或AND門；以及矩陣狀連接到所述OR門或AND門的輸入端子的N×N條信號線，所述發(fā)光閘流管和所述OR門或AND門由權利要求9或10所述的發(fā)光器件構成。
14.一種發(fā)光器件陣列，包括一維狀排列，起存儲器作用的多個第1發(fā)光閘流管；連接到所述各第1發(fā)光閘流管的控制極，輸入端子是N個(N是2以上整數(shù))的OR門或AND門；以及矩陣狀連接到所述OR門或AND門的輸入端子的N×N條信號線，一維狀排列，各控制極連接到對應的所述各第1發(fā)光閘流管控制極的多個第2發(fā)光閘流管，所述第1發(fā)光閘流管和所述OR門或AND門由權利要求9或10所述的發(fā)光器件構成。
15.一種自掃描型發(fā)光器件陣列，包括一維排列，起開關作用的多個第1發(fā)光閘流管；耦合鄰接的第1發(fā)光閘流管的控制極間的耦合二極管；對所述一維狀排列的各第1發(fā)光閘流管，分別每隔1器件連接的二相時鐘脈沖線；一維排列，起開關作用的多個第2發(fā)光閘流管；用于給所述第2發(fā)光閘流管寫入數(shù)據的寫入線；連接到所述第2各發(fā)光閘流管的控制極，輸入端子是二個的OR門或AND門；以及所述二個輸入端子的一方連接到述寫入線，另一方的輸入端子連接到對應的第1發(fā)光閘流管的控制極，一維狀排列，各控制極連接到對應的所述各第2發(fā)光閘流管的控制極的多個第3發(fā)光閘流管，所述第1、第2和第3發(fā)光閘流管，和所述耦合二極管，以及所述OR門或AND門由權利要求9或10所述的發(fā)光器件構成。
16.按照權利要求4、5、6或7所述的自掃描型發(fā)光器件陣列，其特征是在3.0V下工作的。
17.按照權利要求15所述的自掃描型發(fā)光器件陣列，其特征是在3.0V下工作的。
18.按照權利要求12所述的二維矩陣發(fā)光器件陣列，其特征是在3.0V下工作的。
19.按照權利要求13所述的發(fā)光器件陣列，其特征是在3.0V下工作的。
20.按照權利要求14所述的發(fā)光器件陣列，其特征是在3.0V下工作的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括發(fā)光閘流管和肖特基勢壘二極管的發(fā)光器件。使由PNPN構造構成的3端子發(fā)光閘流管的控制板層接觸金屬端子形成至少肖特基勢壘二極管。這樣的肖特基勢壘二極管用作二極管結型自掃描型發(fā)光器件陣列的耦合二極管的話，自掃描型發(fā)光器件陣列用3.0V就能驅動。
文檔編號H03K19/14GK1623239SQ0380271
公開日2005年6月1日 申請日期2003年2月21日 優(yōu)先權日2002年2月25日
發(fā)明者大野誠治 申請人:日本板硝子株式會社