JPH0467689A - トンネル接合発光素子 - Google Patents
トンネル接合発光素子Info
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- JPH0467689A JPH0467689A JP2180234A JP18023490A JPH0467689A JP H0467689 A JPH0467689 A JP H0467689A JP 2180234 A JP2180234 A JP 2180234A JP 18023490 A JP18023490 A JP 18023490A JP H0467689 A JPH0467689 A JP H0467689A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明はトンネル効果を利用したトンネル接合発光素子
、特に発光ピーク波長を電圧により制御できるトンネル
接合発光素子に間するものである。
、特に発光ピーク波長を電圧により制御できるトンネル
接合発光素子に間するものである。
［従来の技術］
固体発光デバイスとしては、発光ダイオード（ＬＥＤ）
、半導体レーザ（ＬＤ）、電界発光（ＥＬ）などが用い
られている。しかしこれらのデバイスは、印加電圧によ
り発光比力を変えられるが、発光波長に間しては、例外
的に温度変動や電流密度により多少変動するものの、印
加電圧によっては変えることはできない。
、半導体レーザ（ＬＤ）、電界発光（ＥＬ）などが用い
られている。しかしこれらのデバイスは、印加電圧によ
り発光比力を変えられるが、発光波長に間しては、例外
的に温度変動や電流密度により多少変動するものの、印
加電圧によっては変えることはできない。
印加電圧を変えることにより発光ピーク波長を大きく制
御できる発光素子が開発できれば、センサ分野などいろ
いろな分野での応用が期待される。
御できる発光素子が開発できれば、センサ分野などいろ
いろな分野での応用が期待される。
ところで最近、波長チューナプル発光素子の可能性とし
て、トンネル接合発光素子が注目されている。トンネル
接合発光素子は、第７図に示すように、金属／絶縁体／
金属から構成されるもので、この素子に電圧を印加する
と、電子１が薄い絶縁体をトンネル効果により通過し、
このとき接合面より光２が放出されるものである。
て、トンネル接合発光素子が注目されている。トンネル
接合発光素子は、第７図に示すように、金属／絶縁体／
金属から構成されるもので、この素子に電圧を印加する
と、電子１が薄い絶縁体をトンネル効果により通過し、
このとき接合面より光２が放出されるものである。
このトンネル接合発光素子が波長チューナプル発光素子
の可能性として注目されているのは、これから放出され
る光の短波長側のカットオフが印加電圧に依存している
ことが報告されているからである（文献Ｊ、Ｌａｍｂｅ
ａｎｃｌ Ｓ、ＭｃＣａｒｔｈｙ：Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ
。
の可能性として注目されているのは、これから放出され
る光の短波長側のカットオフが印加電圧に依存している
ことが報告されているからである（文献Ｊ、Ｌａｍｂｅ
ａｎｃｌ Ｓ、ＭｃＣａｒｔｈｙ：Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ
。
Ｌｅｔｔ ３７（１９７６）９２３）。
［発明が解決しようとする課題］
しかし従来のトンネル接合発光素子には３つの大きな欠
点がある。
点がある。
１つは印加電圧により短波長端を制御できるに止まり、
発光波長は制御できないことである。２つは短波長にカ
ットオフを持つ連続スペクトルであり、単色光ではない
ことである。３つは発光効率が低く、実際の製品に応用
するのは難しいということである。これらの欠点は「解
説」 （上原洋−２潮田資勝：日本物理学会誌４４ （
１９８９）９０２）にも述べられている。
発光波長は制御できないことである。２つは短波長にカ
ットオフを持つ連続スペクトルであり、単色光ではない
ことである。３つは発光効率が低く、実際の製品に応用
するのは難しいということである。これらの欠点は「解
説」 （上原洋−２潮田資勝：日本物理学会誌４４ （
１９８９）９０２）にも述べられている。
要するに、従来は印加電圧により発光波長の制御てきる
実用的な固体素子は存在しなかった。
実用的な固体素子は存在しなかった。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、印
加電圧により発光波長の制御ができる新規なトンネル接
合発光素子を提供することにある。
加電圧により発光波長の制御ができる新規なトンネル接
合発光素子を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
本発明の要旨は、トンネル接合発光素子の構造として、
■電極／半導体／絶縁体／金属
■電極／ｐ型半導体／絶縁体／金属／絶縁体／ｎ型半導
体／電極 ■電極／ｐ型半導体／絶縁体／半導体／絶縁体／ｎ型半
導体／電極 を用いたことにある。
体／電極 ■電極／ｐ型半導体／絶縁体／半導体／絶縁体／ｎ型半
導体／電極 を用いたことにある。
即ち、本発明のトンネル接合発光素子は、ｐ型又はｎ型
半導体上に絶縁体薄膜を形成し、その絶縁体薄膜上に金
属膜を形成し、上記ｐ型又はｎ型半導体に電極を形成し
て構成したものである。
半導体上に絶縁体薄膜を形成し、その絶縁体薄膜上に金
属膜を形成し、上記ｐ型又はｎ型半導体に電極を形成し
て構成したものである。
また、本発明のトンネル接合発光素子は、ｎ型半導体上
に順に絶縁体薄膜、金属薄膜、絶縁体薄膜、ｎ型半導体
を形成し、上記ｎ型半導体とｎ型半導体に各々オーミッ
ク電極を形成して構成してもよい。
に順に絶縁体薄膜、金属薄膜、絶縁体薄膜、ｎ型半導体
を形成し、上記ｎ型半導体とｎ型半導体に各々オーミッ
ク電極を形成して構成してもよい。
さらに、上記トンネル接合発光素子の絶縁体薄膜間に挟
まれた金属薄膜を半導体薄膜としてもよい。
まれた金属薄膜を半導体薄膜としてもよい。
［作用］
単波長で発光効率の高いトンネル接合発光素子を提供す
ることにある。
ることにある。
［実施例］
以下、本発明の実施例を第１図〜第６図を用いて説明す
る。
る。
実施例１
実施例１０トンネル接合発光素子の構造を第１図に示す
。ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ半導体３の下面の周囲にはｎ側電
極４が形成されており、上面にはＡ１２ｏ３絶紗薄膜５
、更に電極を兼ねるＡＩ金属薄膜が２μｍ形成されてい
る。
。ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ半導体３の下面の周囲にはｎ側電
極４が形成されており、上面にはＡ１２ｏ３絶紗薄膜５
、更に電極を兼ねるＡＩ金属薄膜が２μｍ形成されてい
る。
この発光素子を製作するためには、まずｎ型ＧａＡｓ基
板の裏面にＡｕ−Ｇｅ／Ｎ ｉ／Ａｕのオーミック電極
を形成する。次にこの基板を真空中でり、リニニング後
、ＡｌをＩＣ）Ａ蒸着し、これを酸素にさらして酸化さ
せることにより絶縁体を形成し、さらにその上にＡＩを
２μｍ蒸着する。
板の裏面にＡｕ−Ｇｅ／Ｎ ｉ／Ａｕのオーミック電極
を形成する。次にこの基板を真空中でり、リニニング後
、ＡｌをＩＣ）Ａ蒸着し、これを酸素にさらして酸化さ
せることにより絶縁体を形成し、さらにその上にＡＩを
２μｍ蒸着する。
この素子のｎ側電極４に負電圧、ＡＩ金属薄膜６側正電
圧を印加すると、第２図に示すように、電子１が絶縁体
であるＡｌ２Ｏ３中をトンネル効果により通過し、光２
を放出する。この素子に加える電圧を高くするとピーク
波長は短波長側（高エネルギ側）にシフトし、電圧■を
低くすると低エネルギ側にシフトすることが確認された
。発光ピーク波長は、１２３９／Ｖ［ｎｍコ（＝（１２
３９ｎｍ／Ｖ）／Ｖ）より多少長波長側にシフトしてい
た。
圧を印加すると、第２図に示すように、電子１が絶縁体
であるＡｌ２Ｏ３中をトンネル効果により通過し、光２
を放出する。この素子に加える電圧を高くするとピーク
波長は短波長側（高エネルギ側）にシフトし、電圧■を
低くすると低エネルギ側にシフトすることが確認された
。発光ピーク波長は、１２３９／Ｖ［ｎｍコ（＝（１２
３９ｎｍ／Ｖ）／Ｖ）より多少長波長側にシフトしてい
た。
実施例２
実施例２を説明するためのトンネル接合発光素子構造を
第３図に示す。ｐ型Ｓ１半導体７の下面にはｐ側電極１
３が形成されている。上面にはＡｌ２Ｏ３絶Ｂ薄膜８、
Ａ１金属薄膜９、Ａｌ２Ｏ３絶縁薄膜１０、ｎ型Ｓｉ半
導体１１が形成され、ｎ型Ｓｉ半導体１１の上面周囲に
はｎ側電極１２が形成されている。
第３図に示す。ｐ型Ｓ１半導体７の下面にはｐ側電極１
３が形成されている。上面にはＡｌ２Ｏ３絶Ｂ薄膜８、
Ａ１金属薄膜９、Ａｌ２Ｏ３絶縁薄膜１０、ｎ型Ｓｉ半
導体１１が形成され、ｎ型Ｓｉ半導体１１の上面周囲に
はｎ側電極１２が形成されている。
製作方法は、ｐ型Ｓｉ基板上にＡＩを１０人形成後、酸
素にさらし加熱してＡｌ２Ｏ３膜を形成する。次にＡＩ
膜を５０人形成後、酸素にさらし加熱してＡｌ２Ｏ３膜
を形成する。次にＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長
法）によりｎ型ＳＩＮを形成する。最後にｐ型Ｓ１基板
とｎ型Ｓｉ層に各々ｐ型とｎ型用オーミック電極を形成
する。
素にさらし加熱してＡｌ２Ｏ３膜を形成する。次にＡＩ
膜を５０人形成後、酸素にさらし加熱してＡｌ２Ｏ３膜
を形成する。次にＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長
法）によりｎ型ＳＩＮを形成する。最後にｐ型Ｓ１基板
とｎ型Ｓｉ層に各々ｐ型とｎ型用オーミック電極を形成
する。
この素子のｎ側電極１２に負電圧を、ｎ側電極１３に正
電圧を印加すると、第４図に示すように、電子１がｎ型
半導体から金属中にトンネル効果により注入され、正孔
１４がｐ側電極から金属中にトンネル効果により注入さ
れて光２が放出される。
電圧を印加すると、第４図に示すように、電子１がｎ型
半導体から金属中にトンネル効果により注入され、正孔
１４がｐ側電極から金属中にトンネル効果により注入さ
れて光２が放出される。
金属中では電子と正孔が高密度で存在するため発光がお
こると考えられる。この発光素子では、実施例１に比べ
２つの点て優れていた。
こると考えられる。この発光素子では、実施例１に比べ
２つの点て優れていた。
１つは発光スペクトル分布において長波長側でのすそが
小さいことである。２つは発光出力が５倍から１０倍高
いことである。
小さいことである。２つは発光出力が５倍から１０倍高
いことである。
実施例３
実施例３を説明するための発光素子構造を第５図に示す
。ｐ型Ｓｉ半導体１７の下面にはｎ側電極２３が形成さ
れている。上面にはＡｌ２Ｏ３絶縁薄膜１８、半導体薄
膜としてのＩｎＳｂ膜中９、Ａｌ２Ｏ３絶ｈ’ｆｆｉ膜
２０、ｎ型ｓ１半導体２１がら形成されている。ｎ型半
導体２１の上面周囲にはｎ側電極２２が形成されている
。
。ｐ型Ｓｉ半導体１７の下面にはｎ側電極２３が形成さ
れている。上面にはＡｌ２Ｏ３絶縁薄膜１８、半導体薄
膜としてのＩｎＳｂ膜中９、Ａｌ２Ｏ３絶ｈ’ｆｆｉ膜
２０、ｎ型ｓ１半導体２１がら形成されている。ｎ型半
導体２１の上面周囲にはｎ側電極２２が形成されている
。
製作方法は、ｐ側Ｓ１基板上にＡ１を１０人形成後、酸
素にさらし加熱してＡ１２ｏ３膜を形成する。次にＩｎ
Ｓｂ膜を５０人形成する。またＡＩを１０人形成後、酸
素にさらし加熱してＡｌ２Ｏ３膜を形成し、更にｎ型Ｓ
ｉＮをＭＢＥ法により成長させる。最後にｐ型Ｓｉ基板
とｎ型ｓｉ ｆ５に各々ｐ型とｎ型用オーミック電極を
形成する。
素にさらし加熱してＡ１２ｏ３膜を形成する。次にＩｎ
Ｓｂ膜を５０人形成する。またＡＩを１０人形成後、酸
素にさらし加熱してＡｌ２Ｏ３膜を形成し、更にｎ型Ｓ
ｉＮをＭＢＥ法により成長させる。最後にｐ型Ｓｉ基板
とｎ型ｓｉ ｆ５に各々ｐ型とｎ型用オーミック電極を
形成する。
この素子のｎ側電極２２に負電圧を、ｐ側電極に正電圧
を印加すると、第６図に示すように、電子１がｎ型ＳＩ
ＮよりＩｎＳｂ膜中にトンネル効果により注入され、正
孔２４かｐ型Ｓｉ基板よりＩｎＳｂ膜中にトンネル効果
により注入される。
を印加すると、第６図に示すように、電子１がｎ型ＳＩ
ＮよりＩｎＳｂ膜中にトンネル効果により注入され、正
孔２４かｐ型Ｓｉ基板よりＩｎＳｂ膜中にトンネル効果
により注入される。
電子と正孔はＩｎＳｂ中で再結合し発光する。
この発光素子は、実施例１に比へ２つの点で優れていた
。１つは発光スペクトル分布の長波長側のすそが少ない
ことである。２つは発光出力が２０〜５０倍もあり、実
施例２に比べても優れている。
。１つは発光スペクトル分布の長波長側のすそが少ない
ことである。２つは発光出力が２０〜５０倍もあり、実
施例２に比べても優れている。
以上述べたように、本実施例によれば、従来型トンネル
接合発光素子を構成する一方の金属を半導体に変えたり
、トンネル接合をダブル接合にして電子のみならず、正
孔によるトンネル効果も利用したりするようにしたので
、ピーク波長を電圧で制御することができると共に、長
波長側のすその小さい単色光が得られ、しかも高い発光
効率が得られる。従って、センサ分野などいろいろな分
野での応用に資することができる。
接合発光素子を構成する一方の金属を半導体に変えたり
、トンネル接合をダブル接合にして電子のみならず、正
孔によるトンネル効果も利用したりするようにしたので
、ピーク波長を電圧で制御することができると共に、長
波長側のすその小さい単色光が得られ、しかも高い発光
効率が得られる。従って、センサ分野などいろいろな分
野での応用に資することができる。
なお、上記本実施例では、金属としてＡｌ、半導体とし
てＳｉ、Ｇ ａ Ａ ｓ、あるいはＩｎＳｂ、絶縁体と
してＡ ｌ ２０３を用いたが、これらはいずれも実用
レベルで製造可能な材料であり、また、これら以外の金
属、半導体、絶縁体であっても、金属、半導体、絶縁体
そのものの特性を有してぃれば、同様な効果が期待でき
る。
てＳｉ、Ｇ ａ Ａ ｓ、あるいはＩｎＳｂ、絶縁体と
してＡ ｌ ２０３を用いたが、これらはいずれも実用
レベルで製造可能な材料であり、また、これら以外の金
属、半導体、絶縁体であっても、金属、半導体、絶縁体
そのものの特性を有してぃれば、同様な効果が期待でき
る。
また、本実施例ではＭＢＥ法によりｎ型Ｓ１層を形成し
ているが、本発明はこれに限定されるのもてはなく、液
相又は気相エピタキシャル成長法を用いて形成してもよ
い。
ているが、本発明はこれに限定されるのもてはなく、液
相又は気相エピタキシャル成長法を用いて形成してもよ
い。
［発明の効果］
以上述べたように本発明によれば、発光ピーク波長を電
圧により制御できるという優れた効果を発揮する。
圧により制御できるという優れた効果を発揮する。
第１図は本発明の第１実施例によるトンネル接合発光素
子構造の断面図、第２区は第１実施例の原理説明図、第
３図は第２実施例のトンネル接合発光素子構造の断面図
、第４図は第２実施例の原理説明図、第５図は第３実施
例のトンネル接合発光素子構造の断面図、第６図は第３
実施例の原理説明図、第７図は従来の金属／絶縁体／金
属型トンネル接合発光素子の原理説明図である。 １は電子、２は放出光、３はｎ型ＧａＡｓ半導体、４は
電極、５は絶縁体としてのＡ１２ｏ３絶縁薄膜、６はＡ
Ｉ金属膜、７はｎ型Ｓｉ半導体、８は絶縁体としてのＡ
１゜ｏ３絶縁薄膜、９はＡＩ金属薄膜、１０は絶縁体と
してのＡｌ２Ｏ３絶縁薄膜、１１はｎ型Ｓｉ半導体、１
２は電極、１３は電極、１７はｎ型Ｓｉ半導体、１８は
絶縁体としてのＡｌ２Ｏ３絶紗薄膜、１９は半導体とし
てのＩｎＳｂ膜、２０は絶縁体としてのＡｌ２Ｏ３絶縁
薄膜、２Ｉはｎ型Ｓｉ半導体、２２は電極、２３は電極
である。 第Ｓ図 絶縁体 絶縁体 第６図 金属 絶縁体 第７図 半導体絶縁体 金属 ２図 ｎ型半導体 金属 ｐ型半導体 絶縁体 絶縁体 第３ 図 第４図
子構造の断面図、第２区は第１実施例の原理説明図、第
３図は第２実施例のトンネル接合発光素子構造の断面図
、第４図は第２実施例の原理説明図、第５図は第３実施
例のトンネル接合発光素子構造の断面図、第６図は第３
実施例の原理説明図、第７図は従来の金属／絶縁体／金
属型トンネル接合発光素子の原理説明図である。 １は電子、２は放出光、３はｎ型ＧａＡｓ半導体、４は
電極、５は絶縁体としてのＡ１２ｏ３絶縁薄膜、６はＡ
Ｉ金属膜、７はｎ型Ｓｉ半導体、８は絶縁体としてのＡ
１゜ｏ３絶縁薄膜、９はＡＩ金属薄膜、１０は絶縁体と
してのＡｌ２Ｏ３絶縁薄膜、１１はｎ型Ｓｉ半導体、１
２は電極、１３は電極、１７はｎ型Ｓｉ半導体、１８は
絶縁体としてのＡｌ２Ｏ３絶紗薄膜、１９は半導体とし
てのＩｎＳｂ膜、２０は絶縁体としてのＡｌ２Ｏ３絶縁
薄膜、２Ｉはｎ型Ｓｉ半導体、２２は電極、２３は電極
である。 第Ｓ図 絶縁体 絶縁体 第６図 金属 絶縁体 第７図 半導体絶縁体 金属 ２図 ｎ型半導体 金属 ｐ型半導体 絶縁体 絶縁体 第３ 図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ｐ型又はｎ型半導体上に絶縁体薄膜を形成し、 その絶縁体薄膜上に金属膜を形成し、 上記ｐ型又はｎ型半導体に電極を形成した ことを特徴とするトンネル接合発光素子。 ２、ｐ型半導体上に順に絶縁体薄膜、金属薄膜、絶縁体
薄膜、ｎ型半導体を形成し、 上記ｐ型半導体とｎ型半導体に各々オーミック電極を形
成した ことを特徴とするトンネル接合発光素子。 ３、ｐ型半導体上に順に絶縁体薄膜、半導体薄膜、絶縁
体薄膜、ｎ型半導体を形成し、 上記ｐ型半導体とｎ型半導体に各々電極を形成した ことを特徴とするトンネル接合発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2180234A JPH0467689A (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | トンネル接合発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2180234A JPH0467689A (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | トンネル接合発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0467689A true JPH0467689A (ja) | 1992-03-03 |
Family
ID=16079720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2180234A Pending JPH0467689A (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | トンネル接合発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0467689A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5338944A (en) * | 1993-09-22 | 1994-08-16 | Cree Research, Inc. | Blue light-emitting diode with degenerate junction structure |
| US7362322B2 (en) | 1997-03-12 | 2008-04-22 | Seiko Epson Corporation | Pixel circuit, display apparatus and electronic apparatus equipped with current driving type light-emitting device |
| JP2017531327A (ja) * | 2014-10-06 | 2017-10-19 | ウィスコンシン アルムニ リサーチ ファンデイション | ハイブリッド型ヘテロ構造発光デバイス |
-
1990
- 1990-07-06 JP JP2180234A patent/JPH0467689A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5338944A (en) * | 1993-09-22 | 1994-08-16 | Cree Research, Inc. | Blue light-emitting diode with degenerate junction structure |
| US7362322B2 (en) | 1997-03-12 | 2008-04-22 | Seiko Epson Corporation | Pixel circuit, display apparatus and electronic apparatus equipped with current driving type light-emitting device |
| JP2017531327A (ja) * | 2014-10-06 | 2017-10-19 | ウィスコンシン アルムニ リサーチ ファンデイション | ハイブリッド型ヘテロ構造発光デバイス |
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