JPH05251742A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH05251742A
JPH05251742A JP4717092A JP4717092A JPH05251742A JP H05251742 A JPH05251742 A JP H05251742A JP 4717092 A JP4717092 A JP 4717092A JP 4717092 A JP4717092 A JP 4717092A JP H05251742 A JPH05251742 A JP H05251742A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
type
light
semiconductor layer
junction
Prior art date
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Pending
Application number
JP4717092A
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English (en)
Inventor
Yukio Tanaka
幸夫 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eastman Kodak Japan Ltd
Original Assignee
Eastman Kodak Japan Ltd
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Publication date
Application filed by Eastman Kodak Japan Ltd filed Critical Eastman Kodak Japan Ltd
Priority to JP4717092A priority Critical patent/JPH05251742A/ja
Priority to US07/923,642 priority patent/US5274252A/en
Priority to EP93103504A priority patent/EP0559200A1/en
Publication of JPH05251742A publication Critical patent/JPH05251742A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/0004Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions

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  • 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、該
接合部に順方向に電圧を印加することにより発光させる
発光素子において、電流の増加に対する光量の増加率が
一定になり、各種機器に使用した場合に光量を制御し易
い発光素子を提供することを目的とするものである。 【構成】 N型ガリウム砒素リン半導体3にP型半導体
としてのP型ガリウム砒素リン半導体1を形成し、さ
らに、PN接合部が表面に露出した部分を覆い、正電極
4の設置部分を除くように、N型半導体層としてのN型
ガリウム砒素リン半導体2を形成して、表面に露出した
PN接合部を少なくして、発光に関与しないexp(eV/2k
T) に比例する電流成分の発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子に関するもの
であり、特に、PN接合部を有する表面発光型の発光素
子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、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、光信号を利用した光
通信器において、発光素子が利用されている。
【0003】図7、図8は従来から用いられている発光
素子の構造を示したものであり、テルルを含有するガリ
ウム砒素リン半導体3はN型半導体を形成し、これに亜
鉛が拡散されてP型半導体1が形成されている。P型半
導体1の上面には正電極4が設けられ、N型ガリウム砒
素半導体3の裏面には負電極5が形成され、これらの正
負の電極によって順方向電圧がP型半導体とN型半導体
の接合面に印加されて、P型半導体とN型半導体のそれ
ぞれに注入された少数キャリア同士が再結合する際に電
気エネルギーが光エネルギーに変換されて発光する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、順方向電圧を
印加することにより発光素子に流れる電流と光出力の関
係は、図9における実線に示すように、電流が小さい領
域では電流の増加に対する光量の増加率が一定になら
ず、電流の増加に伴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接合面に電圧Vを印加し
た場合に発光素子に流れる電流は、exp(eV/kT)に比例す
る成分(これをA成分とする)とexp(eV/2kT) に比例す
る成分(これをB成分とする)に分けられる。ここで、
発光素子から射出される光量はA成分に比例する。電流
の大きい領域では、電流はA成分がほとんどを占めるの
で、電流増加に対する光出力の増加率は一定になるが、
電流の小さい領域では、電流にはB成分の占める割合が
比較的大きくなるため、電流増加に対する光出力の増加
率が一定にならない。
【0005】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っていない場合、制御性に問題が
あり、電子写真方式のプリンターの露光光源に用いた場
合や、イメージリーダーの光源として用いた場合に光量
を制御しにくいという問題があった。
【0006】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、各種機器に使用した場合に光量
を制御し易い発光素子を提供することを目的とするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明における発光素子
は、第1には、P型半導体とN型半導体が形成するPN
接合面を有し、該接合面に順方向に電圧を印加すること
により発光させる発光素子で、上記PN接合面と、発光
素子表面とほぼ平行な面とが交わってつくる曲線が、半
導体表面近傍において半導体表面から半導体中に入るに
したがって長くなるように上記PN接合面が形成されて
いることを特徴とするものであり、第2には、P型ある
いはN型のある一の導電型の第1半導体層中に他の導電
型不純物を拡散させて第2半導体層を形成し、表面に露
出するPN接合部及び第2半導体層の上に、電極設置部
分を除き、第1半導体層と同じ導電型の半導体層を形成
したことを特徴とするものであり、第3には、P型ある
いはN型のある一の導電型の第1半導体層中に他の導電
型不純物を拡散させて第2半導体層を形成し、さらに、
前記第2半導体層の上に第1半導体層と同じ導電型の第
3半導体層を形成し、該第3半導体層に第2半導体層と
同じ導電型の不純物を第2半導体層に到達するまで形成
したことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明における発光素子においては、PN接合
面と、発光素子表面とほぼ平行な面とが交わってつくる
曲線が、半導体表面近傍において半導体表面から半導体
中に入るにしたがって長くなるようにPN接合面が形成
されているので、半導体表面に露出するPN接合部を少
なくでき、よって、B成分の電流を小さくできるので、
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。
【0009】また、第2半導体層の上に第1半導体層と
同じ導電型の半導体を形成する場合や、第2半導体層の
上に第1半導体層と同じ導電型の第3半導体を形成し、
第3半導体に第2半導体と同じ導電型の不純物を第2半
導体層に到達するまで形成する場合も、半導体表面に露
出するPN接合部を少なくでき、B成分の電流を小さく
できるので、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。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図面を利用して説明する。
【0011】本発明に基づく第1実施例としての発光素
子の構造は、図1、図2に示され、テルルを含有するガ
リウム砒素リン半導体3がN型半導体を形成する。この
N型ガリウム砒素リン半導体3に亜鉛をイオン注入して
P型ガリウム砒素半導体1が形成されている。このとき
の亜鉛の濃度は、図3に示すように、発光素子表面から
一定の距離のところで最大になる。P型ガリウム砒素半
導体1の上面には正電極4が形成され、N型ガリウム砒
素リン半導体3の裏面には、図1に示すように、負電極
5が形成されている。
【0012】本発明において特徴的なことは、PN接合
面が表面に露出した部分を覆い、かつ、正電極部分を除
くような形でN型不純物としてのN型ガリウム砒素リン
半導体を拡散もしくはイオン注入し、N型半導体層2を
設けたことである。N型不純物を拡散またはイオン注入
した領域の不純物濃度分布は図4に示されたようにな
る。
【0013】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。既に簡単に説明したように、上記
発光素子に順方向に電圧を印加した際に発光素子に流れ
る電流は、P型半導体とN型半導体が接合している面
(PN接合面)に印加される電圧をVとすると、exp(eV
/kT)に比例する成分(これをA成分とする)と、exp(eV
/2kT) に比例する成分(これをB成分とする)とに分け
られる。発光素子から射出される光量は電流成分Aに比
例する。
【0014】ここで、電流が大きい、すなわち電圧Vが
大きい領域では、全電流のうちA成分がほとんどを占め
る。前述したように、発光素子から射出される光量は電
流成分Aに比例することから、結果として電流と光出力
の関係は線形となり、電流値の増加に伴う光出力の増加
の割合が電流にあまり依存しない。
【0015】一方、電流値が小さい、すなわち、電圧V
が小さい領域では、全電流のうち、B成分の占める割合
が比較的大きく、A成分とB成分の比が電圧に依存する
ので、電流の増加に対する光出力の増加率は一定になら
ない。ここで、B成分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内で起こる電子とホール(正
孔)の再結合電流である。
【0016】本実施例においては、N型半導体層2を設
け、半導体表面に露出したPN接合部を従来の構造の発
光素子に比して少なくすることができるので、B成分の
電流が減少し、図5の実線に示すように、発光素子に流
れる電流値が小さい領域でも、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。
【0017】なお、上記実施例においては、N型半導体
中にP型半導体を形成し、その上に正電極を除く形でN
型不純物を拡散もしくはイオン注入し、N型半導体を形
成したが、上記実施例には限られず、第2実施例とし
て、N型半導体中にP型半導体を形成し、その上全面に
N型半導体を拡散もしくはイオン注入してN型半導体を
形成し、さらに、正電極を形成する部分にのみP型不純
物を拡散もしくはイオン注入した構造の発光素子でも同
様の効果を得ることができる。以上のような構造とする
と、正電極下での不純物濃度は図6に示すとおりにな
る。
【0018】また、上記実施例においては、N型半導体
として、テルルを含有したガリウム砒素リン半導体で説
明したが、スズ、セレン、硫黄、ゲルマニウム、シリコ
ン等を含有するガリウム砒素リン半導体でもよい。ま
た、P型半導体として、亜鉛を含有したガリウム砒素リ
ン半導体で説明したが、マグネシウム、マンガン、カド
ニウム等を含有したガリウム砒素リン半導体でもよい。
【0019】さらに、本実施例においては、N型半導体
内にP型不純物を拡散してP型半導体を形成した場合に
ついて説明したが、逆にP型半導体内にN型半導体層を
形成するようにしてもよい。
【0020】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。
【0021】
【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、制御性のよい素子を作ることができる。
【0022】よって、本発明の発光素子を電子写真方式
のプリンターの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
ジリーダーの光源として用いた場合にも、制御し易い装
置が可能になる。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、制御し易い装置
をつくることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例における発光素子の断面模
式図である。
【図2】本発明の第1実施例における発光素子の平面模
式図である。
【図3】本発明の第1実施例におけるN型ガリウム砒素
リン半導体が形成されていない部分の不純物濃度を示す
特性図である。
【図4】本発明の第1実施例におけるN型ガリウム砒素
リン半導体が形成されている部分の不純物濃度を示す特
性図である。
【図5】本発明における電流−光量特性を示した特性図
である。
【図6】本発明の第2実施例における正電極下での不純
物濃度を示す特性図である。
【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。
【符号の説明】
1 P型ガリウム砒素リン半導体 2 N型ガリウム砒素リン半導体 3 N型ガリウム砒素リン半導体 4 正電極 5 負電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年4月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】図7、図8は従来から用いられている発光
素子の構造を示したものであり、テルルを含有するガリ
ウム砒素リン半導体はN型ガリウム砒素リン半導体3を
形成し、これに亜鉛が拡散されてP型ガリウム砒素リン
半導体1が形成されている。P型ガリウム砒素リン半導
1の上面には正電極4が設けられ、N型ガリウム砒素
リン半導体3の裏面には負電極5が形成され、これらの
正負の電極によって順方向電圧がP型ガリウム砒素リン
半導体1とN型ガリウム砒素リン半導体3の接合面に印
加されて、P型ガリウム砒素リン半導体1とN型ガリウ
ム砒素リン半導体3のそれぞれに注入された少数キャリ
が多数キャリアと再結合する際に電気エネルギーが光
エネルギーに変換されて発光する。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】本発明に基づく第1実施例としての発光素
子の構造は、図1、図2に示され、テルルを含有するガ
リウム砒素リン半導体がN型ガリウム砒素リン半導体3
を形成し、このN型ガリウム砒素リン半導体3がN型半
導体を形成する。このN型ガリウム砒素リン半導体3に
亜鉛をイオン注入してP型ガリウム砒素リン半導体1が
形成されている。このときの亜鉛の濃度は、図3に示す
ように、発光素子表面から一定の距離のところで最大に
なる。P型ガリウム砒素リン半導体1の上面には正電極
4が形成され、N型ガリウム砒素リン半導体3の裏面に
は、図1に示すように、負電極5が形成されている。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】本発明において特徴的なことは、PN接合
面が表面に露出した部分を覆い、かつ、正電極部分を除
くような形でN型不純物としてのN型ガリウム砒素リン
半導体を拡散もしくはイオン注入し、N型半導体層とし
てのN型ガリウム砒素リン半導体2を設けたことであ
る。N型不純物を拡散またはイオン注入した領域の不純
物濃度分布は図4に示されたようになる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】本実施例においては、N型半導体層として
のN型ガリウム砒素リン半導体2を設け、半導体表面に
露出したPN接合部を従来の構造の発光素子に比して少
なくすることができるので、B成分の電流が減少し、図
5の実線に示すように、発光素子に流れる電流値が小さ
い領域でも、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。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型半導体とN型半導体が形成するPN
    接合面を有し、該接合面に順方向に電圧を印加すること
    により発光させる発光素子において、 上記PN接合面と発光素子表面とほぼ平行な面とが交わ
    ってつくる曲線が、半導体表面近傍において半導体表面
    から半導体中に入るにしたがって長くなるように上記P
    N接合面が形成されていることを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】 P型半導体とN型半導体が形成するPN
    接合部を有し、該接合面に順方向に電圧を印加すること
    により発光させる発光素子において、 P型あるいはN型のある一の導電型の第1半導体層中に
    他の導電型不純物を拡散させて第2半導体層を形成し、
    表面に露出するPN接合部及び第2半導体層の上に、電
    極設置部分を除いて、第1半導体層と同じ導電型の半導
    体層を形成したことを特徴とする発光素子。
  3. 【請求項3】 P型半導体とN型半導体が形成するPN
    接合部を有し、該接合面に順方向に電圧を印加すること
    により発光させる発光素子において、 P型あるいはN型のある一の導電型の第1半導体層中に
    他の導電型不純物を拡散させて第2半導体層を形成し、
    さらに、前記第2半導体層の上に第1半導体層と同じ導
    電型の第3半導体層を形成し、該第3半導体層に第2半
    導体層と同じ導電型の不純物を第2半導体層に到達する
    ように形成したことを特徴とする発光素子。
JP4717092A 1992-03-04 1992-03-04 発光素子 Pending JPH05251742A (ja)

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JP4717092A JPH05251742A (ja) 1992-03-04 1992-03-04 発光素子
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EP93103504A EP0559200A1 (en) 1992-03-04 1993-03-04 Linearizing emitted light intensity from a light-emitting device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03256371A (ja) * 1990-03-06 1991-11-15 Eastman Kodak Japan Kk 発光ダイオード及びそのアレイ
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EP0559200A1 (en) 1993-09-08
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