JP3119513B2 - Avalanche light emitting device - Google Patents

Avalanche light emitting device

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JP3119513B2
JP3119513B2 JP29460091A JP29460091A JP3119513B2 JP 3119513 B2 JP3119513 B2 JP 3119513B2 JP 29460091 A JP29460091 A JP 29460091A JP 29460091 A JP29460091 A JP 29460091A JP 3119513 B2 JP3119513 B2 JP 3119513B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は短波長の発光装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short wavelength light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】発光装置として現在用いられているもの
は、伝導帯の電子と価電子帯の正孔が再結合するときに
光を放出しやすい、直接遷移する材料(GaAsを中心
として、Al、In、P、Sb等を混晶)を用いた発光
ダイオードとレーザー・ダイオードである。
2. Description of the Related Art A light emitting device currently used is a material that directly emits light (e.g., mainly GaAs, Al, etc.) that easily emits light when electrons in a conduction band and holes in a valence band recombine. , In, P, Sb, etc.).

【0003】図7は二重ヘテロ構造の発光ダイオードの
構造(a)と動作原理(b)である。
FIG. 7 shows the structure (a) and operation principle (b) of a light emitting diode having a double hetero structure.

【0004】図7(a)は、p型のGaAs層602を
中に挟んで、P型のGa1ーxAlxAs層601とn型の
Ga1ーyAlyAs層603の二重ヘテロ構造になってい
る。
[0004] FIG. 7 (a), sandwiched in GaAs layer 602 of p-type, double P-type Ga 1 over x Al x As layer 601 and the n-type Ga 1 over y Al y As layer 603 It has a hetero structure.

【0005】P型のGa1ーxAlxAs層601の電極と
してはオーミック接触となる金属電極604が用いら
れ、n型のGa1ーyAlyAs層603の電極としてはオ
ーミック接触となる金属電極605が用いられる。
[0005] Metal electrodes 604 serving as the ohmic contact is used as the electrode of a P-type Ga 1 over x Al x As layer 601, an ohmic contact is an electrode of the n-type Ga 1 over y Al y As layer 603 A metal electrode 605 is used.

【0006】この発光ダイオードの動作は、図7(b)
に示すようにn型のGa1ーyAlyAs層603から順バ
イアスのpn接合を通して注入された電子はp型のGa
As層602で正孔と再結合し、GaAsのバンド間エ
ネルギー差に相当する波長(0.89μm)で発光す
る。
The operation of this light emitting diode is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, electrons injected from the n-type Ga 1-y Al y As layer 603 through a forward-biased pn junction are p-type Ga
The holes recombine with holes in the As layer 602 and emit light at a wavelength (0.89 μm) corresponding to the energy difference between the bands of GaAs.

【0007】一方、注入された電子はヘテロ接合の障壁
のためにp型のGa1ーxAlxAs層601には拡散する
ことができずに、p型のGaAs層602内のみで発光
する事になる。
On the other hand, the injected electrons cannot diffuse into the p-type Ga 1-x Al x As layer 601 due to the barrier of the hetero junction, and emit light only in the p-type GaAs layer 602. Will be.

【0008】発光した光はGaAlAs層のバンド間エ
ネルギー差が大きいので吸収されることなく外部へ取り
出される。
The emitted light is extracted outside without being absorbed because the energy difference between the bands of the GaAlAs layer is large.

【0009】図8は、二重ヘテロ構造の半導体レーザー
の構造(a)と動作原理(b)である。
FIG. 8 shows the structure (a) and the operating principle (b) of a semiconductor laser having a double hetero structure.

【0010】図8(a)はn型のGa1ーxAlxAs層7
01、p型(又はn型の)GaAs層702、p型のG
1ーxAlxAs層703の三層を成長させたGa1ーx
xAsウェーハから切り出したものの両端をへき開に
よって平行な反射鏡面を706の部分に作っている。G
aAs層702がレーザー発振させる活性層であり、n
型のGa1ーxAlxAs層701とp型GaAs層の間が
ヘテロのpn接合であり、p型GaAs層702とp型
のGa1ーxAlxAs層703の間がヘテロのアイソ接合
である。なお、金属電極704および705はn型のG
1ーxAlxAs層701およびp型のGa1ーxAlxAs
層703とオーミック接触である。
FIG. 8A shows an n-type Ga 1 -x Al x As layer 7.
01, p-type (or n-type) GaAs layer 702, p-type G
a 1 over x Al x Ga 1 over grown three layers of As layer 703 x A
A parallel reflecting mirror surface is formed at a portion 706 by cleaving both ends of a cut piece from the l x As wafer. G
an aAs layer 702 is an active layer that causes laser oscillation;
A hetero pn junction is formed between the p-type Ga 1-x Al x As layer 701 and the p-type GaAs layer, and a hetero-isolation is formed between the p-type GaAs layer 702 and the p-type Ga 1-x Al x As layer 703. Joining. The metal electrodes 704 and 705 are n-type G
a 1 -x Al x As layer 701 and p-type Ga 1 -x Al x As
Ohmic contact with layer 703.

【0011】この半導体レーザーの動作は、図8(b)
に示すようにn型のGa1ーxAlxAs層701から順バ
イアスのpn接合を通して注入された電子はp型のGa
As層702でp型のGa1ーxAlxAs層703から注
入された正孔と再結合しながらレーザー発振を生ずる。
(文献:アイ・ハヤシ、エムヒ゛・ハ゜ニシュ、エフケー・ラインハルト、"GaAs-AlxGa
1-xAs 二重ヘテロ注入レーザ"(I.Hayashi, M.B.Panish,
and F.K.Reinhart,"GaAs-AlxGa1-xAs double heterost
ructure injection lazers"),J.Appl.Phys.,vol.42, n
o.4, p.1929,Apr. 1971を参照)
The operation of this semiconductor laser is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, electrons injected from the n-type Ga 1-x Al x As layer 701 through the forward-biased pn junction are p-type Ga -x Al x As layers.
As layer 702 produces a laser oscillation while recombine with holes injected from the p-type Ga 1 over x Al x As layer 703.
(Literature: Ai Hayashi, M. Hazanis, F. K. Reinhardt, "GaAs-Al x Ga
1-x As double hetero-injection laser "(I. Hayashi, MBPanish,
and FKReinhart, "GaAs-Al x Ga 1-x As double heterost
ructure injection lazers "), J. Appl. Phys., vol. 42, n
o.4, p.1929, see Apr. 1971)

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な構造で赤外光〜可視光の一部(赤・緑色)の波長領域
までは実用的な輝度レベルの発光に成功し商品化されて
いるが、可視光の青色〜紫外光の波長領域における発光
については実験的なレベルで発光の研究報告があるだけ
で、実用的な輝度レベルでの発光は極めて困難な現況で
ある。
However, with the above-described structure, light having a practical luminance level has been successfully achieved up to a part of the wavelength range of infrared light to visible light (red and green) and commercialized. However, as for light emission in the wavelength region of visible light from blue to ultraviolet light, there is only a research report on light emission at an experimental level, and light emission at a practical luminance level is extremely difficult.

【0013】可視光の青色〜紫外光の波長領域におい
て、実用的な輝度レベルの発光を実現するためには次の
四条件を満たすことが必要である。
In order to emit light of a practical luminance level in the wavelength range of visible light from blue to ultraviolet light, it is necessary to satisfy the following four conditions.

【0014】(1)2.6eV以上のバンド・ギャップをも
つ材料が必要である。
(1) A material having a band gap of 2.6 eV or more is required.

【0015】(2)注入されたキャリアが効率よく光に変
換される直接遷移の材料を用いる。
(2) Use a direct transition material in which the injected carriers are efficiently converted into light.

【0016】(3)発光の担い手となるキャリア(電子・
正孔)を効率よく注入できるpn接合が必要である。
(3) Carriers (electrons,
A pn junction capable of injecting holes efficiently is required.

【0017】(4)pn接合素子の端子電極としてオーミ
ック接触の金属電極が必要である。
(4) Ohmic contact metal electrodes are required as terminal electrodes of the pn junction element.

【0018】可視光の青色〜紫外光の波長領域におい
て、硫化亜鉛ZnS(3.7eV)、セレン化亜鉛Zn
Se(2.7eV)などは条件(1)、(2)を満たしており
発光素子の材料として有望である。ところが、このよう
な青色発光に用いる材料はイオン性結晶であるため高濃
度のp型結晶が作製しにくいこと、しかもそのためにp
型の半導体層にオーミック接触の金属電極が形成できな
いことになり、条件(3)、(4)が満たされない。
In the wavelength region of visible light from blue to ultraviolet light, zinc sulfide ZnS (3.7 eV), zinc selenide Zn
Se (2.7 eV) or the like satisfies the conditions (1) and (2) and is promising as a material for a light emitting element. However, since the material used for such blue light emission is an ionic crystal, it is difficult to produce a high-concentration p-type crystal.
As a result, an ohmic contact metal electrode cannot be formed on the semiconductor layer of the mold, and the conditions (3) and (4) are not satisfied.

【0019】本発明はこの様な従来の発光装置の課題に
注目し、低濃度のp型材料を用いたpn接合で十分な発
光輝度が得られ、しかも素子の端子電極としてオーミッ
ク接触の金属電極が不要である発光装置の提供を目的と
する。
The present invention pays attention to such a problem of the conventional light emitting device, and a sufficient light emission luminance can be obtained by a pn junction using a low-concentration p-type material, and an ohmic contact metal electrode is used as a terminal electrode of the element. It is an object of the present invention to provide a light emitting device that does not require a light emitting device.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、電子伝導
(N)型で低不純物濃度の第1の半導体領域と正孔伝導
(P)型で低不純物濃度の第2の半導体領域と第1およ
び第2の半導体領域よりも小さなバンド・ギャップ・エ
ネルギーEg3を有する真性伝導(i)型の第3の半導体
領域とでPiN接合が形成され、第1の半導体領域と第
1の金属とで第1の整流接触(第1の半導体の電子親和
力χ1と第1の金属の仕事関数φM1との間にφM1>χ1が
成立する金属半導体接触)が形成され、第2の半導体領
域と第2の金属とで第2の整流接触(第2の半導体の電
子親和力χ2 およびバンド・ギャップ・エネルギーEg
と第2の金属の仕事関数φM2との間にφM2<{χ2+
(Eg/q)}が成立する金属半導体接触)が形成さ
れ、PiN接合に印加される逆バイアス電圧で生じるア
バランシェ・キャリア増倍が発光効率を決めるアバラン
シェ発光装置である。
According to the present invention, there is provided a first semiconductor region having an electron conduction (N) type and a low impurity concentration, a second semiconductor region having a hole conduction (P) type and a low impurity concentration, and a first semiconductor region having a low impurity concentration. And a third semiconductor region of intrinsic conduction (i) type having a smaller band gap energy Eg3 than the second semiconductor region to form a PiN junction, and the first semiconductor region and the first metal form a PiN junction. 1 rectifying contact (a metal semiconductor contact where φM1> χ1 is established between the electron affinity 電子 1 of the first semiconductor and the work function φM1 of the first metal) is formed, and the second semiconductor region and the second metal And the second rectifying contact (electron affinity χ2 and band gap energy Eg of the second semiconductor)
Between the work function φM2 of the second metal and φM2 <{χ2 +
This is an avalanche light-emitting device in which (Eg / q) 金属 is formed and avalanche-carrier multiplication caused by a reverse bias voltage applied to the PiN junction determines luminous efficiency.

【0021】[0021]

【作用】本発明は、低濃度のp型材料を用いて作製した
pn接合でも等価的に十分なキャリア注入条件を実現す
るために、pn接合に印加した高い逆バイアス電圧で生
じるアバランシェ・キャリア増倍で十分なキャリアを発
生させ、しかも素子の端子電極には半導体の多数キャリ
アに対してショットキー障壁を形成する整流接触型の金
属電極を用いる発光装置を提供する。従って、高濃度の
p型材料を必要とせず、しかも不純物の少ない結晶を発
光材料として用いる事で発光効率も向上し、また実現し
にくいオーミック接触も不要なので、可視光の青色〜紫
外光の波長領域においても、製造し易く高効率の発光素
子が実現できる。
According to the present invention, an avalanche carrier enhancement caused by a high reverse bias voltage applied to a pn junction is realized in order to realize equivalently sufficient carrier injection conditions even with a pn junction manufactured using a low-concentration p-type material. The present invention provides a light emitting device that uses a rectifying contact-type metal electrode that generates a sufficient number of carriers and that forms a Schottky barrier for a majority carrier of a semiconductor as a terminal electrode of an element. Therefore, high-concentration p-type material is not required, and luminous efficiency is improved by using a crystal with few impurities as a luminescent material. Ohmic contact, which is difficult to realize, is not required. Also in the region, a light-emitting element that is easy to manufacture and has high efficiency can be realized.

【0022】[0022]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1(a)、(b)、(c)は本発明の第
1の実施例である。
FIGS. 1A, 1B and 1C show a first embodiment of the present invention.

【0024】図1(a)、(b)に示すように、本実施
例の素子構造は、バンド・ギャップ・エネルギーEgiが
2.7eVで真性伝導(i)型のZnSe層101を中
にはさんで、EgPおよびEgNが3.8eVでP型のZn
1ーxCdxS層103とN型のZn1ーxCdxS層102か
らなる二重ヘテロ構造のPiN接合である。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the device structure of this embodiment has an intrinsic conduction (i) type ZnSe layer 101 with a band gap energy Egi of 2.7 eV. , Pg type Zn with EgP and EgN of 3.8 eV
This is a double hetero structure PiN junction composed of a 1-x Cd x S layer 103 and an N-type Zn 1-x Cd x S layer 102.

【0025】N型のZn1ーxCdxS層102の端子電極
としては、ショットキー・バリアを形成する金属電極1
04を用いることで電子に対する障壁が形成されてい
る。この時、Zn1ーxCdxS層102の電子親和力をχ
1とし、金属電極104の仕事関数をφM1とすればφM1
>χ1が成り立つ。
As a terminal electrode of the N-type Zn 1 -x Cd x S layer 102, a metal electrode 1 forming a Schottky barrier is used.
The use of 04 forms a barrier to electrons. At this time, the electron affinity of the Zn 1 -x Cd x S layer 102 is reduced by χ.
If the work function of the metal electrode 104 is φM1, then φM1
> Χ1 holds.

【0026】P型のZn1ーxCdxS層103の端子電極
としては、ショットキー・バリアを形成する金属電極1
05を用いることで正孔に対する障壁が形成されてい
る。この時、Zn1ーxCdxS層103の電子親和力およ
びバンド・ギャップ・エネルギーをそれぞれχ2 および
EgPとし、金属電極105の仕事関数をφM2とすれば、
φM2<{χ2 +(EgP/q)}が成り立つ。
As a terminal electrode of the P-type Zn 1 -x Cd x S layer 103, a metal electrode 1 forming a Schottky barrier is used.
By using 05, a barrier to holes is formed. At this time, if the electron affinity and band gap energy of the Zn 1 -x Cd x S layer 103 are χ2 and EgP, respectively, and the work function of the metal electrode 105 is MM2,
φM2 <{2+ (EgP / q)} holds.

【0027】この発光装置の動作を次に示す。The operation of the light emitting device will be described below.

【0028】図1(c)に示すようにPiN接合に逆バ
イアスを印加すると、たとえば電子が電界によって、符
号110で示す様に加速されて、1.5×EgPに等しい
か、またはそれ以上の運動エネルギーを得ると、そのエ
ネルギーの一部を価電子帯の電子に与え、伝導帯中へ、
符号112で示すように、電離させる。この結果、電子
ー正孔対が発生し、同時に第1の電子は熱平衡に達しよ
うとして、符号111で示すように、伝導帯の底に至
る。そこで電界により熱せられ得る2つの電子と1つの
正孔が存在することになる。これらが再び約1.5×Eg
P(あるいは約1.5×EgN)の運動エネルギーを得る
と、各々がさらに電子ー正孔対を作りだし、この過程は
アバランシェ(雪崩)のように何回も繰り返される。
When a reverse bias is applied to the PiN junction as shown in FIG. 1 (c), for example, electrons are accelerated by the electric field as shown by reference numeral 110, and the electrons are accelerated as shown by reference numeral 110 or more. When the kinetic energy is obtained, a part of the energy is given to electrons in the valence band,
As indicated by reference numeral 112, ionization is performed. As a result, an electron-hole pair is generated, and at the same time, the first electron tries to reach thermal equilibrium and reaches the bottom of the conduction band as indicated by reference numeral 111. There will be two electrons and one hole that can be heated by the electric field. These are again about 1.5 x Eg
When they get a kinetic energy of P (or about 1.5 x EgN), each creates more electron-hole pairs, and this process is repeated many times like an avalanche.

【0029】こうして発生した多数の電子・正孔はバン
ド・ギャップ・エネルギーの小さいZnSe層101に
閉じこめられ、再結合の際にZnSeのバンド間エネル
ギー差に相当する青色光の波長(0.46μm)で発光
する。
Many electrons and holes thus generated are confined in the ZnSe layer 101 having a small band gap energy, and the wavelength (0.46 μm) of blue light corresponding to the energy difference between the bands of ZnSe upon recombination. Emits light.

【0030】レーザー発振させる場合には、図1(a)
のように反射鏡となる部分106をへき開などで形成す
る事で実現できる。
FIG. 1A shows a case where laser oscillation is performed.
It can be realized by forming the part 106 to be a reflecting mirror by cleavage or the like.

【0031】以上のように、本実施例によれば、低濃度
のp型半導体しか製造できなくても、またオーミック接
触の端子電極ができなくても、逆バイアス下のアバラン
シェ増倍を用いれば十分なキャリアを発光領域に発生さ
せることができ、短波長の発光ダイオードやレーザー・
ダイオードが実現できる。
As described above, according to the present embodiment, even if only a low-concentration p-type semiconductor can be manufactured, and even if a terminal electrode of ohmic contact cannot be formed, avalanche multiplication under reverse bias is used. Sufficient carriers can be generated in the light emitting region, and short wavelength light emitting diodes and lasers
A diode can be realized.

【0032】なお、アバランシェ発光素子150を図2
のように2次元に配列して、水平および垂直選択のマル
チプレクサ160および170と、水平および垂直の選
択スイッチ161および171と、電源Pを用いてエリ
アのアバランシェ発光装置とすることも可能である。
The avalanche light emitting device 150 is shown in FIG.
It is also possible to form an avalanche light emitting device for an area using the multiplexers 160 and 170 for selecting horizontal and vertical, the selecting switches 161 and 171 for horizontal and vertical, and the power supply P as shown in FIG.

【0033】図3(a)、(b)、(c)は本発明の第
2の実施例である。
FIGS. 3A, 3B and 3C show a second embodiment of the present invention.

【0034】図3(a)、(b)に示すように素子構造
は、バンド・ギャップ・エネルギーEgiが2.7eVで
電子伝導(n)型のZnSe層201を中にはさんで、
EgPおよびEgNが3.8eVでP型のZn1ーxCdxS層
203とN型のZn1ーxCdxS層202からなる二重ヘ
テロ構造のPnN接合である。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the device structure has an electron conduction (n) type ZnSe layer 201 with a band gap energy Egi of 2.7 eV and
EgP and EgN are PnN junction of a double heterostructure consisting of Zn 1 over x Cd x S layer 203 and the N-type Zn 1 over x Cd x S layer 202 of P-type at 3.8 eV.

【0035】N型のZn1ーxCdxS層202の端子電極
としては、ショットキー・バリアを形成する金属電極2
04を用いることで電子に対する障壁が形成されてい
る。この時、Zn1ーxCdxS層202の電子親和力をχ
1とし、金属電極204の仕事関数をφM1とすればφM1
>χ1が成り立つ。
As a terminal electrode of the N-type Zn 1 -x Cd x S layer 202, a metal electrode 2 forming a Schottky barrier is used.
The use of 04 forms a barrier to electrons. At this time, the electron affinity of the Zn 1-x Cd x S layer 202 is reduced by χ.
If the work function of the metal electrode 204 is φM1, then φM1
> Χ1 holds.

【0036】P型のZn1ーxCdxS層203の端子電極
としては、ショットキー・バリアを形成する金属電極2
05を用いることで正孔に対する障壁が形成されてい
る。この時、Zn1ーxCdxS層203の電子親和力およ
びバンド・ギャップ・エネルギーをそれぞれχ2および
EgPとし、金属電極205の仕事関数をφM2とすればφ
M2<{χ2+(EgP/q)}が成り立つ。
As the terminal electrode of the P-type Zn 1 -x Cd x S layer 203, a metal electrode 2 forming a Schottky barrier is used.
By using 05, a barrier to holes is formed. At this time, if the electron affinity and band gap energy of the Zn 1 -x Cd x S layer 203 are χ2 and EgP, respectively, and the work function of the metal electrode 205 is MM2,
M2 <{2+ (EgP / q)} holds.

【0037】この発光装置の動作は次のようになる。The operation of the light emitting device is as follows.

【0038】図3(c)に示すようにPnN接合に逆バ
イアスを印加すると、たとえば電子が電界によって加速
されて、1.5×EgPに等しいか、またはそれ以上の運
動エネルギーを得ると、そのエネルギーの一部を価電子
帯の電子に与え、伝導帯中へ電離させる。この結果、電
子ー正孔対が発生し、同時に第1の電子は熱平衡に達し
ようとして伝導帯の底に至る。そこで電界により熱せら
れ得る2つの電子と1つの正孔が存在することになる。
これらが再び約1.5×EgP(あるいは約1.5×EgN)
の運動エネルギーを得ると、各々がさらに電子ー正孔対
を作りだし、この過程はアバランシェ(雪崩)のように
何回も繰り返される。
When a reverse bias is applied to the PnN junction as shown in FIG. 3C, for example, when electrons are accelerated by an electric field and a kinetic energy equal to or more than 1.5 × EgP is obtained, the kinetic energy is increased. Some of the energy is given to electrons in the valence band, causing ionization into the conduction band. As a result, electron-hole pairs are generated, and at the same time, the first electron tries to reach thermal equilibrium and reaches the bottom of the conduction band. There will be two electrons and one hole that can be heated by the electric field.
These are again about 1.5 x EgP (or about 1.5 x EgN)
When each kinetic energy is obtained, each further creates an electron-hole pair, and this process is repeated many times like an avalanche.

【0039】こうして発生した多数の電子・正孔はバン
ド・ギャップ・エネルギーの小さいZnSe層201に
閉じこめられ、再結合の際にZnSeのバンド間エネル
ギー差に相当する青色光の波長(0.46μm)で発光
する。
Many electrons and holes thus generated are confined in the ZnSe layer 201 having a small band gap energy, and the wavelength (0.46 μm) of blue light corresponding to the energy difference between the bands of ZnSe upon recombination. Emits light.

【0040】レーザー発振させる場合には、図3(a)
のように反射鏡となる部分206をへき開などで形成す
る事で実現できる。
FIG. 3A shows a case where laser oscillation is performed.
It can be realized by forming the portion 206 to be a reflecting mirror by cleavage or the like.

【0041】以上のように、本実施例によれば、低濃度
のp型半導体しか製造できなくても、また真性伝導の半
導体が製造できなくても、さらにオーミック接触の端子
電極ができなくても逆バイアス下のアバランシェ増倍を
用いれば十分なキャリアを発光領域に発生させることが
でき、短波長の発光ダイオードやレーザー・ダイオード
が実現できる。
As described above, according to this embodiment, even if only a low-concentration p-type semiconductor can be manufactured, or if an intrinsically conductive semiconductor cannot be manufactured, a terminal electrode for ohmic contact cannot be formed. Also, if avalanche multiplication under reverse bias is used, sufficient carriers can be generated in the light emitting region, and a short wavelength light emitting diode or laser diode can be realized.

【0042】図4(a)、(b)、(c)は本発明の第
3の実施例である。
FIGS. 4A, 4B and 4C show a third embodiment of the present invention.

【0043】図4(a)、(b)に示すように、素子構
造は、バンド・ギャップ・エネルギーEgiが2.7eV
で真性伝導(i)型のZnSe層301を中にはさん
で、EgPおよびEgNが3.8eVでP型のZn1ーxCdx
S層303とN型のZn1ーxCdxS層302からなる二
重ヘテロ構造のPiN接合である。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the device structure has a band gap energy Egi of 2.7 eV.
With the intrinsic conduction (i) type ZnSe layer 301 interposed therebetween, EgP and EgN are 3.8 eV and P type Zn 1−x Cd x
A PiN junction of a double heterostructure consisting of S layer 303 and the N-type Zn 1 over x Cd x S layer 302.

【0044】N型のZn1ーxCdxS層302側の端子電
極としては、絶縁体層307を間にはさんで金属電極3
04が形成されている。
As a terminal electrode on the side of the N-type Zn 1 -x Cd x S layer 302, a metal electrode 3 with an insulator layer 307 interposed therebetween
04 is formed.

【0045】P型のZn1ーxCdxS層303側の端子電
極としては、絶縁体層308を間にはさんで金属電極3
05が形成されている。
As a terminal electrode on the side of the P-type Zn 1 -x Cd x S layer 303, a metal electrode 3 with an insulator layer 308 interposed therebetween is used.
05 is formed.

【0046】この発光装置の動作は次に示す通りであ
る。
The operation of the light emitting device is as follows.

【0047】図4(c)に示すようにPiN接合に逆バ
イアスを印加すると、たとえば電子が電界によって加速
されて、1.5×EgPに等しいか、またはそれ以上の運
動エネルギーを得ると、そのエネルギーの一部を価電子
帯の電子に与え、伝導帯中へ電離させる。この結果、電
子ー正孔対が発生し、同時に第1の電子は熱平衡に達し
ようとして伝導帯の底に至る。そこで電界により熱せら
れ得る2つの電子と1つの正孔が存在することになる。
これらが再び約1.5×EgP(あるいは約1.5×EgN)
の運動エネルギーを得ると、各々がさらに電子ー正孔対
を作りだし、この過程はアバランシェ(雪崩)のように
何回も繰り返される。
When a reverse bias is applied to the PiN junction as shown in FIG. 4 (c), for example, when electrons are accelerated by an electric field and a kinetic energy equal to or more than 1.5 × EgP is obtained, Some of the energy is given to electrons in the valence band, causing ionization into the conduction band. As a result, electron-hole pairs are generated, and at the same time, the first electron tries to reach thermal equilibrium and reaches the bottom of the conduction band. There will be two electrons and one hole that can be heated by the electric field.
These are again about 1.5 x EgP (or about 1.5 x EgN)
When each kinetic energy is obtained, each further creates an electron-hole pair, and this process is repeated many times like an avalanche.

【0048】こうして発生した多数の電子・正孔はバン
ド・ギャップ・エネルギーの小さいZnSe層301に
閉じこめられ、再結合の際にZnSeのバンド間エネル
ギー差に相当する青色光の波長(0.46μm)で発光
する。
Many electrons and holes thus generated are confined in the ZnSe layer 301 having a small band gap energy, and the wavelength (0.46 μm) of blue light corresponding to the energy difference between the bands of ZnSe upon recombination. Emits light.

【0049】レーザー発振させる場合には、図4(a)
のように反射鏡となる部分306をへき開などで形成す
る事で実現できる。
When laser oscillation is performed, FIG.
It can be realized by forming the portion 306 to be a reflecting mirror by cleavage as shown in FIG.

【0050】以上のように、本実施例によれば、低濃度
のp型半導体しか製造できなくても、また端子電極と半
導体の接触状態を気にせず、逆バイアス下のアバランシ
ェ増倍を用いれば十分なキャリアを発光領域に発生させ
ることができ、短波長の発光ダイオードやレーザー・ダ
イオードが実現できる。
As described above, according to this embodiment, even if only a low-concentration p-type semiconductor can be manufactured, the avalanche multiplication under the reverse bias can be used without concern for the contact state between the terminal electrode and the semiconductor. If sufficient carriers can be generated in the light emitting region, a short wavelength light emitting diode or laser diode can be realized.

【0051】図5(a)、(b)、(c)は本発明の第
4の実施例である。
FIGS. 5A, 5B and 5C show a fourth embodiment of the present invention.

【0052】図5(a)、(b)に示すように素子構造
は、バンド・ギャップ・エネルギーEgiが3.8eVで
真性伝導(i)型のZnS層401を中にはさんで、E
gPおよびEgNが2.7eVでp型のZnSe層403と
n型のZnSe層402からなる二重ヘテロ構造のpI
n接合である。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the device structure has a band gap energy Egi of 3.8 eV and an intrinsic conduction (i) type ZnS layer 401 sandwiched therebetween.
gP and EgN of 2.7 eV and a double heterostructure pI composed of a p-type ZnSe layer 403 and an n-type ZnSe layer 402
It is an n-junction.

【0053】n型のZnSe層402の端子電極として
は、ショットキー・バリアを形成する金属電極404を
用いることで電子に対する障壁が形成されている。この
時、ZnSe層402の電子親和力をχ1とし、金属電
極404の仕事関数をφM1とすればφM1>χ1が成り立
つ。
As a terminal electrode of the n-type ZnSe layer 402, an electron barrier is formed by using a metal electrode 404 forming a Schottky barrier. At this time, if the electron affinity of the ZnSe layer 402 is χ1 and the work function of the metal electrode 404 is MM1, then MM1> χ1 holds.

【0054】p型のZnSe層403の端子電極として
は、ショットキー・バリアを形成する金属電極405を
用いることで正孔に対する障壁が形成されている。この
時、ZnSe層403の電子親和力およびバンド・ギャ
ップ・エネルギーをそれぞれχ2 およびEgPとし、金属
電極405の仕事関数をφM2とすればφM2<{χ2+
(EgP/q)}が成り立つ。
As a terminal electrode of the p-type ZnSe layer 403, a barrier against holes is formed by using a metal electrode 405 forming a Schottky barrier. At this time, if the electron affinity and band gap energy of the ZnSe layer 403 are χ2 and EgP, respectively, and the work function of the metal electrode 405 is MM2, then MM2 <{χ2 +
(EgP / q)} holds.

【0055】この発光装置の動作は次に示すようになっ
ている。
The operation of the light emitting device is as follows.

【0056】図5(c)に示すようにpIn接合に逆バ
イアスを印加すると、たとえば電子が電界によって、符
号410に示すように加速されて、1.5×EgPに等し
いか、またはそれ以上の運動エネルギーを得ると、その
エネルギーの一部を価電子帯の電子に与え、伝導帯中へ
符号412に示すように電離させる。この結果、電子ー
正孔対が発生し、同時に第1の電子は熱平衡に達しよう
として、符号411に示すように、伝導帯の底に至る。
そこで電界により熱せられ得る2つの電子と1つの正孔
が存在することになる。これらが再び約1.5×EgP
(あるいは約1.5×EgN)の運動エネルギーを得る
と、各々がさらに電子ー正孔対を作りだし、この過程は
アバランシェ(雪崩)のように何回も繰り返される。
When a reverse bias is applied to the pIn junction as shown in FIG. 5 (c), for example, electrons are accelerated by an electric field as shown by reference numeral 410, and are equal to or more than 1.5 × EgP. When the kinetic energy is obtained, a part of the energy is given to electrons in the valence band, and ionized as shown by reference numeral 412 in the conduction band. As a result, an electron-hole pair is generated, and at the same time, the first electron tries to reach thermal equilibrium and reaches the bottom of the conduction band as indicated by reference numeral 411.
There will be two electrons and one hole that can be heated by the electric field. These are again about 1.5 x EgP
(Or about 1.5 x EgN), each creates more electron-hole pairs, and this process is repeated many times, like an avalanche.

【0057】こうして発生した多数の電子・正孔のう
ち、電子はバンド・ギャップ・エネルギーの大きいZn
S層401とp型のZnSe層403の境界付近に集ま
り、正孔はバンド・ギャップ・エネルギーの大きいZn
S層401とn型のZnSe層402の境界付近に集ま
る。
Out of the large number of electrons and holes thus generated, the electrons are Zn having a large band gap energy.
Holes gather near the boundary between the S layer 401 and the p-type ZnSe layer 403, and holes are formed in Zn having a large band gap energy.
It gathers near the boundary between the S layer 401 and the n-type ZnSe layer 402.

【0058】この時、ZnS層401の厚さがトンネル
効果に必要な厚さの2倍弱であれば図5(c)の図中4
20および430のように電子および正孔はトンネルし
ZnS層401内で再結合する際にZnSeのバンド間
エネルギー差に相当する青色光の波長(0.46μm)
で発光する。
At this time, if the thickness of the ZnS layer 401 is slightly less than twice the thickness required for the tunnel effect, 4 in FIG.
The wavelength of blue light (0.46 μm) corresponding to the energy difference between the bands of ZnSe when electrons and holes tunnel and recombine in the ZnS layer 401 as in 20 and 430.
Emits light.

【0059】レーザー発振させる場合には、図5(a)
のように反射鏡となる部分406をへき開などで形成す
る事で実現できる。
When laser oscillation is performed, FIG.
It can be realized by forming a portion 406 to be a reflecting mirror by cleavage or the like.

【0060】以上のように、本実施例によれば、低濃度
のp型半導体しか製造できなくても、またオーミック接
触の端子電極ができなくても逆バイアス下のアバランシ
ェ・キャリア増倍を用い、さらに発光を行う半導体層の
バンド・ギャップ・エネルギーが所望の値より大きくて
もトンネル効果を用いる事で十分なキャリアを発光領域
に発生させることができ、短波長の発光ダイオードやレ
ーザー・ダイオードが実現できる。
As described above, according to this embodiment, even if only a low-concentration p-type semiconductor can be manufactured, or if a terminal electrode for ohmic contact cannot be formed, avalanche carrier multiplication under reverse bias is used. In addition, even if the band gap energy of the semiconductor layer that emits light is larger than a desired value, sufficient carriers can be generated in the light emitting region by using the tunnel effect, so that a short wavelength light emitting diode or laser diode can be used. realizable.

【0061】図6(a)、(b)、(c)は本発明の第
5の実施例である。
FIGS. 6A, 6B and 6C show a fifth embodiment of the present invention.

【0062】図6(a)、(b)に示すように、素子構
造は、絶縁体層501(Ψで表す)を中にはさんで、E
gPおよびEgNが2.7eVでp型のZnSe層503と
n型のZnSe層502からなる二重ヘテロ構造のpΨ
n接合である。
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the element structure has an insulator layer 501 (indicated by Ψ) sandwiched between E layers.
pΨ of a double hetero structure composed of a p-type ZnSe layer 503 and an n-type ZnSe layer 502 with gP and EgN of 2.7 eV.
It is an n-junction.

【0063】n型のZnSe層502の端子電極として
は、ショットキー・バリアを形成する金属電極504を
用いることで電子に対する障壁が形成されている。この
時、ZnSe層502の電子親和力をχ1とし、金属電
極504の仕事関数をφM1とすればφM1>χ1が成り立
つ。
As a terminal electrode of the n-type ZnSe layer 502, a barrier against electrons is formed by using a metal electrode 504 forming a Schottky barrier. At this time, if the electron affinity of the ZnSe layer 502 is χ1 and the work function of the metal electrode 504 is MM1, then MM1> χ1 holds.

【0064】p型のZnSe層503の端子電極として
は、ショットキー・バリアを形成する金属電極505を
用いることで正孔に対する障壁が形成されている。この
時、ZnSe層503の電子親和力およびバンド・ギャ
ップ・エネルギーをそれぞれχ2およびEgPとし、金属
電極505の仕事関数をφM2とすればφM2<{χ2+
(EgP/q)}が成り立つ。
As a terminal electrode of the p-type ZnSe layer 503, a barrier against holes is formed by using a metal electrode 505 forming a Schottky barrier. At this time, if the electron affinity and band gap energy of the ZnSe layer 503 are χ2 and EgP, respectively, and the work function of the metal electrode 505 is MM2, then φM2 <{χ2 +
(EgP / q)} holds.

【0065】この発光装置の動作は次の通りである。The operation of the light emitting device is as follows.

【0066】図6(c)に示すようにpΨn接合に逆バ
イアスを印加すると、たとえば電子が電界によって加速
されて、1.5×EgPに等しいか、またはそれ以上の運
動エネルギーを得ると、そのエネルギーの一部を価電子
帯の電子に与え、伝導帯中へ電離させる。この結果、電
子ー正孔対が発生し、同時に第1の電子は熱平衡に達し
ようとして伝導帯の底に至る。そこで電界により熱せら
れ得る2つの電子と1つの正孔が存在することになる。
これらが再び約1.5×EgP(あるいは約1.5×EgN)
の運動エネルギーを得ると、各々がさらに電子ー正孔対
を作りだし、この過程はアバランシェ(雪崩)のように
何回も繰り返される。
When a reverse bias is applied to the pΨn junction as shown in FIG. 6C, for example, when electrons are accelerated by an electric field to obtain a kinetic energy equal to or more than 1.5 × EgP, Some of the energy is given to electrons in the valence band, causing ionization into the conduction band. As a result, electron-hole pairs are generated, and at the same time, the first electron tries to reach thermal equilibrium and reaches the bottom of the conduction band. There will be two electrons and one hole that can be heated by the electric field.
These are again about 1.5 x EgP (or about 1.5 x EgN)
When each kinetic energy is obtained, each creates an additional electron-hole pair, and this process is repeated many times like an avalanche.

【0067】こうようにして発生した多数の電子・正孔
のうち、電子は絶縁体層501とp型のZnSe層50
3の境界付近に集まり、また正孔は絶縁体層501とn
型のZnSe層502の境界付近に集まる。
Out of the large number of electrons and holes thus generated, the electrons are the insulator layer 501 and the p-type ZnSe layer 50.
3 and the holes are formed between the insulator layers 501 and n.
Gather near the boundary of the ZnSe layer 502.

【0068】この時、絶縁体層501の厚さがトンネル
効果に必要な厚さの2倍弱であれば図6(c)の図中5
20および530のように電子および正孔はトンネルし
絶縁体層501内で再結合する際にZnSeのバンド間
エネルギー差に相当する青色光の波長(0.46μm)
で発光する。
At this time, if the thickness of the insulator layer 501 is slightly less than twice the thickness required for the tunnel effect, 5 in FIG.
The wavelength of blue light (0.46 μm) corresponding to the energy difference between the bands of ZnSe when electrons and holes tunnel and recombine in the insulator layer 501 as in 20 and 530.
Emits light.

【0069】レーザー発振させる場合には、図6(a)
のように反射鏡となる部分506をへき開などで形成す
る事で実現できる。
FIG. 6A shows a case where laser oscillation is performed.
As described above, this can be realized by forming the portion 506 to be a reflecting mirror by cleavage or the like.

【0070】以上のように、本実施例によれば、低濃度
のp型半導体しか製造できなくても、またオーミック接
触の端子電極ができなくても逆バイアス下のアバランシ
ェ・キャリア増倍を用い、さらに発光部に絶縁体層を用
いてもトンネル効果を用いる事で十分なキャリアを発光
領域に発生させることができ、短波長の発光ダイオード
やレーザー・ダイオードが実現できる。
As described above, according to this embodiment, even if only a low-concentration p-type semiconductor can be manufactured, and if a terminal electrode for ohmic contact cannot be formed, avalanche carrier multiplication under reverse bias is used. Further, even if an insulator layer is used in the light emitting portion, a sufficient carrier can be generated in the light emitting region by using the tunnel effect, so that a short wavelength light emitting diode or laser diode can be realized.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば可視光の
青色〜紫外光の波長領域において実用的な輝度レベルの
発光を実現する場合でも、pn接合に順バイアスを印加
してキャリア注入状態で発光させる従来の発光ダイオー
ドやレーザー・ダイオードのように作製しにくい高濃度
のp型半導体やオーミック接触の端子電極金属も必要と
せず、逆バイアス下のアバランシェ・キャリア増倍を用
い十分なキャリアを発光領域に発生させることができる
ため、製造面で実現しやすくなり、本発明がもたらす実
用的な効果は極めて大きい。
As described above, according to the present invention, even when light emission of a practical luminance level is realized in the wavelength range of visible light from blue to ultraviolet light, a forward bias is applied to the pn junction to inject carriers. It does not require high-concentration p-type semiconductors or ohmic contact terminal electrode metals that are difficult to manufacture like conventional light emitting diodes and laser diodes that emit light in a state, and uses avalanche carrier multiplication under reverse bias to provide sufficient carriers Can be generated in the light emitting region, so that it is easy to realize in terms of manufacturing, and the practical effect brought about by the present invention is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の構造とエネルギー・バ
ンド図である。
FIG. 1 is a structure and energy band diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例のエネルギー・バンド図
である。
FIG. 2 is an energy band diagram of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例の構造とエネルギー・バ
ンド図である。
FIG. 3 is a structure and energy band diagram of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例の構造とエネルギー・バ
ンド図である。
FIG. 4 is a structure and energy band diagram of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例の構造とエネルギー・バ
ンド図である。
FIG. 5 is a structure and energy band diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施例の構造とエネルギー・バ
ンド図である。
FIG. 6 is a structure and energy band diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図7】従来の発光ダイオードの構造とエネルギー・バ
ンド図である。
FIG. 7 is a structure and energy band diagram of a conventional light emitting diode.

【図8】従来のレーザー・ダイオードの構造とエネルギ
ー・バンド図である。
FIG. 8 is a structure and energy band diagram of a conventional laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、301、401 第3の半導
体領域(発光領域) 501 絶縁体領域
(発光領域) 102、202、302、402、502 第1の半導
体領域 103、203、303、403、503 第2の半導
体領域 307、308 絶縁体領域 104、204、304、404、504 第1の金属
電極 105、205、305、405、505 第2の金属
電極 106、206、306、406、506 反射鏡面
(レーザー発振用) 420、430、520、530 キャリアの
トンネル侵入
101, 201, 301, 401 Third semiconductor region (light-emitting region) 501 Insulator region (light-emitting region) 102, 202, 302, 402, 502 First semiconductor region 103, 203, 303, 403, 503 Second Semiconductor region 307, 308 Insulator region 104, 204, 304, 404, 504 First metal electrode 105, 205, 305, 405, 505 Second metal electrode 106, 206, 306, 406, 506 Reflecting mirror surface (laser oscillation 420, 430, 520, 530 Carrier tunnel penetration

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電子伝導(N)型で低不純物濃度の第1
の半導体領域と正孔伝導(P)型で低不純物濃度の第2
の半導体領域と前記第1および前記第2の半導体領域よ
りも小さなバンド・ギャップ・エネルギーEg3を有する
真性伝導(i)型の第3の半導体領域とでPiN接合が
形成され、前記第1の半導体領域と第1の金属とで第1
の整流接触(第1の半導体の電子親和力χ1と第1の金
属の仕事関数φM1との間にφM1>χ1が成立する金属半
導体接触)が形成され、前記第2の半導体領域と第2の
金属とで第2の整流接触(第2の半導体の電子親和力χ
2およびバンド・ギャップ・エネルギーEgと第2の金属
の仕事関数φM2との間にφM2<{χ2+(Eg/q)}が
成立する金属半導体接触)が形成され、前記PiN接合
に印加される逆バイアス電圧で生じるアバランシェ・キ
ャリア増倍が発光効率を決める事を特徴とするアバラン
シェ発光装置。
1. An electron conductive (N) type low impurity concentration first
Semiconductor region and hole-conducting (P) type low impurity concentration second
And a third semiconductor region of intrinsic conduction (i) type having a smaller band gap energy Eg3 than the first and second semiconductor regions, forming a PiN junction, and forming the first semiconductor region. The first in the region and the first metal
(A metal-semiconductor contact where φM1> χ1 is satisfied between the electron affinity χ1 of the first semiconductor and the work function φM1 of the first metal) is formed, and the second semiconductor region and the second metal And the second rectifying contact (electron affinity of the second semiconductor χ
2 and a band gap energy Eg and a metal semiconductor contact satisfying φM2 <{2+ (Eg / q)} are formed between the work function φM2 of the second metal and the reverse voltage applied to the PiN junction. An avalanche light emitting device characterized in that avalanche carrier multiplication caused by a bias voltage determines light emission efficiency.
【請求項2】 電子伝導(N)型で低不純物濃度の第1
の半導体領域と正孔伝導(P)型で低不純物濃度の第2
の半導体領域と前記第1および前記第2の半導体領域よ
りも小さなバンド・ギャップ・エネルギーEg3を有する
正孔伝導(n)型で低不純物濃度の第3の半導体領域と
でPnN接合が形成され、前記第1の半導体領域と第1
の金属とで第1の整流接触(第1の半導体の電子親和力
χ1 と第1の金属の仕事関数φM1との間にφM1>χ1が
成立する金属半導体接触)が形成され、前記第2の半導
体領域と第2の金属とで第2の整流接触(第2の半導体
の電子親和力χ2 およびバンド・ギャップ・エネルギー
Eg2と第2の金属の仕事関数φM2との間にφM2<{χ2
+(Eg2/q)}が成立する金属半導体接触)が形成さ
れ、前記PnN接合に印加される逆バイアス電圧で生じ
るアバランシェ・キャリア増倍が発光効率を決める事を
特徴とするアバランシェ発光装置。
2. An electron-conducting (N) type first impurity having a low impurity concentration.
Semiconductor region and hole-conducting (P) type low impurity concentration second
A PnN junction is formed by the semiconductor region of (a) and a third semiconductor region having a hole conduction (n) type and a low impurity concentration having a band gap energy Eg3 smaller than that of the first and second semiconductor regions; The first semiconductor region and the first semiconductor region;
A first rectifying contact (a metal-semiconductor contact in which φM1> χ1 is established between the electron affinity χ1 of the first semiconductor and the work function φM1 of the first metal) with the second semiconductor; A second rectifying contact between the region and the second metal (φM2 <φ2 between the electron affinity ギ ャ ッ プ 2 and band gap energy Eg2 of the second semiconductor and the work function φM2 of the second metal).
+ (Eg2 / q)} is formed, and avalanche carrier multiplication caused by a reverse bias voltage applied to the PnN junction determines light emission efficiency.
【請求項3】 電子伝導(n)型で低不純物濃度の第1
の半導体領域と正孔伝導(p)型で低不純物濃度の第2
の半導体領域とでpn接合が形成され、前記第1の半導
体領域と第1の金属との間に第1の絶縁体層(Ψ1)が
形成され、前記第2の半導体領域と第2の金属との間に
第2の絶縁体層(Ψ2)が形成され、このΨ2pnΨ1接
合に印加される逆バイアス電圧で生じるアバランシェ・
キャリア増倍が発光効率を決める事を特徴とするアバラ
ンシェ発光装置。
3. An electron conductive (n) first impurity having a low impurity concentration.
Semiconductor region with a hole-conducting (p) type and low impurity concentration second
A pn junction is formed with the first semiconductor region, a first insulator layer (Ψ1) is formed between the first semiconductor region and the first metal, and the second semiconductor region and the second metal are formed. And a second insulator layer (Ψ2) is formed between the avalanche and the avalanche voltage generated by the reverse bias voltage applied to the {2pn} 1 junction.
An avalanche light-emitting device characterized in that carrier multiplication determines luminous efficiency.
【請求項4】 電子伝導(n)型で低不純物濃度の第1
の半導体領域と正孔伝導(p)型で低不純物濃度の第2
の半導体領域と前記第1および前記第2の半導体領域よ
りも大きなバンド・ギャップ・エネルギーEg3を有する
真性伝導(I)型の第3の半導体領域とでpIn接合が
形成され、前記第3の半導体領域の厚さがキャリアのト
ンネル注入が成立する厚さの2倍よりは薄いものであ
り、前記第1の半導体領域と第1の金属とで第1の整流
接触(第1の半導体の電子親和力χ1と第1の金属の仕
事関数φM1との間にφM1>χ1が成立する金属半導体接
触)が形成され、前記第2の半導体領域と第2の金属と
で第2の整流接触(第2の半導体の電子親和力χ2およ
びバンド・ギャップ・エネルギーEgと第2の金属の仕
事関数φM2との間にφM2<{χ2+(Eg/q)}が成立
する金属半導体接触)が形成され、前記pIn接合に印
加される逆バイアス電圧で生じるアバランシェ・キャリ
ア増倍が発光効率を決める事を特徴とするアバランシェ
発光装置。
4. An electron-conducting (n) type first impurity having a low impurity concentration.
Semiconductor region with a hole-conducting (p) type and low impurity concentration second
And a third semiconductor region of intrinsic conduction (I) type having a larger band gap energy Eg3 than those of the first and second semiconductor regions, thereby forming a pIn junction, and forming the third semiconductor region. The thickness of the region is thinner than twice the thickness at which the tunnel injection of carriers is established, and the first semiconductor region and the first metal make a first rectifying contact (electron affinity of the first semiconductor). A metal semiconductor contact that satisfies φM1> 成立 1 is formed between χ1 and the work function φM1 of the first metal, and a second rectifying contact (second rectification contact) between the second semiconductor region and the second metal is formed. A metal-semiconductor contact where φM2 <{2+ (Eg / q)} is formed between the electron affinity {2 and band gap energy Eg of the semiconductor and the work function φM2 of the second metal, and the pIn junction is formed. The arc generated by the applied reverse bias voltage Avalanche light-emitting device increase tranches carrier times is characterized by determining the emission efficiency.
【請求項5】 電子伝導(n)型で低不純物濃度の第1
の半導体領域と正孔伝導(p)型で低不純物濃度の第2
の半導体領域と前記第1および前記第2の半導体領域よ
りも大きなバンド・ギャップ・エネルギーEg3を有する
絶縁体領域(Ψで表す)とでpΨn接合が形成され、前
記絶縁体領域の厚さがキャリアのトンネル注入が成立す
る厚さの2倍よりは薄いものであり、前記第1の半導体
領域と第1の金属とで第1の整流接触(第1の半導体の
電子親和力χ1と第1の金属の仕事関数φM1との間にφM
1>χ1が成立する金属半導体接触)が形成され、前記第
2の半導体領域と第2の金属とで第2の整流接触(第2
の半導体の電子親和力χ2およびバンド・ギャップ・エ
ネルギーEgと第2の金属の仕事関数φM2との間にφM2
<{χ2+(Eg/q)}が成立する金属半導体接触)が
形成され、このpΨn接合に印加される逆バイアス電圧
で生じるアバランシェ・キャリア増倍が発光効率を決め
る事を特徴とするアバランシェ発光装置。
5. An electron conductive (n) type first impurity having a low impurity concentration.
Semiconductor region with a hole-conducting (p) type and low impurity concentration second
And an insulator region (represented by Ψ) having a larger band gap energy Eg3 than the first and second semiconductor regions, and a pΨn junction is formed. And a first rectifying contact between the first semiconductor region and the first metal (the electron affinity χ1 of the first semiconductor and the first metal). Between the work function φM1
1> χ1 is formed, and a second rectifying contact (second contact) between the second semiconductor region and the second metal is formed.
Between the electron affinity χ2 and the band gap energy Eg of the semiconductor and the work function φM2 of the second metal.
An avalanche light-emitting device characterized in that an avalanche-carrier multiplication caused by a reverse bias voltage applied to the pΨn junction determines luminous efficiency. .
【請求項6】 電子伝導(N)型で低不純物濃度の第1
の半導体領域と正孔伝導(P)型で低不純物濃度の第2
の半導体領域と前記第1および前記第2の半導体領域よ
りも小さなバンド・ギャップ・エネルギーEg3を有する
真性伝導(i)型の第3の半導体領域とで形成されたP
iN接合の発光画素部を2次元に配列し、前記第1の半
導体領域と第1の整流接触(第1の半導体の電子親和力
χ1 と第1の金属の仕事関数φM1との間にφM1>χ1が
成立する金属半導体接触)を形成する第1の金属を前記
発光画素部の行選択線とし、前記第2の半導体領域とで
第2の整流接触(第2の半導体の電子親和力χ2および
バンド・ギャップ・エネルギーEgと第2の金属の仕事
関数φM2との間にφM2<{χ2+(Eg/q)}が成立す
る金属半導体接触)を形成する第2の金属を前記発光画
素部の列列選択線とし、前記行および列の選択線を選択
する行および列のマルチプレクサを備える事を特徴とす
る2次元のアバランシェ発光装置。
6. An electron-conducting (N) type first impurity having a low impurity concentration.
Semiconductor region and hole-conducting (P) type low impurity concentration second
And a third intrinsic semiconductor region of intrinsic conductivity (i) having a band gap energy Eg3 smaller than that of the first and second semiconductor regions.
An iN junction light-emitting pixel portion is two-dimensionally arranged, and a first rectifying contact with the first semiconductor region (φM1> χ1 between the electron affinity χ1 of the first semiconductor and the work function φM1 of the first metal). The first metal forming the metal-semiconductor contact that satisfies the following conditions is used as a row selection line of the light-emitting pixel portion, and a second rectifying contact (electron affinity of the second semiconductor χ2 and band The second metal forming a metal semiconductor contact that satisfies φM2 <{2+ (Eg / q)} between the gap energy Eg and the work function φM2 of the second metal is selected as a column of the light emitting pixel unit. A two-dimensional avalanche light emitting device, comprising: a line and a row and column multiplexer for selecting the row and column selection line.
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