JPH07226534A - 半導体発光素子及び半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光素子及び半導体発光装置Info
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- JPH07226534A JPH07226534A JP1726694A JP1726694A JPH07226534A JP H07226534 A JPH07226534 A JP H07226534A JP 1726694 A JP1726694 A JP 1726694A JP 1726694 A JP1726694 A JP 1726694A JP H07226534 A JPH07226534 A JP H07226534A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体発光素子を細く且つ長くしても均一な
発光出力の分布が得られる半導体発光素子を提供し、更
に、この半導体発光素子を高密度に集積して半導体発光
素子及び半導体受光素子の素子数を増加させ、大規模な
行列−ベクトル積演算を行うことができる半導体発光装
置を提供する。 【構成】 第２導電型の第２半導体領域１１の表面に第
１導電型の第１半導体領域１２を形成して両者間にｐｎ
接合を形成し、更に、第１半導体領域１２内に第１導電
型でキャリア密度が高い複数個の半導体低抵抗領域１３
ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄをその相互間隔が電流供給
部側で粗で電流供給部から離れるにつれて密であるよう
に形成する。そして、この上に第１電極１４を形成し、
第１電極１４に低抵抗領域１３ａ側から電流を印加す
る。これにより、第１半導体領域１２と第２半導体領域
１１とに均一な電流分布が得られ、均一な発光分布が得
られる。
発光出力の分布が得られる半導体発光素子を提供し、更
に、この半導体発光素子を高密度に集積して半導体発光
素子及び半導体受光素子の素子数を増加させ、大規模な
行列−ベクトル積演算を行うことができる半導体発光装
置を提供する。 【構成】 第２導電型の第２半導体領域１１の表面に第
１導電型の第１半導体領域１２を形成して両者間にｐｎ
接合を形成し、更に、第１半導体領域１２内に第１導電
型でキャリア密度が高い複数個の半導体低抵抗領域１３
ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄをその相互間隔が電流供給
部側で粗で電流供給部から離れるにつれて密であるよう
に形成する。そして、この上に第１電極１４を形成し、
第１電極１４に低抵抗領域１３ａ側から電流を印加す
る。これにより、第１半導体領域１２と第２半導体領域
１１とに均一な電流分布が得られ、均一な発光分布が得
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ニューロチップ等の
光を情報とする大規模な光情報処理装置等に使用される
半導体発光素子及び半導体発光装置に関し、特に、行列
−ベクトル積演算を大規模に行うために必要な均一な発
光出力の分布が得られる半導体発光素子及び半導体発光
装置に関する。
光を情報とする大規模な光情報処理装置等に使用される
半導体発光素子及び半導体発光装置に関し、特に、行列
−ベクトル積演算を大規模に行うために必要な均一な発
光出力の分布が得られる半導体発光素子及び半導体発光
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光ニューロチップは、半導体発光
素子（以下、単に発光素子ともいう）アレイ、空間光変
調素子、半導体受光素子（以下、単に受光素子ともい
う）アレイを個別に作製し、それらを接続することによ
り製造されている（特開平２−２２６１２７号公報）。
素子（以下、単に発光素子ともいう）アレイ、空間光変
調素子、半導体受光素子（以下、単に受光素子ともい
う）アレイを個別に作製し、それらを接続することによ
り製造されている（特開平２−２２６１２７号公報）。
【０００３】図３は、従来の光ニューロチップの構造概
念図を示す。この従来の光ニューロチップにおいては、
半絶縁性基板３５の上にライン状の発光素子アレイ３１
ａからなる発光部３１が設けられており、この発光部３
１の上に電気絶縁層３４を介して空間光変調部３２が設
けられている。この空間光変調部３２は、発光部３１か
ら発光した二次元並列光を相関行列により変調する空間
光変調素子３２ａを有する。また、受光部３３は空間光
変調部３２で変調された光を受光し、相関行列との間の
行列−ベクトル演算結果を得る複数の半導体受光素子で
あるライン状受光素子アレイ３３ａを有し、電気絶縁層
３４を介して空間光変調部３２上に設けられている。電
気絶縁層３４は光学的に透明なものである。
念図を示す。この従来の光ニューロチップにおいては、
半絶縁性基板３５の上にライン状の発光素子アレイ３１
ａからなる発光部３１が設けられており、この発光部３
１の上に電気絶縁層３４を介して空間光変調部３２が設
けられている。この空間光変調部３２は、発光部３１か
ら発光した二次元並列光を相関行列により変調する空間
光変調素子３２ａを有する。また、受光部３３は空間光
変調部３２で変調された光を受光し、相関行列との間の
行列−ベクトル演算結果を得る複数の半導体受光素子で
あるライン状受光素子アレイ３３ａを有し、電気絶縁層
３４を介して空間光変調部３２上に設けられている。電
気絶縁層３４は光学的に透明なものである。
【０００４】図４は従来の半導体発光素子の発光部の構
造を示す斜視図である。第１導電型半導体基板１０上に
第１導電型の第２半導体領域１１が形成されており、こ
の第２半導体領域１１の上に第２半導体領域１１と逆極
性の第２導電型の第１半導体領域１２が形成されてい
る。更に、第１半導体領域１２上に第１半導体領域１２
の縁部を囲む枠形状の第１電極１４が形成されており、
この第１電極１４の一端部には電流供給電極１７が接続
されている。これにより、電流は電流供給電極１７から
第１電極１４の一端部に与えられ、更に第１電極１４か
ら第１半導体領域１２へ供給されるようになっている。
基板１０の下面には半導体基板用電極１６が形成されて
いる。
造を示す斜視図である。第１導電型半導体基板１０上に
第１導電型の第２半導体領域１１が形成されており、こ
の第２半導体領域１１の上に第２半導体領域１１と逆極
性の第２導電型の第１半導体領域１２が形成されてい
る。更に、第１半導体領域１２上に第１半導体領域１２
の縁部を囲む枠形状の第１電極１４が形成されており、
この第１電極１４の一端部には電流供給電極１７が接続
されている。これにより、電流は電流供給電極１７から
第１電極１４の一端部に与えられ、更に第１電極１４か
ら第１半導体領域１２へ供給されるようになっている。
基板１０の下面には半導体基板用電極１６が形成されて
いる。
【０００５】このように構成された従来の半導体発光素
子においては、電流供給電極１７と半導体基板用電極１
６との間に電圧を印加すると、キャリアが夫々第１半導
体領域１２内と第２半導体領域１１内を移動して、第１
半導体領域１２と第２半導体領域１１との間のｐｎ接合
部で再結合して発光する。
子においては、電流供給電極１７と半導体基板用電極１
６との間に電圧を印加すると、キャリアが夫々第１半導
体領域１２内と第２半導体領域１１内を移動して、第１
半導体領域１２と第２半導体領域１１との間のｐｎ接合
部で再結合して発光する。
【０００６】上記のような半導体発光素子を集積した発
光装置において、一つの発光素子は１ベクトル又は１ニ
ューロンに相当し、発光素子からの光出力はシナプス荷
重のマトリクスである空間光変調部３２で光強度変調を
受け（積演算）、一つの受光素子（１ベクトル又は１ニ
ューロンに相当）で電気信号に変換後、電気信号の和を
取ることにより、システム全体として行列−ベクトル積
演算が同時に空間的に並列に処理される。次数の大規模
な行列−ベクトル積演算を行うためには、多数の発光素
子と多数の受光素子を光学的に結合させる必要がある。
そのためには、発光素子の形状は、発光素子配列の方向
には発光素子の幅を細くして発光素子アレイの集積度を
増すとともに、発光素子配列と垂直の方向には発光素子
の長さを長くして、この方向へ受光素子を配置すること
により、一つの発光素子から多くの受光素子へ光が照射
できるようにする必要がある。
光装置において、一つの発光素子は１ベクトル又は１ニ
ューロンに相当し、発光素子からの光出力はシナプス荷
重のマトリクスである空間光変調部３２で光強度変調を
受け（積演算）、一つの受光素子（１ベクトル又は１ニ
ューロンに相当）で電気信号に変換後、電気信号の和を
取ることにより、システム全体として行列−ベクトル積
演算が同時に空間的に並列に処理される。次数の大規模
な行列−ベクトル積演算を行うためには、多数の発光素
子と多数の受光素子を光学的に結合させる必要がある。
そのためには、発光素子の形状は、発光素子配列の方向
には発光素子の幅を細くして発光素子アレイの集積度を
増すとともに、発光素子配列と垂直の方向には発光素子
の長さを長くして、この方向へ受光素子を配置すること
により、一つの発光素子から多くの受光素子へ光が照射
できるようにする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体発光素子では、電極形状を細く且つ長くしていく
と、接触抵抗と電極抵抗の存在が無視できなくなり、電
流供給電極１７から離れるにつれて第１半導体領域１２
に供給される電流が単調減少する。発光出力は供給電流
に比例するため、図５に示したように従来の構造を有す
る半導体発光素子では電流供給電極１７側にピークをも
ち電流供給電極１７から離れるにつれて単調減少する不
均一な発光出力の分布を生じるという問題点があった。
そのため、ある許容範囲内で均一な発光出力の分布を有
する半導体発光素子の長さには制限が生じ、その長さの
半導体発光素子に光学的に結合できる半導体受光素子数
が限られ、発光素子及び受光素子を多数配列することが
困難であるという問題点があった。
半導体発光素子では、電極形状を細く且つ長くしていく
と、接触抵抗と電極抵抗の存在が無視できなくなり、電
流供給電極１７から離れるにつれて第１半導体領域１２
に供給される電流が単調減少する。発光出力は供給電流
に比例するため、図５に示したように従来の構造を有す
る半導体発光素子では電流供給電極１７側にピークをも
ち電流供給電極１７から離れるにつれて単調減少する不
均一な発光出力の分布を生じるという問題点があった。
そのため、ある許容範囲内で均一な発光出力の分布を有
する半導体発光素子の長さには制限が生じ、その長さの
半導体発光素子に光学的に結合できる半導体受光素子数
が限られ、発光素子及び受光素子を多数配列することが
困難であるという問題点があった。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、半導体発光素子を細く且つ長くしても均一
な発光出力の分布が得られる半導体発光素子を提供する
ことを目的として、更に、この半導体発光素子を高密度
に集積して半導体発光素子及び半導体受光素子の素子数
を増加させ、大規模な行列−ベクトル積演算を行うこと
ができる半導体発光装置を提供することを目的とする。
のであって、半導体発光素子を細く且つ長くしても均一
な発光出力の分布が得られる半導体発光素子を提供する
ことを目的として、更に、この半導体発光素子を高密度
に集積して半導体発光素子及び半導体受光素子の素子数
を増加させ、大規模な行列−ベクトル積演算を行うこと
ができる半導体発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体発光
素子は、第１導電型の第１半導体領域と、この第１半導
体領域に接触する第１電極と、前記第１半導体領域にお
ける前記第１電極との接触部に設けられ前記第１半導体
領域よりキャリア密度が高い第１導電型の複数の半導体
低抵抗領域と、前記第１半導体領域における前記第１電
極と反対側の面で接触して前記第１半導体領域とｐｎ接
合を形成する第２導電型の第２半導体領域とを有し、前
記半導体低抵抗領域は、その相互の間隔が前記第１半導
体領域に電流が供給される電流供給部側で粗であり、前
記電流供給部から離れるにつれて密であるように配置さ
れていることを特徴とする。
素子は、第１導電型の第１半導体領域と、この第１半導
体領域に接触する第１電極と、前記第１半導体領域にお
ける前記第１電極との接触部に設けられ前記第１半導体
領域よりキャリア密度が高い第１導電型の複数の半導体
低抵抗領域と、前記第１半導体領域における前記第１電
極と反対側の面で接触して前記第１半導体領域とｐｎ接
合を形成する第２導電型の第２半導体領域とを有し、前
記半導体低抵抗領域は、その相互の間隔が前記第１半導
体領域に電流が供給される電流供給部側で粗であり、前
記電流供給部から離れるにつれて密であるように配置さ
れていることを特徴とする。
【００１０】また、前記第２半導体領域は、第２導電型
の半導体基板上に設けることができ、前記第１半導体領
域はキャリア密度が１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3のｐ
型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 であることが好ましく、前記第２
半導体領域はキャリア密度が１×１０17〜１×１０18ｃ
ｍ-3のｎ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 であることが好ましく、
前記半導体低抵抗領域はキャリア密度が５×１０19〜１
×１０21ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 であることが
好ましい。
の半導体基板上に設けることができ、前記第１半導体領
域はキャリア密度が１×１０18〜１×１０19ｃｍ-3のｐ
型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 であることが好ましく、前記第２
半導体領域はキャリア密度が１×１０17〜１×１０18ｃ
ｍ-3のｎ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 であることが好ましく、
前記半導体低抵抗領域はキャリア密度が５×１０19〜１
×１０21ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 であることが
好ましい。
【００１１】本発明に係る半導体発光装置は、前記半導
体発光素子を複数個並列に配置してある。
体発光素子を複数個並列に配置してある。
【００１２】また、このような半導体発光素子を複数個
並列に配置した発光部の上に、この発光部から発光した
光を強度変調する空間光変調部と、この空間光変調部で
変調された光を受光し電気信号に変換する複数個の半導
体受光素子を有する受光部と、前記発光部と前記空間光
変調部との間及び前記空間光変調部と前記受光部との間
に設けられた光学的に透明な電気絶縁層とを形成して半
導体発光装置とすることもできる。
並列に配置した発光部の上に、この発光部から発光した
光を強度変調する空間光変調部と、この空間光変調部で
変調された光を受光し電気信号に変換する複数個の半導
体受光素子を有する受光部と、前記発光部と前記空間光
変調部との間及び前記空間光変調部と前記受光部との間
に設けられた光学的に透明な電気絶縁層とを形成して半
導体発光装置とすることもできる。
【００１３】
【作用】本発明に係る半導体発光素子においては、第１
半導体領域と第２半導体領域との接合部に順バイアスが
かかるように第１電極と第２半導体領域との間に電圧を
印加すると、前記第１半導体領域と接する前記第１電極
から前記第１半導体領域にキャリアが移動する。このと
き、前記第１半導体領域と前記第１電極との接続部に前
記第１半導体領域と同極性でキャリア密度が高い半導体
低抵抗領域が存在するために、前記第１電極から供給さ
れた電流は前記第１電極を通じて前記半導体低抵抗領域
へ集中して流れ込み、夫々前記半導体低抵抗領域の周囲
の前記第１半導体領域へと分散して移動する。前記半導
体低抵抗領域は、前記第１半導体領域と第１電極との接
触部に、その相互間隔が電流供給部側で粗であり、電流
供給部から離れるに従い密であるように存在しているの
で、電流供給部から離れた部分のキャリア密度は、前記
半導体低抵抗領域がない場合に比して、前記半導体低抵
抗領域からの電流が加わるため電流密度が増加する。従
って、前記半導体低抵抗領域の位置、大きさ及び間隔を
最適化することにより前記第１半導体領域中を流れる電
流分布を均一にできる。
半導体領域と第２半導体領域との接合部に順バイアスが
かかるように第１電極と第２半導体領域との間に電圧を
印加すると、前記第１半導体領域と接する前記第１電極
から前記第１半導体領域にキャリアが移動する。このと
き、前記第１半導体領域と前記第１電極との接続部に前
記第１半導体領域と同極性でキャリア密度が高い半導体
低抵抗領域が存在するために、前記第１電極から供給さ
れた電流は前記第１電極を通じて前記半導体低抵抗領域
へ集中して流れ込み、夫々前記半導体低抵抗領域の周囲
の前記第１半導体領域へと分散して移動する。前記半導
体低抵抗領域は、前記第１半導体領域と第１電極との接
触部に、その相互間隔が電流供給部側で粗であり、電流
供給部から離れるに従い密であるように存在しているの
で、電流供給部から離れた部分のキャリア密度は、前記
半導体低抵抗領域がない場合に比して、前記半導体低抵
抗領域からの電流が加わるため電流密度が増加する。従
って、前記半導体低抵抗領域の位置、大きさ及び間隔を
最適化することにより前記第１半導体領域中を流れる電
流分布を均一にできる。
【００１４】この結果、キャリアが前記第１半導体領域
中及び前記第２半導体領域中を移動してｐｎ接合部で再
結合して発光するときの発光出力の分布が均一になる。
中及び前記第２半導体領域中を移動してｐｎ接合部で再
結合して発光するときの発光出力の分布が均一になる。
【００１５】また、本発明に係る半導体発光装置は、半
導体発光素子を従来より細く長くして多数の半導体発光
素子を並列に配置したライン状の半導体発光素子アレイ
を発光部として有する。そして、前述の如く、均一な発
光出力分布で発光された光が光学的に透明な絶縁層を介
して空間光変調部に達し、空間光変調部は発光部からの
光を強度変調して、更に、透明な絶縁層を介して受光部
へ光を送る。受光部は半導体発光素子と直交する方向に
配列されたライン状の受光素子のアレイであり、半導体
発光素子を従来より長くすることができるため、従来よ
り多数の発光素子が配置されている。そして、各半導体
受光素子は空間光変調部で変調された光を受光して電気
信号に変換する。
導体発光素子を従来より細く長くして多数の半導体発光
素子を並列に配置したライン状の半導体発光素子アレイ
を発光部として有する。そして、前述の如く、均一な発
光出力分布で発光された光が光学的に透明な絶縁層を介
して空間光変調部に達し、空間光変調部は発光部からの
光を強度変調して、更に、透明な絶縁層を介して受光部
へ光を送る。受光部は半導体発光素子と直交する方向に
配列されたライン状の受光素子のアレイであり、半導体
発光素子を従来より長くすることができるため、従来よ
り多数の発光素子が配置されている。そして、各半導体
受光素子は空間光変調部で変調された光を受光して電気
信号に変換する。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。図１は本発明の一実施例を
示す構造概念図である。基板１０はキャリア密度が１０
18ｃｍ-3のｎ型（第２導電型）ＧａＡｓ基板である。こ
の基板１０上に、キャリア密度が５×１０17ｃｍ-3のｎ
型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 をエピタキシャル成長させること
により、第２半導体領域１１が形成されている。また、
この第２半導体領域１１上には、ＳｉＯ2 又はＳｉＮX
膜等をマスクとして閉管法によって選択的にＺｎを第２
半導体領域１１の表面に拡散させることにより、キャリ
ア密度が１０19ｃｍ-3のｐ型（第１導電型）ＧａＡｓ
0.6 Ｐ0.4 からなる第１半導体領域１２が形成されてい
る。そして、この第１半導体領域１２の表面には、複数
個の半導体低抵抗領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ
が形成されている。これらの半導体低抵抗領域１３（１
３ａ〜１３ｄ）は、第１半導体領域１２の形成に使用し
た第２半導体領域１１上のＳｉＯ2 又はＳｉＮX 膜等の
マスクを除去した後、新たにＳｉＯ2 又はＳｉＮX 膜を
パターン形成し、これをマスクとして閉管法によって選
択的にＺｎを第１半導体領域１２内に拡散させることに
より、キャリア密度が１０20ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ0.6
Ｐ0.4 領域を形成することにより設けられている。この
とき、半導体低抵抗領域１３の位置、大きさ及び間隔は
第１電極１４の長さ、発光素子への印加電圧及び供給電
流の大きさに応じて、均一な発光分布が得られるように
シミュレーションした結果から最適な状態に設定されて
いる。
参照して具体的に説明する。図１は本発明の一実施例を
示す構造概念図である。基板１０はキャリア密度が１０
18ｃｍ-3のｎ型（第２導電型）ＧａＡｓ基板である。こ
の基板１０上に、キャリア密度が５×１０17ｃｍ-3のｎ
型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 をエピタキシャル成長させること
により、第２半導体領域１１が形成されている。また、
この第２半導体領域１１上には、ＳｉＯ2 又はＳｉＮX
膜等をマスクとして閉管法によって選択的にＺｎを第２
半導体領域１１の表面に拡散させることにより、キャリ
ア密度が１０19ｃｍ-3のｐ型（第１導電型）ＧａＡｓ
0.6 Ｐ0.4 からなる第１半導体領域１２が形成されてい
る。そして、この第１半導体領域１２の表面には、複数
個の半導体低抵抗領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ
が形成されている。これらの半導体低抵抗領域１３（１
３ａ〜１３ｄ）は、第１半導体領域１２の形成に使用し
た第２半導体領域１１上のＳｉＯ2 又はＳｉＮX 膜等の
マスクを除去した後、新たにＳｉＯ2 又はＳｉＮX 膜を
パターン形成し、これをマスクとして閉管法によって選
択的にＺｎを第１半導体領域１２内に拡散させることに
より、キャリア密度が１０20ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ0.6
Ｐ0.4 領域を形成することにより設けられている。この
とき、半導体低抵抗領域１３の位置、大きさ及び間隔は
第１電極１４の長さ、発光素子への印加電圧及び供給電
流の大きさに応じて、均一な発光分布が得られるように
シミュレーションした結果から最適な状態に設定されて
いる。
【００１７】そして、第１半導体領域１２上の半導体低
抵抗領域１３を形成するためにマスクとして使用したＳ
ｉＯ2 又はＳｉＮX 膜を除去し、新たにＳｉＯ2 又はＳ
ｉＮX 膜を第１半導体領域上に成膜してパターニングし
た後、ＳｉＯ2 又はＳｉＮX等の絶縁材料を成膜するこ
とにより、絶縁層１５がパターン形成されている。
抵抗領域１３を形成するためにマスクとして使用したＳ
ｉＯ2 又はＳｉＮX 膜を除去し、新たにＳｉＯ2 又はＳ
ｉＮX 膜を第１半導体領域上に成膜してパターニングし
た後、ＳｉＯ2 又はＳｉＮX等の絶縁材料を成膜するこ
とにより、絶縁層１５がパターン形成されている。
【００１８】絶縁層１５は第１半導体領域１２の縁部上
に若干延出しており、この絶縁層１５の一部及び第１半
導体領域１２の上に、第１半導体領域１２用の第１電極
１４が形成されている。この第１電極１４は、第１半導
体領域１２上に、マスクをパターン形成した後、電極材
料のＡｕＺｎを真空蒸着し、前記マスクをリフトオフし
て電極をパターン形成した後、熱処理することによって
オーミックコンタクトを形成することにより設けられて
いる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の下面にもオーミッ
ク電極（図示せず）が蒸着と熱処理とにより形成され
る。
に若干延出しており、この絶縁層１５の一部及び第１半
導体領域１２の上に、第１半導体領域１２用の第１電極
１４が形成されている。この第１電極１４は、第１半導
体領域１２上に、マスクをパターン形成した後、電極材
料のＡｕＺｎを真空蒸着し、前記マスクをリフトオフし
て電極をパターン形成した後、熱処理することによって
オーミックコンタクトを形成することにより設けられて
いる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の下面にもオーミッ
ク電極（図示せず）が蒸着と熱処理とにより形成され
る。
【００１９】このように構成された本実施例の半導体発
光素子においては、第１電極１４を正極にし、基板１０
のオーミック電極を陰極にして、この間に電圧を印加す
ると、第１電極１４から第１半導体領域１２にキャリア
が移動する。このとき、キャリアは第１電極１４から半
導体低抵抗領域１３を介して集中的に第１半導体領域１
２へ移動するので、半導体低抵抗領域１３の周囲では移
動するキャリアの量が多くなる。そして、本実施例では
電流供給部から離れるにつれて隣接する半導体低抵抗領
域１３の相互間隔が密になっているために、移動するキ
ャリアの量の分布が均一になる。また、発光出力は、ｐ
ｎ接合部において再結合するキャリアの量に比例するの
で、発光出力の分布が均一になる。
光素子においては、第１電極１４を正極にし、基板１０
のオーミック電極を陰極にして、この間に電圧を印加す
ると、第１電極１４から第１半導体領域１２にキャリア
が移動する。このとき、キャリアは第１電極１４から半
導体低抵抗領域１３を介して集中的に第１半導体領域１
２へ移動するので、半導体低抵抗領域１３の周囲では移
動するキャリアの量が多くなる。そして、本実施例では
電流供給部から離れるにつれて隣接する半導体低抵抗領
域１３の相互間隔が密になっているために、移動するキ
ャリアの量の分布が均一になる。また、発光出力は、ｐ
ｎ接合部において再結合するキャリアの量に比例するの
で、発光出力の分布が均一になる。
【００２０】次に、本実施例の半導体発光素子と図４に
示す従来の半導体発光素子を実際に製造し、その発光出
力の分布を比較した結果について説明する。図１に示す
本実施例の構造の半導体発光素子を、第１半導体領域１
２と第２半導体領域１１との間のｐｎ接合部として規定
される発光領域の幅が５μｍ、発光領域の長さが１ｃｍ
になるようにして製造した。この場合に、長さが２００
μｍの半導体低抵抗領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３
ｄを電流供給部に近い方から順に、半導体低抵抗領域１
３ａ，１３ｂ間が５ｍｍ、半導体低抵抗領域１３ｂ，１
３ｃ間が２．５ｍｍ、半導体低抵抗領域１３ｃ，１３ｄ
間が１．７５ｍｍであるように電極長手方向に離隔させ
て設けた。このような半導体発光素子を２００μｍ間隔
で電極長手方向に直交する方向に５０本集積した半導体
発光装置を製造し、半導体低抵抗領域がない従来の半導
体発光装置と発光強度の分布の均一性を比較した。
示す従来の半導体発光素子を実際に製造し、その発光出
力の分布を比較した結果について説明する。図１に示す
本実施例の構造の半導体発光素子を、第１半導体領域１
２と第２半導体領域１１との間のｐｎ接合部として規定
される発光領域の幅が５μｍ、発光領域の長さが１ｃｍ
になるようにして製造した。この場合に、長さが２００
μｍの半導体低抵抗領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３
ｄを電流供給部に近い方から順に、半導体低抵抗領域１
３ａ，１３ｂ間が５ｍｍ、半導体低抵抗領域１３ｂ，１
３ｃ間が２．５ｍｍ、半導体低抵抗領域１３ｃ，１３ｄ
間が１．７５ｍｍであるように電極長手方向に離隔させ
て設けた。このような半導体発光素子を２００μｍ間隔
で電極長手方向に直交する方向に５０本集積した半導体
発光装置を製造し、半導体低抵抗領域がない従来の半導
体発光装置と発光強度の分布の均一性を比較した。
【００２１】図２は横軸に電極長手方向の位置を取り、
縦軸に供給電流を取って、半導体発光素子中の各位置で
の供給電流の分布を示すグラフ図である。実線ａ，ｂ，
ｃ，ｄは夫々半導体低抵抗領域１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ，１３ｄからの電流の寄与量を示している。実線ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄは供給電流全体の分布を示している。実線ｅ
は半導体低抵抗領域を有しない従来の場合の供給電流の
分布である。発光出力の分布はこの電流の分布に比例し
ている。このため、本実施例の半導体発光素子中の位置
の違いによる発光強度の差は±１５％であり、比較例は
±５０％であった。このように、本発明によれば、発光
強度の均一性を著しく高めることができた。
縦軸に供給電流を取って、半導体発光素子中の各位置で
の供給電流の分布を示すグラフ図である。実線ａ，ｂ，
ｃ，ｄは夫々半導体低抵抗領域１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ，１３ｄからの電流の寄与量を示している。実線ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄは供給電流全体の分布を示している。実線ｅ
は半導体低抵抗領域を有しない従来の場合の供給電流の
分布である。発光出力の分布はこの電流の分布に比例し
ている。このため、本実施例の半導体発光素子中の位置
の違いによる発光強度の差は±１５％であり、比較例は
±５０％であった。このように、本発明によれば、発光
強度の均一性を著しく高めることができた。
【００２２】また、本発明の実施例に係る半導体発光素
子を図３に示す光ニューロチップの発光部として形成す
ることにより、本発明の実施例に係る半導体発光装置を
得ることができる。本実施例の半導体発光装置は、半絶
縁性基板３５上の発光部３１が図１に示す本発明の実施
例に係る半導体発光素子のアレイにより構成されてお
り、この発光素子アレイは、従来より細く長いために集
積度の高い半導体発光装置が得られる。そして、発光素
子アレイの上に透明な絶縁層を介して配置された空間光
変調部は、発光素子からの光を強度変調して受光部へ光
を送る。更に、受光部は空間光変調部の上部に透明な絶
縁層を介して配置され半導体発光素子と直交する方向に
配列されたライン状の受光素子のアレイであり、半導体
発光素子が従来より長いため従来より多く配置されてい
る。受光部は、空間光変調部で変調された光を受光して
電気信号に変化させる。
子を図３に示す光ニューロチップの発光部として形成す
ることにより、本発明の実施例に係る半導体発光装置を
得ることができる。本実施例の半導体発光装置は、半絶
縁性基板３５上の発光部３１が図１に示す本発明の実施
例に係る半導体発光素子のアレイにより構成されてお
り、この発光素子アレイは、従来より細く長いために集
積度の高い半導体発光装置が得られる。そして、発光素
子アレイの上に透明な絶縁層を介して配置された空間光
変調部は、発光素子からの光を強度変調して受光部へ光
を送る。更に、受光部は空間光変調部の上部に透明な絶
縁層を介して配置され半導体発光素子と直交する方向に
配列されたライン状の受光素子のアレイであり、半導体
発光素子が従来より長いため従来より多く配置されてい
る。受光部は、空間光変調部で変調された光を受光して
電気信号に変化させる。
【００２３】一つの発光素子は１ベクトル又は１ニュー
ロンに相当し、発光素子からの光出力はシナプス荷重の
マトリクスである空間変調部で光強度変調を受け（積演
算）、一つの受光素子（１ベクトル又は１ニューロンに
相当）で電気信号に変換後電気信号の和を取ることによ
り、システム全体として行列−ベクトル積演算が同時に
空間的に並列に処理される。
ロンに相当し、発光素子からの光出力はシナプス荷重の
マトリクスである空間変調部で光強度変調を受け（積演
算）、一つの受光素子（１ベクトル又は１ニューロンに
相当）で電気信号に変換後電気信号の和を取ることによ
り、システム全体として行列−ベクトル積演算が同時に
空間的に並列に処理される。
【００２４】本実施例の半導体発光装置は発光部に本発
明の実施例に係る半導体発光素子を用いたために、発光
素子数と受光素子数を増加させることができ、次数が多
い行列−ベクトル積演算を行うことができる発光装置を
得ることができる。
明の実施例に係る半導体発光素子を用いたために、発光
素子数と受光素子数を増加させることができ、次数が多
い行列−ベクトル積演算を行うことができる発光装置を
得ることができる。
【００２５】なお、上記の各実施例では第１半導体領域
１２をｎ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 により形成したが、この
形成材料はＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 に限らず、ＧａＡｓX Ｐ
1-X（０≦Ｘ≦１）、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌX Ｇａ
1-X Ａｓ（０≦Ｘ≦１）、ＩｎＡｓ、ＩｎX Ｇａ1-X Ａ
ｓ（０≦Ｘ≦１）等の種々のものを使用しても同様の効
果を奏する。また、本実施例では第１電極１４としてＡ
ｕＺｎ膜を使用したが、金属電極、ＩＴＯなどの透明電
極、又は高濃度のキャリア密度を有する半導体領域を電
極とする半導体電極を用いても同様の効果を奏する。更
に、本実施例では絶縁層１５としてＳｉＯ2 又はＳｉＮ
X 膜を用いたが、これに限らず高抵抗の半導体領域を使
用しても同様の効果を奏する。
１２をｎ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 により形成したが、この
形成材料はＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4 に限らず、ＧａＡｓX Ｐ
1-X（０≦Ｘ≦１）、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌX Ｇａ
1-X Ａｓ（０≦Ｘ≦１）、ＩｎＡｓ、ＩｎX Ｇａ1-X Ａ
ｓ（０≦Ｘ≦１）等の種々のものを使用しても同様の効
果を奏する。また、本実施例では第１電極１４としてＡ
ｕＺｎ膜を使用したが、金属電極、ＩＴＯなどの透明電
極、又は高濃度のキャリア密度を有する半導体領域を電
極とする半導体電極を用いても同様の効果を奏する。更
に、本実施例では絶縁層１５としてＳｉＯ2 又はＳｉＮ
X 膜を用いたが、これに限らず高抵抗の半導体領域を使
用しても同様の効果を奏する。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体発光素子は従来の半導体発光素子より発光部分を細く
且つ長くしても均一な発光出力の分布が得られる。従っ
て、本発明の半導体発光素子を使用すれば、半導体発光
素子を従来より細くすることにより、その細くした幅の
方向では従来よりも単位長さあたりの素子アレイ数を増
すことができる。
体発光素子は従来の半導体発光素子より発光部分を細く
且つ長くしても均一な発光出力の分布が得られる。従っ
て、本発明の半導体発光素子を使用すれば、半導体発光
素子を従来より細くすることにより、その細くした幅の
方向では従来よりも単位長さあたりの素子アレイ数を増
すことができる。
【００２７】また、従来より半導体発光素子の長さを長
くすることができるので、この半導体発光素子と光学的
に結合できる受光素子の数を増加させることができる。
その結果、本発明の半導体発光素子を使用することによ
り集積度が高い半導体発光装置を得ることができる。ま
た、この半導体発光装置は従来より半導体発光素子及び
半導体受光素子数が多いので、従来より次数の大規模な
行列−ベクトル積演算が可能になる。
くすることができるので、この半導体発光素子と光学的
に結合できる受光素子の数を増加させることができる。
その結果、本発明の半導体発光素子を使用することによ
り集積度が高い半導体発光装置を得ることができる。ま
た、この半導体発光装置は従来より半導体発光素子及び
半導体受光素子数が多いので、従来より次数の大規模な
行列−ベクトル積演算が可能になる。
【図１】本発明の実施例に係る半導体発光素子を示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体発光素子の素子中
の位置とその位置での供給電流の量との関係を示す図で
ある。
の位置とその位置での供給電流の量との関係を示す図で
ある。
【図３】従来の光ニューロチップを示す構造概念図であ
る。
る。
【図４】従来の半導体発光素子を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体発光素子の素子中の位置とその位
置での発光出力との関係を示す図である。
置での発光出力との関係を示す図である。
１０；基板 １１；第２半導体領域 １２；第１半導体領域 １３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ；半導体低抵抗
領域 １４；第１電極 １５；絶縁層 １６；半導体基板用電極 １７；電流供給電極 ３１；発光部 ３１ａ；ライン状の発光素子アレイ ３２；空間光変調部 ３３；受光部 ３３ａ；ライン状の受光素子アレイ ３４；絶縁層
領域 １４；第１電極 １５；絶縁層 １６；半導体基板用電極 １７；電流供給電極 ３１；発光部 ３１ａ；ライン状の発光素子アレイ ３２；空間光変調部 ３３；受光部 ３３ａ；ライン状の受光素子アレイ ３４；絶縁層
Claims (7)
- 【請求項１】 第１導電型の第１半導体領域と、この第
１半導体領域に接触する第１電極と、前記第１半導体領
域における前記第１電極との接触部に設けられ前記第１
半導体領域よりキャリア密度が高い第１導電型の複数の
半導体低抵抗領域と、前記第１半導体領域における前記
第１電極と反対側の面で接触して前記第１半導体領域と
ｐｎ接合を形成する第２導電型の第２半導体領域とを有
し、前記半導体低抵抗領域は、その相互間隔が前記第１
半導体領域に電流が供給される電流供給部側で粗であ
り、前記電流供給部から離れるにつれて密であるように
配置されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記第２半導体領域は第２導電型の半導
体基板上に設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第１半導体領域はキャリア密度が１
×１０18〜１×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4
で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記
載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第２半導体領域はキャリア密度が１
×１０17〜１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ0.4
で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか１項に記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記半導体低抵抗領域はキャリア密度が
５×１０19〜１×１０21ｃｍ-3のｐ型ＧａＡｓ0.6 Ｐ
0.4 で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記請求項１乃至５のいずれか１項に記
載の半導体発光素子を複数個並列に配列して構成されて
いることを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項７】 前記請求項１乃至５のいずれか１項に記
載の半導体発光素子を複数個並列に配列した発光部と、
この発光部から発光した光を強度変調する空間光変調部
と、この空間光変調部で変調された光を受光し電気信号
に変換する複数個の半導体受光素子を有する受光部と、
前記発光部と前記空間光変調部との間及び前記空間光変
調部と前記受光部との間に設けられた光学的に透明な電
気絶縁層とを有することを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1726694A JPH07226534A (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1726694A JPH07226534A (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07226534A true JPH07226534A (ja) | 1995-08-22 |
Family
ID=11939173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1726694A Pending JPH07226534A (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07226534A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009283984A (ja) * | 2005-05-03 | 2009-12-03 | Samsung Electro Mech Co Ltd | フリップチップ発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2013175635A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子、およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-02-14 JP JP1726694A patent/JPH07226534A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009283984A (ja) * | 2005-05-03 | 2009-12-03 | Samsung Electro Mech Co Ltd | フリップチップ発光ダイオード及びその製造方法 |
| JP2013175635A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子、およびその製造方法 |
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