JPH0645643A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH0645643A
JPH0645643A JP19519192A JP19519192A JPH0645643A JP H0645643 A JPH0645643 A JP H0645643A JP 19519192 A JP19519192 A JP 19519192A JP 19519192 A JP19519192 A JP 19519192A JP H0645643 A JPH0645643 A JP H0645643A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
type semiconductor
light emitting
current
emitting element
Prior art date
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Pending
Application number
JP19519192A
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English (en)
Inventor
Masayoshi Koike
正好 小池
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
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Publication of JPH0645643A publication Critical patent/JPH0645643A/ja
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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
光量の制御がし易い発光素子を提供することを目的とす
る。 【構成】 N型半導体1に選択拡散膜5´を用いて拡散
深さの深い中央領域2aと、拡散深さの浅い周辺領域2
bからなるP型半導体2を形成し、前記P型半導体2の
上面に正電極3と、N型半導体1の裏面に負電極4を設
ける。

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、特に表面発光
型の発光素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】小型・軽量である発光素子は、様々な分
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。
【0003】図6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7は従来の発光素子の
平面模式図である。
【0004】前記図6、7に示される発光素子において
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
1を形成する。前記N型半導体1に亜鉛が拡散されて、
P型ガリウム砒素リン半導体2(以下P型半導体2とい
う)が形成されている。前記N型半導体1に亜鉛を拡散
する時、前記N型半導体1の上面を拡散窓を有する選択
拡散膜5によってマスキングをして、前記拡散窓より拡
散を行うので所望の範囲に前記P型半導体2を形成する
ことができる。
【0005】そして前記P型半導体2の上面に正電極3
が設けられ、前記N型半導体1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2とN型半導体1の接
合面に印加され、注入された多数キャリアが拡散するこ
とによって電気エネルギーが光エネルギーに変換されて
光が射出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし前記のようなP
N接合面を有する発光素子の前記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は、図8に示す
ようにPN接合面全体に流れる。この時の発光素子に流
れる電流と光出力の関係は、図9に実線で示すように、
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。(ここで、増
加率が一定にならない実線との違いを明らかにするため
破線で、電流と光量の関係が線形になる場合を示す。)
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。
【0007】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、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。
【0008】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。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。
【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。
【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
御のし易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、前記問題点を
解決するため、第1導電型基盤と、不純物拡散、または
不純物注入によって前記第1導電型基盤の一部に形成さ
れた第2導電型層と、を含み、前記第1導電型基盤と前
記第2導電型層の表面に形成された電極間に順方向の電
圧を印加して前記第1導電型基盤と前記第2導電型層の
接合面において発光させる発光素子において、前記第2
導電型層は、拡散深さ、または注入深さの深い中央領域
と、拡散深さ、または注入深さの浅い周辺領域と、で構
成されることを特徴とするものであり、また、不純物拡
散、または不純物注入によって形成される第2導電型層
の周辺領域の不純物濃度が、中央領域の不純物濃度より
低く形成され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、発光素子の不純物拡散、ま
たは不純物注入によって第1導電型基盤の一部に形成さ
れた第2導電型層の中央領域の拡散深さ、または注入深
さを深くし、その周辺領域の拡散深さ、または注入深さ
を前記中央領域よりも浅く形成する二段構造にする。つ
まり、前記周辺領域の抵抗値を前記中心領域の抵抗値よ
り高く形成し、前記第1導電型基盤と前記第2導電型層
の露出した接合面近傍の空乏層に流れ込む電流を少なく
して空乏層内での電子とホールの再結合を抑制すること
によって、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】また、前記第2導電層の周辺領域の不純物
濃度を中央領域の不純物濃度より低く形成して、前記周
辺領域の抵抗を前記中心領域の抵抗値より高く形成し、
前記第1導電型基盤と前記第2導電型層の露出した接合
面近傍の空乏層に流れ込む電流を少なくして空乏層内で
の電子とホールの再結合を抑制することによって、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。
【0014】
【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、
図2の平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1を形成し、このN型
半導体1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2という)が形成されている。ま
た、前記P型半導体2の上面に正電極3が形成され、前
記N型半導体1の裏面に負電極4が形成されている。
【0015】本発明の特徴とするところは、前記N型半
導体1の一部に形成される前記P型半導体2の拡散深さ
が、中央領域2aで深く、その周辺領域2bで前記中央
領域2aよりも浅く形成する二段構造を有しているとこ
ろである。前記二段構造は、二段拡散法等で形成する。
【0016】前記二段拡散法は、図3(a) に示すよう
に、まず、前記N型半導体1の上面に拡散窓を有する第
1選択拡散膜5を設けた後、第1回目の不純物拡散を行
う。この第1回目の不純物拡散の深さは、極めて浅くす
る。この第1回目の不純物拡散によって拡散深さの浅い
P型半導体1、つまり前記周辺領域2b に相当する拡散
層を形成する。次に、図3(b) に示すようにN型半導体
1の上面に前記第1選択拡散膜5の代わりに該第1選択
拡散膜5の拡散窓よりひとまわり小さい拡散窓を有する
第2選択拡散膜5´を第1回目の不純物拡散によって形
成されたP型半導体1の中央部が拡散窓の中央にくるよ
うに設けて、第2回目の不純物拡散を行う。第2回目の
不純物拡散の深さは第1回目の不純物拡散によって形成
された不純物拡散層の深さより十分深く行い、中央領域
2aに相当する拡散層を形成する。
【0017】上述のように形成された二段構造を有する
発光素子の動作状態について説明する。
【0018】発光素子に流れる電流は、P型半導体2と
N型半導体1が接合しているPN接合面に加わる電圧を
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。
【0019】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。
【0020】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。
【0021】従って、発光素子表面に露出したPN接合
面近傍、すなわちP型半導体2の周辺領域2bに流れ込
む電流を抑制すれば、発生する電流成分Bを減少させる
ことができる。
【0022】本発明の発光素子において、N型半導体1
の一部に形成されるP型半導体2の拡散深さが、中央領
域2aで深く、その周辺領域2bで前記中央領域2aよ
りも浅く形成する二段構造を形成しているため、表面に
露出したP型半導体2の周辺領域2bの抵抗値が前記中
央領域2aの抵抗値より高くなるので、図4に示すよう
に、P型半導体2の中央領域2aに電流が多く流れ、露
出したPN接合面近傍である周辺領域2bに電流が流れ
難くなる。従って、前記電流成分Bが減少し図5の実線
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。
【0023】また、前記P型半導体2の周辺領域2bの
不純物濃度を中央領域2aの不純物濃度より低く形成し
て、前記周辺領域2bの抵抗値を前記中心領域2aの抵
抗値より高く形成することによって、露出したPN接合
面近傍である周辺領域2a に電流が流れ難くなり、発光
に関与しない電流成分B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。
【0024】なお、前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発光素子で説明したが、P型
半導体上にN型半導体を形成した発光素子でも同様の構
造を持つ発光素子を作ることができる。
【0025】また、前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を用
いた場合について説明したが、スズ、セレン、硫黄、ゲ
ルマニュウム、シリコン等を含有したガリウム砒素リン
半導体でもよい。また、P半導体として、亜鉛を含有し
たガリウム砒素リン半導体を用いた場合について説明し
たが、マグネシウム、マンガン、ガ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。
【0026】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・ガリウム砒素、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。
【0027】また、前記実施例においては、不純物を拡
散してP型半導体を形成する方法で説明したが、不純物
を拡散させる方法は前記方法に限られず、例えば、イオ
ン打ち込み法でP型半導体を形成してもよい。
【0028】また、上述の実施例では、PN接合を有す
る発光素子を用いて本発明を説明したが、本発明はPN
接合に限定されるものではなく、例えば、PIN接合に
も用いることができる。
【0029】さらに、本実施例ではガリウム砒素リン半
導体へ亜鉛を注入するホモジニアス接合について説明し
たが、ガリウム砒素リン半導体へリンの組成比の異なる
複数の混晶を用いたヘテロジニアス接合に適用すること
もできる。
【0030】
【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。
【0031】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易い装置が可能と
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。
【図面の簡単な説明】
【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形成方法を示す断面
模式図であり、(a) は、不純物拡散深さの浅い拡散層を
形成する工程であり、(b) は不純物拡散深さの深い拡散
層を形成する工程である。
【図4】本考案に基づく発光素子の順方向に電圧を印加
した時の電流分布を示した模式図である。
【図5】本考案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。
【図6】従来の発光素子の断面模式図である。
【図7】従来の発光素子の平面模式図である。
【図8】従来の発光素子の順方向に電圧を印加した時の
電流分布を示した模式図である。
【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 N型半導体(第1導電型基盤) 2 P型半導体(第2導型電層) 2a 中央領域 2b 周辺領域 3 正電極 4 負電極 5、5´ 選択拡散膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型基盤と、不純物拡散、または
    不純物注入によって前記第1導電型基盤の一部に形成さ
    れた第2導電型層と、を含み、 前記第1導電型基盤と前記第2導電型層の表面に形成さ
    れた電極間に順方向の電圧を印加して前記第1導電型基
    盤と前記第2導電型層の接合面において発光させる発光
    素子において、 前記第2導電型層は、 拡散深さ、または注入深さの深い中央領域と、 拡散深さ、または注入深さの浅い周辺領域と、で構成さ
    れることを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の発光素子において、不
    純物拡散、または不純物注入によって形成される第2導
    電型層の周辺領域の不純物濃度が、中央領域の不純物濃
    度より低く形成されることを特徴とする発光素子。
JP19519192A 1992-07-22 1992-07-22 発光素子 Pending JPH0645643A (ja)

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JP19519192A JPH0645643A (ja) 1992-07-22 1992-07-22 発光素子

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JP19519192A JPH0645643A (ja) 1992-07-22 1992-07-22 発光素子

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JP (1) JPH0645643A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6800112B2 (en) 2001-03-30 2004-10-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Mercury recovery method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6800112B2 (en) 2001-03-30 2004-10-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Mercury recovery method

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