JPH0760904B2 - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
- Publication number
- JPH0760904B2 JPH0760904B2 JP6919790A JP6919790A JPH0760904B2 JP H0760904 B2 JPH0760904 B2 JP H0760904B2 JP 6919790 A JP6919790 A JP 6919790A JP 6919790 A JP6919790 A JP 6919790A JP H0760904 B2 JPH0760904 B2 JP H0760904B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light emitting
- light
- thin film
- transmittance
- emission wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 44
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 33
- 239000010408 film Substances 0.000 description 48
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 24
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 22
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 15
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- -1 Si 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
- H01L33/44—Semiconductor 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 characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
子に関する。
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
器等において、PN接合の発光ダイオードを用いた発光素
子が利用されている。
のPN接合面に順方向バイアス電圧を印加することにより
所定の波長を有する光を発生するものである。そして、
通常この発光部にシリコン窒化膜等の薄膜が隣接形成さ
れ、発光部を保護すると共に発光部からの光を透過する
発出部として機能する。この薄膜の膜厚としては、発光
部から射出した光が最も多く外部に透過すべく、以下の
式を満足するような値に設定される。
発光ダイオードの室温での発光波長、nは薄膜の屈折率
である。
P型あるいはN型半導体の屈折率、n3は空気の屈折率で
ある。
向電圧を印加することにより発光するが、一般に発光ダ
イオードのエネルギー効率は数%と低く、注入された電
気エネルギーのほとんどは発光部で熱エネルギーに変換
される。そして、この熱により発光部の温度は上昇し、
発光量が減少すると共に発光の中心波長は室温時の波長
より長波長側にシフトする。
0.6半導体、N型半導体としてTeを含有させたGaAs0.4P
0.6は半導体、薄膜としてシリコン窒化膜を用いた場合
のスペクトラム分布を示す。図において、横軸は発光波
長λ(nm)、縦軸は最大出力を1.0とした場合の発光素
子からの相対発出光量とシリコン窒化膜の透過率を示し
ている。室温、すなわち25℃における中心発光波長は66
0nmであるが、発光部の温度が25℃から30℃、35℃、40
℃、45℃と上昇するにつれて中心発光波長は長波長側に
シフトし、その相対発出光量が減少していくことがわか
る。なお、第7図において発光波長と発出光量の温度依
存性は発光ダイオードの典型的な値である0.33nm/℃と
し、またスペクトラム分布は半値幅が30nmのガウス分布
とした。
透過率Tの値も示されており、発光波長λが長波長側に
シフトするにつれ透過率Tは減少する傾向を示すことが
わかる。なお、この時のシリコン窒化膜の屈折率nはn
=1.87とし、この値はシリコン窒化膜に隣接するP型あ
るいはN型半導体の典型的な屈折率n1=3.5、空気の屈
折率n3=1.0とした時に透過率Tが最大となる屈折率で
ある。また、シリコン窒化膜の膜厚dは発光部から発出
した光が最も多く透過される膜厚である式(1)におい
て、n=1、λ=660nm、n=1.87として得られるd=2
65nmの値を用いている。
上昇に伴なって発出光量が低下し、また発光波長の長波
長側へのシフトによりシリコン窒化膜等の薄膜の透過率
低下を招いて発光部から外部へ射出される光量が著しく
低下してしまう問題点があった。
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
場合における画質の劣化や読取りエラー、あるいは信号
とノイズの比S/Nの低下の原因となっていた。
の目的は発光部の温度上昇によらずほぼ一定の光量の光
を外部に射出することができる発光素子を提供すること
にある。
子は、薄膜の透過率が発光波長の増加と共に増加するこ
とを特徴としている。
発光素子は、薄膜の発光波長λに対する透過率Tの変化
がdT/dλ>10-3(nm-1)を満たすことを特徴としてい
る。
の発光素子は、薄膜の膜厚dを (2m+1)+α<4nd/λ<2(m+1)−β m:0または正の整数 n:薄膜の屈折率 λ:発光波長 α:0または正の定数 β:0または正の定数 とし、発光波長の増加と共に薄膜の透過率を増加させる
ことを特徴としている。
の発光素子は式(3)においてα、βが前記薄膜の発光
波長λに対する透過率Tの変化がdT/dλ>10-3(nm-1)
を満たすことを特徴としている。
の透過率を発光波長の増加と共に増加することにより、
発光部の温度上昇に伴って発光波長λが長波長側にシフ
トしても薄膜の透過率Tの減少を防いで光量をほぼ一定
に保つものである。
と薄膜との界面で反射されると同時に薄膜と空気との界
面でも反射される。そして、この2つの界面で反射され
た光は干渉を起こすので、薄膜全体としての透過率は発
光波長によって変化することとなる。すなわち、薄膜の
透過率Tは、 T=(r12 2-1)(r23 2-1)/{(r12r23+1)2-4r12r23sin2Φ}
……(4) となる。但し、r12は干渉効果を考慮しない場合の半導
体と薄膜との界面での反射振幅、r23は干渉効果を考慮
しない場合の薄膜と空気の界面での反射振幅、Φは薄膜
内での光の位相差因子で、薄膜に垂直に光が入射する場
合、 Φ=2πnd/λ ……(5) となる。式(4)より薄膜の発光波長λに対する透過率
T変化dT/dλは dT/dλ={4(r12 2−1)(r23 2 −1)r12r23(2πnd/λ2)sin(2Φ)}/{(r12r23+1)2 −4r12r23sin2Φ}2 ……(6) となる。この式から容易にわかるように、薄膜の膜厚d
が (2m+1)<4nd/λ<2(m+1) を満たす場合にはdT/dλは正となる。
射出した光の波長が長波長側へシフトするに従ってその
透過率が増加することを示している。
へシフトするに従い、薄膜の透過率が増加するため、発
光部からの発出光量が低下しても薄膜透過後の光量の低
下は従来の発光素子に比べてより少量で済むことにな
る。
増加させ、薄膜透過後の光量の低下をより抑えることが
できる。
実施例を説明する。
P型半導体としてZnが拡散されたGaAs0.4P0.6半導体層
10、そして、N型半導体としてTeを含有するGaAsP半導
体層12がPN接合されて発光部を形成している。そして、
P型GaAs0.4P0.6半導体層10の上面に正電極16が、そし
て、N極GaAsP半導体層12の裏面に負電極14が形成さ
れ、これら正負の電極によって順方向バイアス電圧がPN
接合面に印加されて発光部から所定の波長λの光が射出
される。
のシリコン窒化膜18がプラズマCVD等によって形成さ
れ、発光部から射出した光を透過させて外部に発出する
構成である。
ン窒化膜18の膜厚dを式(3) (2m+1)+α<4ndλ<2(m+1)−β m:0または正の整数 n:シリコン窒化膜の屈折率 λ:発光波長 α:0または正の定数 β:0または正の定数 に設定したことである。例えば、m=1、発光波長λ=
660nm、n=1.87とすると、シリコン窒化膜の膜厚dの
範囲は、 265nm<d<530nm となる。そして、このような膜厚dのとき、前述の式
(6)においてdT/dλ>0となる。このことは、発光波
長λの増加に伴い、シリコン窒化膜の透過率Tが増加す
ることを示している。
mのシリコン窒化膜の透過率を示す。ここで、P型GaAs
0.4P0.6半導体層10の屈折率3.5、シリコン窒化膜18の
屈折率を1.87、空気の屈折率を1.0とした。また、PN接
合の発光部から射出された光の波長λは、この発光ダイ
オードの温度が室温の25℃では660nmであり、膜厚310nm
のシリコン窒化膜18を透過することによって第2図に示
されるスペクトル分布を示す。また、この発光部の温度
45℃に上昇した場合には、発光部から射出される光の波
長は長波長側にシフトし、シリコン窒化膜18の透過率が
よい高い667nm程度となるため図に示すように相対発出
光量が25℃における値より若干少ないスペクトル分布を
示すこととなる。
7の時に式(3)を満たす850nmの膜厚を有するシリコン
窒化膜18の透過率を示す。この場合においても、発光部
の温度が25℃から45℃に上昇し、発光波長が長波長側に
シフトすると、シリコン窒化膜18の透過率が増加し、相
対発出光量の温度低下が第7図に示す従来の発光素子に
比べ少ないことがわかる。
過して外部に出てくる光量をm=1,2,3,4の時に式
(3)を満たす膜厚であるd=310nm,490nm,670nm,810n
mの場合の発光部の温度に対する相対光量をプロットし
たものである。なお、同図には、比較のためにシリコン
窒化膜の膜厚が式(1)を満足する従来膜厚の場合の発
光部の温度に対する相対光量をプロットしてある。そし
て、第5図には第4図に示されたプロット結果から得ら
れる各膜厚における発出光量の低下率(%/℃)及び室
温25℃における発光波長であるλ=660nmにおける透過
率Tの変化率dT/dλを示す。
の膜厚dがd=265nmである従来の発光素子の発出光量
低下率−0.82%/℃に比べ、本実施例における膜厚d=
310nm,490nm,670nm,850nmの場合の発出光量低下率はそ
れぞれ−0.6%/℃,−0.55%/℃,−0.52%/℃,−
0.49%/℃と小さくなっていることがわかる。これは、
発光波長λに対する透過率Tの変化dT/dλが従来の発光
素子の値0.0に比べ2.4×10-3、3.6×10-3、4.6×10-3、
5.4×10-3といずれも大きな値を示すからである。
窒化膜の膜厚を発光波長λの増加に伴ってその透過率T
が増加する範囲に設定することにより、発光部の温度上
昇に伴う発光波長の長波長側へのシフトが生じても透過
率の増加により発出光量の低下を防ぐことができる。
を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば、SiO2、Si2O3、ZnO、CeO2、ZrO2、TiO2、PbO、Z
nSe、CdS、ZnS等の物質で形成することも可能である。
第6図に示すように、異なる屈折率、膜厚を有する薄膜
を複数N層積層した構成を用いることもできる。すなわ
ち、各薄膜の屈折率が、n1,n2,n3,……,nNで、膜圧が
d1,d2,d3,……,dNの場合にこのN膜の透過率Tは各膜の
境界で反射または透過した光がこのN層膜中で相互に干
渉し合うことによって決まるが、このときの透過率が発
光波長の増加と共に増加していれば、同様の効果を得る
ことができる。
層としてGaAs0.4P0.6を用いたが、この混晶比は任意に
設定することが可能であり、GaAs、GaA1As,GaP、InGaP
系統の他の化合物半導体を用いることも可能である。
なる発光素子について説明したが、複数の発光ダイオー
ドを配列した発光ダイオードアレイ型発光素子に適用で
きることは言うまでもない。
発光部の温度上昇に伴う発出光量の低下を防ぎ、ほぼ一
定の光量を得ることができるので、光りプリンタやイメ
ージリーダの光源として用いた場合に高画質、高読取り
率を得ることができるという効果がある。
発出光量の関係を示すグラフ図、 第5図は同実施例における発出光量低下率と透過率Tの
変化率dt/dλを説明する表図、 第6図は本発明に係る発光素子の他の実施例の断面図、 第7図は従来の発光素子の発光部温度と相対発出光量と
の関係を示すグラフ図である。 10……P型GaAs0.4P0.6半導体層 12……N型GaAsP半導体層 14……負電極 16……正電極 18……シリコン窒化膜
Claims (4)
- 【請求項1】PN接合された発光部とこの発光部に隣接形
成され発光部から射出した光を外部に透過する薄膜とを
備える発光素子において、 前記薄膜の透過率が発光波長の増加と共に増加すること
を特徴とする発光素子。 - 【請求項2】請求項(1)記載の発光素子において、発
光波長λに対する透過率Tの変化がdT/dλ>10-3(n
m-1)を満たすことを特徴とする発光素子。 - 【請求項3】PN接合された発光部とこの発光部に隣接形
成され発光部から射出した光を外部に透過する薄膜とを
備える発光素子において、 前記薄膜の幕厚dを (2m+1)+α<4nd/λ<2(m+1)−β m:0または正の整数 n:薄膜の屈折率 λ:発光波長 α:0または正の定数 β:0または正の定数 とし、発光波長の増加と共に薄膜の透過率を増加させる
ことを特徴とする発光素子。 - 【請求項4】請求項(3)記載の発光素子において、前
記α、βが前記薄膜の発光波長λに対する透過率Tの変
化がdT/dλ>10-3(nm-1)を満たすことを特徴とする発
光素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6919790A JPH0760904B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 発光素子 |
US07/576,890 US5005058A (en) | 1990-03-19 | 1990-09-04 | Light-emitting diode with light-transmissive film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6919790A JPH0760904B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03270082A JPH03270082A (ja) | 1991-12-02 |
JPH0760904B2 true JPH0760904B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=13395764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6919790A Expired - Lifetime JPH0760904B2 (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 発光素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5005058A (ja) |
JP (1) | JPH0760904B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5135877A (en) * | 1990-10-09 | 1992-08-04 | Eastman Kodak Company | Method of making a light-emitting diode with anti-reflection layer optimization |
US5077587A (en) * | 1990-10-09 | 1991-12-31 | Eastman Kodak Company | Light-emitting diode with anti-reflection layer optimization |
US5650359A (en) * | 1991-05-06 | 1997-07-22 | Texas Instruments Incorporated | Composite dielectric passivation of high density circuits |
JPH05283735A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-10-29 | Eastman Kodak Japan Kk | 発光素子 |
US5444270A (en) * | 1994-11-04 | 1995-08-22 | At&T Corp. | Surface-normal semiconductor optical cavity devices with antireflective layers |
US6896850B2 (en) * | 2001-03-26 | 2005-05-24 | Kumetrix, Inc. | Silicon nitride window for microsampling device and method of construction |
JP2009065137A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-03-26 | Toshiba Lighting & Technology Corp | 発光装置 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2420848A1 (fr) * | 1978-03-23 | 1979-10-19 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation de diodes electroluminescentes et photodetectrices |
US4495514A (en) * | 1981-03-02 | 1985-01-22 | Eastman Kodak Company | Transparent electrode light emitting diode and method of manufacture |
JPS5946071A (ja) * | 1982-09-08 | 1984-03-15 | Koito Mfg Co Ltd | 半導体薄膜発光素子 |
FR2538171B1 (fr) * | 1982-12-21 | 1986-02-28 | Thomson Csf | Diode electroluminescente a emission de surface |
JPS6055678A (ja) * | 1983-09-06 | 1985-03-30 | Nec Corp | 発光ダイオ−ド |
JPS6074484A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-26 | Toshiba Corp | 発光ダイオ−ド |
JPS61191084A (ja) * | 1985-02-20 | 1986-08-25 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
JPH0546285Y2 (ja) * | 1987-08-27 | 1993-12-03 |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP6919790A patent/JPH0760904B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-09-04 US US07/576,890 patent/US5005058A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03270082A (ja) | 1991-12-02 |
US5005058A (en) | 1991-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6033902B2 (ja) | レーザー光源 | |
US4317086A (en) | Passivation and reflector structure for electroluminescent devices | |
US20050152417A1 (en) | Light emitting device with an omnidirectional photonic crystal | |
US20040233961A1 (en) | Optically pumped semiconductor device | |
JP2008085339A (ja) | 複数のモノリシックに集積されたレーザダイオードを備えている端面発光形半導体レーザ | |
JP5262293B2 (ja) | 光半導体装置 | |
JPH04132274A (ja) | 発光ダイオード | |
US20110182317A1 (en) | Surface emitting semiconductor laser having a plurality of active zones | |
US5282219A (en) | Semiconductor laser structure having a non-reflection film | |
US20070160102A1 (en) | Vertically emitting, optically pumped semiconductor laser comprising an external resonator | |
JPH0760904B2 (ja) | 発光素子 | |
US6560264B1 (en) | Stripe type semiconductor light emitting element having InGaN active layer, combined with optical resonator including wavelength selection element | |
US20210215994A1 (en) | Radiation source for emitting terahertz radiation | |
EP0724300B1 (en) | Semiconductor device having reflecting layer | |
US5051788A (en) | Light-emitting apparatus | |
US10698237B2 (en) | Optical modulator including multiple quantum well and carrier blocks and 3D image acquisition apparatus including the same | |
JP4048056B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JPH06151955A (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH05283735A (ja) | 発光素子 | |
JPH065916A (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH08116127A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
JP2004119756A (ja) | 発光ダイオード | |
JP3134382B2 (ja) | チャープ状光反射層を備えた半導体装置 | |
KR101145541B1 (ko) | 반사감소층 시퀀스가 구비된 발광 다이오드 | |
JP7550986B2 (ja) | 半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080628 Year of fee payment: 13 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090628 Year of fee payment: 14 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090628 Year of fee payment: 14 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100628 Year of fee payment: 15 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100628 Year of fee payment: 15 |