JPH05243603A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JPH05243603A JPH05243603A JP4176292A JP4176292A JPH05243603A JP H05243603 A JPH05243603 A JP H05243603A JP 4176292 A JP4176292 A JP 4176292A JP 4176292 A JP4176292 A JP 4176292A JP H05243603 A JPH05243603 A JP H05243603A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｐ型半導体とＮ型半導体の接合部を有し、接
合面に順方向の電圧を印加することにより接合面を発光
させる発光素子において、電流の増加に対する光量の増
加率を一定にすることができ、各種機器に使用した場合
光量の制御がしやすい発光素子を提供することを目的と
する。 【構成】 Ｐ型半導体１の上面に正電極３と、Ｎ型半導
体２の裏面に負電極４を有し、表面に露出するＰＮ接合
部上に絶縁層５と、第２の電極であるで空乏層制御用電
極６を設ける。
合面に順方向の電圧を印加することにより接合面を発光
させる発光素子において、電流の増加に対する光量の増
加率を一定にすることができ、各種機器に使用した場合
光量の制御がしやすい発光素子を提供することを目的と
する。 【構成】 Ｐ型半導体１の上面に正電極３と、Ｎ型半導
体２の裏面に負電極４を有し、表面に露出するＰＮ接合
部上に絶縁層５と、第２の電極であるで空乏層制御用電
極６を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光素子、特に表面発光
型の発光素子に関するものである。
型の発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】小型・軽量である発光素子は、様々の分
野において広く活用されている。そして、近年において
は、光照射によって情報を記録する光プリンタや光の反
射強度を用いて画像やバーコードデータを読み取るイメ
ージリーダ、あるいは光信号を利用した光通信機器にお
いて、発光素子が利用されている。
野において広く活用されている。そして、近年において
は、光照射によって情報を記録する光プリンタや光の反
射強度を用いて画像やバーコードデータを読み取るイメ
ージリーダ、あるいは光信号を利用した光通信機器にお
いて、発光素子が利用されている。
【０００３】図７は従来から用いられている発光素子の
構造を示す断面模式図であり、図８は従来の発光素子の
平面模式図である。
構造を示す断面模式図であり、図８は従来の発光素子の
平面模式図である。
【０００４】上記図に示される発光素子は、テルルを含
有するガリウム砒素リン半導体はＮ型半導体２を形成す
る。上記Ｎ型半導体２に亜鉛が拡散されて、Ｐ型ガリウ
ム砒素リン半導体（以下Ｐ型半導体１という）が形成さ
れている。そしてＰ型半導体１の上面に正電極３が設け
られ、Ｎ型半導体２の裏面に負電極４が形成され、順方
向の電圧がＰ型半導体１とＮ型半導体２の接合面に印加
され、それぞれに注入されたキャリア同士が再結合する
際に電気エネルギーを光エネルギーに変換して光が射出
される。
有するガリウム砒素リン半導体はＮ型半導体２を形成す
る。上記Ｎ型半導体２に亜鉛が拡散されて、Ｐ型ガリウ
ム砒素リン半導体（以下Ｐ型半導体１という）が形成さ
れている。そしてＰ型半導体１の上面に正電極３が設け
られ、Ｎ型半導体２の裏面に負電極４が形成され、順方
向の電圧がＰ型半導体１とＮ型半導体２の接合面に印加
され、それぞれに注入されたキャリア同士が再結合する
際に電気エネルギーを光エネルギーに変換して光が射出
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしＰＮ接合面に順
方向の電圧を印加すると発光素子に流れる電流と光出力
の関係は、図９で実線に示すように、電流が小さい領域
では、電流の増加にともなう光出力の増加の割合が一定
でなく、電流の増加にともなう光出力の増加の割合が電
流に強く依存している。すなわち、ＰＮ接合面に印加す
る電圧をＶとしたとき流れる電流は、exp(eV/kT)に比例
する成分（以下成分Ａという）と、exp(eV/2kT) に比例
する成分（以下成分Ｂという）に分割される。ここで、
発光素子から射出される光量は電流成分Ａに比例する。
方向の電圧を印加すると発光素子に流れる電流と光出力
の関係は、図９で実線に示すように、電流が小さい領域
では、電流の増加にともなう光出力の増加の割合が一定
でなく、電流の増加にともなう光出力の増加の割合が電
流に強く依存している。すなわち、ＰＮ接合面に印加す
る電圧をＶとしたとき流れる電流は、exp(eV/kT)に比例
する成分（以下成分Ａという）と、exp(eV/2kT) に比例
する成分（以下成分Ｂという）に分割される。ここで、
発光素子から射出される光量は電流成分Ａに比例する。
【０００６】電流が大きい領域では全電流のうち、成分
Ａが電流の大部分を占めるので、発光素子から射出され
る光量が成分Ａに比例し、電流の増加に対する光量の増
加率は一定になる。
Ａが電流の大部分を占めるので、発光素子から射出され
る光量が成分Ａに比例し、電流の増加に対する光量の増
加率は一定になる。
【０００７】つまり、電流が大きい領域では電流と光出
力の比は電流値にあまり依存せず、安定したものになる
が、電流が小さい領域では成分Ｂの占める割合が比較的
大きく、成分Ａと成分Ｂの比が電圧に依存するので、電
流の増加に対する光量の増加率は一定にならない。
力の比は電流値にあまり依存せず、安定したものになる
が、電流が小さい領域では成分Ｂの占める割合が比較的
大きく、成分Ａと成分Ｂの比が電圧に依存するので、電
流の増加に対する光量の増加率は一定にならない。
【０００８】ここで、電流成分Ｂの主な成分は、半導体
表面に露出したＰＮ接合面近傍の空乏層で起こる電子と
ホールの再結合電流である。
表面に露出したＰＮ接合面近傍の空乏層で起こる電子と
ホールの再結合電流である。
【０００９】発光素子において、電流の増加に対する光
量の増加率が一定にならない場合、電流による光量の制
御性に問題があり光プリンタやイメージリーダあるいは
光通信機器の光源に用いた場合、制御しにくいという問
題があった。
量の増加率が一定にならない場合、電流による光量の制
御性に問題があり光プリンタやイメージリーダあるいは
光通信機器の光源に用いた場合、制御しにくいという問
題があった。
【００１０】そこで本発明は、電流の増加に対する光量
の増加率が一定になり各種機器に用いた場合、光量の制
御のしやすい発光素子を提供することを目的とする。
の増加率が一定になり各種機器に用いた場合、光量の制
御のしやすい発光素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため、第１には、Ｐ型半導体とＮ型半導体でＰ
Ｎ接合を形成し、電極間に順方向の電圧を印加してＰＮ
接合面を発光させる発光素子において、表面に露出する
ＰＮ接合部に正または負の電界を印加することを特徴と
するものであり、第２には、上記第１に記載の発光素子
において、発光素子表面に絶縁層と、絶縁層を介してＰ
Ｎ接合面上に第２の電極を有することを特徴とするもの
であり、第３には、上記第２に記載の発光素子におい
て、第２の電極が透明であることを特徴とするものであ
る。
解決するため、第１には、Ｐ型半導体とＮ型半導体でＰ
Ｎ接合を形成し、電極間に順方向の電圧を印加してＰＮ
接合面を発光させる発光素子において、表面に露出する
ＰＮ接合部に正または負の電界を印加することを特徴と
するものであり、第２には、上記第１に記載の発光素子
において、発光素子表面に絶縁層と、絶縁層を介してＰ
Ｎ接合面上に第２の電極を有することを特徴とするもの
であり、第３には、上記第２に記載の発光素子におい
て、第２の電極が透明であることを特徴とするものであ
る。
【００１２】
【作用】本発明においては、発光素子表面に設けられた
絶縁層を介して、ＰＮ接合面上に正または負の電界を印
加する空乏層制御用電極を形成し、発光素子の表面に露
出したＰＮ接合面近傍の空乏層を半導体中心部に移動さ
せることによって、半導体表面に露出する空乏層の表面
積を減少させて、ＰＮ接合面近傍の空乏層内での電子と
ホールの再結合が抑制されることにより、発光に関与し
ない電流成分の発生を抑えられるので発光素子に流れる
電流の増加に対する光量の増加率が一定になる。
絶縁層を介して、ＰＮ接合面上に正または負の電界を印
加する空乏層制御用電極を形成し、発光素子の表面に露
出したＰＮ接合面近傍の空乏層を半導体中心部に移動さ
せることによって、半導体表面に露出する空乏層の表面
積を減少させて、ＰＮ接合面近傍の空乏層内での電子と
ホールの再結合が抑制されることにより、発光に関与し
ない電流成分の発生を抑えられるので発光素子に流れる
電流の増加に対する光量の増加率が一定になる。
【００１３】
【実施例】本発明の良好な実施例を図面を利用して説明
する。本発明に基づく発光素子は、図１の断面模式図に
示すように、テルルを含有するガリウム砒素リン半導体
はＮ型半導体２を形成し、このＮ型半導体２に亜鉛が拡
散され、Ｐ型ガリウム砒素リン半導体（以下Ｐ型半導体
１という）が形成されている。また、上記Ｐ型半導体１
の上面に正電極３が形成され、上記Ｎ型半導体２の裏面
に負電極４が形成されている。
する。本発明に基づく発光素子は、図１の断面模式図に
示すように、テルルを含有するガリウム砒素リン半導体
はＮ型半導体２を形成し、このＮ型半導体２に亜鉛が拡
散され、Ｐ型ガリウム砒素リン半導体（以下Ｐ型半導体
１という）が形成されている。また、上記Ｐ型半導体１
の上面に正電極３が形成され、上記Ｎ型半導体２の裏面
に負電極４が形成されている。
【００１４】本発明の特徴とするところは、Ｐ型半導体
１とＮ型半導体２の上面に絶縁層５が設けられ、さらに
絶縁層５上でＰ型半導体１の中心部を除く発光部全体に
空乏層制御用電極６が設けられている。
１とＮ型半導体２の上面に絶縁層５が設けられ、さらに
絶縁層５上でＰ型半導体１の中心部を除く発光部全体に
空乏層制御用電極６が設けられている。
【００１５】上記のように構成される発光素子の動作状
態について説明する。
態について説明する。
【００１６】発光素子に流れる電流は、Ｐ型半導体１と
Ｎ型半導体２が接合しているＰＮ接合面８に加わる電圧
をＶとしたとき、exp(eV/kT)に比例する成分（以下成分
Ａという）と、exp(eV/2kT) に比例する成分（以下成分
Ｂという）に分割される。そして、発光素子から射出さ
れる光量は電流成分Ａに比例する。電流が大きい場合、
つまり、電圧Ｖが大きい領域では全電流のうち、成分Ａ
が電流の大部分を占める。
Ｎ型半導体２が接合しているＰＮ接合面８に加わる電圧
をＶとしたとき、exp(eV/kT)に比例する成分（以下成分
Ａという）と、exp(eV/2kT) に比例する成分（以下成分
Ｂという）に分割される。そして、発光素子から射出さ
れる光量は電流成分Ａに比例する。電流が大きい場合、
つまり、電圧Ｖが大きい領域では全電流のうち、成分Ａ
が電流の大部分を占める。
【００１７】従って、発光素子から射出される光量が成
分Ａに比例するので、電流の増加に対する光量の増加率
は一定になる。つまり、電圧Ｖが大きい領域では電流と
光出力の比は電流値に依存せず、安定したものになる。
分Ａに比例するので、電流の増加に対する光量の増加率
は一定になる。つまり、電圧Ｖが大きい領域では電流と
光出力の比は電流値に依存せず、安定したものになる。
【００１８】次に電流値が小さい場合、つまり電圧Ｖが
小さい領域では、成分Ｂの占める割合が比較的大きく、
成分Ａと成分Ｂの比が電圧に依存するので、電流の増加
に対する光量の増加率は一定にならない。つまり、電圧
Ｖが小さい領域では電流と光出力の比は電流値に依存す
るようになる。ここで、電流成分Ｂの主な成分は発光素
子表面に露出したＰＮ接合面近傍の空乏層内で起こる電
子とホールの再結合電流である。
小さい領域では、成分Ｂの占める割合が比較的大きく、
成分Ａと成分Ｂの比が電圧に依存するので、電流の増加
に対する光量の増加率は一定にならない。つまり、電圧
Ｖが小さい領域では電流と光出力の比は電流値に依存す
るようになる。ここで、電流成分Ｂの主な成分は発光素
子表面に露出したＰＮ接合面近傍の空乏層内で起こる電
子とホールの再結合電流である。
【００１９】従って、半導体表面に露出した空乏層の表
面積を減少させることにより電流成分Ｂを減少させるこ
とができる。
面積を減少させることにより電流成分Ｂを減少させるこ
とができる。
【００２０】半導体のＰＮ接合部に存在する空乏層７
は、空乏層制御用電極６に電圧を印加してない時は、図
３に示すようにＰＮ接合面８の周囲に分布している。
は、空乏層制御用電極６に電圧を印加してない時は、図
３に示すようにＰＮ接合面８の周囲に分布している。
【００２１】次に、半導体表面に露出した空乏層上に絶
縁層５を介して設けられた空乏層制御用電極６に正の電
圧をを印加すると、電子が半導体表面に引き寄せられ
て、空乏層７が図４に示すように移動する。
縁層５を介して設けられた空乏層制御用電極６に正の電
圧をを印加すると、電子が半導体表面に引き寄せられ
て、空乏層７が図４に示すように移動する。
【００２２】図２に示すように、上記空乏層制御用電極
６は、Ｐ型半導体１の中心部分を除いて設けられている
ので半導体表面上の空乏層は、空乏層制御用電極６に覆
われていない中心付近に移動する。
６は、Ｐ型半導体１の中心部分を除いて設けられている
ので半導体表面上の空乏層は、空乏層制御用電極６に覆
われていない中心付近に移動する。
【００２３】上記空乏層制御用電極６に覆われていない
部分９の周囲長は、ＰＮ接合が発光素子表面に露出して
いる部分の周囲長より短いので、発光素子表面に露出し
た空乏層領域は空乏層制御用電極６に正の電圧を印加す
る前と比較して小さくなる。従って、空乏層制御用電極
６に正の電圧を印加すれば、電流成分Ｂが減少し図５で
実線に示すように電流が小さい領域でも、発光素子に流
れる電流の増加に対する光量の増加率を一定にすること
ができる。
部分９の周囲長は、ＰＮ接合が発光素子表面に露出して
いる部分の周囲長より短いので、発光素子表面に露出し
た空乏層領域は空乏層制御用電極６に正の電圧を印加す
る前と比較して小さくなる。従って、空乏層制御用電極
６に正の電圧を印加すれば、電流成分Ｂが減少し図５で
実線に示すように電流が小さい領域でも、発光素子に流
れる電流の増加に対する光量の増加率を一定にすること
ができる。
【００２４】なお、上記実施例においては、Ｎ型半導体
上にＰ型半導体を形成した場合について説明したが、Ｐ
型半導体上にＮ型半導体を形成した発光素子においても
同様の構造を持つ発光素子を作れる。この場合、空乏層
を制御する電極には負の電圧を印加して、空乏層制御用
電極の下にホールを集めることによって、空乏層を移動
する。
上にＰ型半導体を形成した場合について説明したが、Ｐ
型半導体上にＮ型半導体を形成した発光素子においても
同様の構造を持つ発光素子を作れる。この場合、空乏層
を制御する電極には負の電圧を印加して、空乏層制御用
電極の下にホールを集めることによって、空乏層を移動
する。
【００２５】さらに、本実施例においてはＰ型半導体及
びＮ型半導体としてガリウム砒素リンを用いたが、ガリ
ウム砒素、アルミニウム砒素リン、ガリウム・リン、イ
ンジュウム・ガリウム・リン等の他の化合物半導体を用
いることも可能である。
びＮ型半導体としてガリウム砒素リンを用いたが、ガリ
ウム砒素、アルミニウム砒素リン、ガリウム・リン、イ
ンジュウム・ガリウム・リン等の他の化合物半導体を用
いることも可能である。
【００２６】また、第２の実施例として上記実施例にお
いて、空乏層制御用電極として酸化インジウム錫、酸化
錫、酸化カドニウム錫等でできた透明な電極を用いても
よく、この場合発光した光は空乏層制御用電極に邪魔さ
れることなく外部に取り出すことができる。
いて、空乏層制御用電極として酸化インジウム錫、酸化
錫、酸化カドニウム錫等でできた透明な電極を用いても
よく、この場合発光した光は空乏層制御用電極に邪魔さ
れることなく外部に取り出すことができる。
【００２７】また、上記実施例において、空乏層制御用
電極６は、Ｐ型半導体１の中心部分を除いて発光部全体
を覆う構造になっているが、第２の実施例に示すような
透明の電極を用いれば、図６に示すように発光部全体を
覆っても同様の効果が期待できる。
電極６は、Ｐ型半導体１の中心部分を除いて発光部全体
を覆う構造になっているが、第２の実施例に示すような
透明の電極を用いれば、図６に示すように発光部全体を
覆っても同様の効果が期待できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明に基づく発光素子によれば、電流
の増加に対する光量の増加率を一定にすることができる
ので制御性のよい発光素子を作ることができる。
の増加に対する光量の増加率を一定にすることができる
ので制御性のよい発光素子を作ることができる。
【００２９】従って、本発明の発光素子を電子写真方式
のプリンタ露光光源として用いた場合には、光量を電流
で制御容易な露光装置が実現できる。またイメージリー
ダの光源として用いた場合にも制御しやすい装置が可能
となる。さらに、本発明に基づく発光装置を光通信機器
の光源として用いた場合にも制御しやすい装置を作るこ
とができる。
のプリンタ露光光源として用いた場合には、光量を電流
で制御容易な露光装置が実現できる。またイメージリー
ダの光源として用いた場合にも制御しやすい装置が可能
となる。さらに、本発明に基づく発光装置を光通信機器
の光源として用いた場合にも制御しやすい装置を作るこ
とができる。
【図１】本発明に基づく発光素子の断面模式図である。
【図２】本発明に基づく発光素子の平面模式図である。
【図３】本発明に基づく発光素子の空乏層制御用電極に
電圧を印加しないときの空乏層の分布を示した説明図で
ある。
電圧を印加しないときの空乏層の分布を示した説明図で
ある。
【図４】本発明に基づく発光素子の空乏層制御用電極に
正の電圧を印加したときの空乏層の分布を示した説明図
である。
正の電圧を印加したときの空乏層の分布を示した説明図
である。
【図５】本発明に基づく発光素子における電流−光量特
性を示した特性図である。
性を示した特性図である。
【図６】本発明に基づく第２の実施例の発光素子の断面
模式図である。
模式図である。
【図７】従来の発光素子の断面模式図である。
【図８】従来の発光素子の平面模式図である。
【図９】従来の発光素子における電流−光量特性を示し
た特性図である。
た特性図である。
１ Ｐ型半導体（Ｐ型ガリウム砒素リン半導体） ２ Ｎ型半導体（Ｎ型ガリウム砒素リン半導体） ３ 正電極 ４ 負電極 ５ 絶縁層 ６ 空乏層制御用電極 ７ 空乏層 ８ ＰＮ接合面 ９ 空乏層制御用電極に覆われていない部分
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｐ型半導体とＮ型半導体でＰＮ接合を形
成し、電極間に順方向の電圧を印加してＰＮ接合面を発
光させる発光素子において、 表面に露出するＰＮ接合部に正または負の電界を印加す
ることを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の発光素子において、発
光素子表面に絶縁層と、絶縁層を介してＰＮ接合面上に
第２の電極を有することを特徴とする発光素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載の発光素子において、第
２の電極が透明であることを特徴とする発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176292A JPH05243603A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | 発光素子 |
| EP93101754A EP0563539A1 (en) | 1992-02-27 | 1993-02-04 | Linearizing emitted light intensity from a light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176292A JPH05243603A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | 発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243603A true JPH05243603A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=12617418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4176292A Pending JPH05243603A (ja) | 1992-02-27 | 1992-02-27 | 発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0563539A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05243603A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3404304A (en) * | 1964-04-30 | 1968-10-01 | Texas Instruments Inc | Semiconductor junction device for generating optical radiation |
| DD128057A1 (de) * | 1976-05-19 | 1977-10-26 | Frank Bugge | Zweipoliges halbleiterbauelement,eingerichtet fuer lichtemission |
-
1992
- 1992-02-27 JP JP4176292A patent/JPH05243603A/ja active Pending
-
1993
- 1993-02-04 EP EP93101754A patent/EP0563539A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0563539A1 (en) | 1993-10-06 |
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