JPS5994887A - 発光装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、高い受光感度を有する負性抵抗の発光装置
に関する。

（従来技術） 従来化合物半導体のへテロ接合を用いたｐｎ　ｐｎｎ負
負性抵抗発光装置受光によるスイッチングオンの感度が
悪く、受光および発光を利用する装置応用には不適当な
特性しか得られなかった。これ　　。

は特にペース層の材質、形状１寸法、光の導入方法など
に不適当な構成法を用いていたためである。

（発明の目的） この発明は、上記従来の欠点を除去するためになされた
もので、受光感度の勝れた発光装置を提供することを目
的とする。

（発明の構成） この発明の発光装置は、ｎ”＊ｎｔｐｐ”＊ｐ＋ｐ＋ｉ
たはｐ＋ｔｐ・ｎ・ｐｅ　ｎｔ　ｎ＋型の第１層ないし
第６層の化合物半導体を有し、かつ第２層目ないし第４
層目の化合物半導体層で第１のトランジスタを構成する
とともに第３層目ないし第５層目の化合物半導体層で第
２のトランジスタを構成し、上記第３層目および第４層
目の化合物半導体層のうちの少なくとも一方に制御電極
を接続し、上記第２層目または第５層目の化合物半導体
層に露出した部分に受光可能な部分を形成して構成した
ものである。

（実施例） 以下、この発明の受光装置の実施例について図面に基づ
き説明する。第１図はこの発明および従来より知ら′れ
ている化合物半導体ｐｎｐｎ形負性抵抗発光装置が有す
る一般的電圧電流特性を示す。

この第１図における電圧、電流はこの発光装置のアノー
ドおよびカソード間の印加電圧および通電電流を意味す
る。

図中曲線ａは発光装置が有するケ゛−トに電圧印加また
は外来光照射のない場合の発光装置のアノード、カソー
ド間電圧電流特性であり、ｂはゲートに電圧印加または
外来光照射のある場合の特性を示す。曲線Ｃは外部負荷
インピーダンスをアノードまたはカソード端子に接続し
た場合の負荷インピーダンス曲線である。

アノード、カソード間にＶａなるパｆアス′ＩＧ圧を印
加して、ｒ−）に電圧印加または外来光照射すると曲線
ａのターンオン電圧ｖＴは減少し、曲線すの特性曲線と
なるので、発光装置は負荷曲線Ｃとの交点Ｑが動作点と
なり、大電流が流れ高導通状態となるとともに発光する
。

）この発明は、この動作、特に外来光照射に対する受光
感度を高めようとするものであり、第２図はこの発明の
一実施例の構造を示す横断面図、第３図はその平面図で
ある。

この第２図および第３図の両図において、１１２．３，
４，５．６は化合物牛導体層でそれぞれ”　ｅ　”　＋
　ｐ　Ｈｎ　＋　ｐ　＋　ｐ＋型またはｐ＋＋ｐｐｒｌ
＋ｐ＋ｎ、ｎ型であるが、説明の簡略化のために前者の
みに限定して述べる。

また、一般に半導体層１のｎ＋やｐ＋、半導体層６のｐ
＋やｎ＋はオーミック電極を容易に作成させるためか、
基板材料となっている半導体層である。

半導体層１と６は一般にバンドギャップノ小すい低抵抗
高キャリア濃度の層で、ここでは半導体層６が基板材料
であるものとする。とのｐ＋型の基板層である半導体層
６の上にエピタキシャル結晶成長（例えば気相成長、液
相成長、固相成長。

Ｍ　Ｂ　Ｅ成長、ＭＯＣＶＤ成長など）により順次第５
層目ないし第１層目の半導体層５，４，３，２゜ｌを成
長させる。

半導体層５と２はバンドギャップの大きい比較的低抵抗
のそれぞれｐ型およびｎ型のエミツタ層である。半導体
層４と３がバンドギャップの小さいｎ型およびｐ型のペ
ース層である。

これら半導体層４と３はそれぞれ半導体層２゜３．４で
構成されるｎｐｎ　）ランジスタのコレクタ層および半
導体層５，４．３層で構成されるｐｎｐ）ランジスタの
コレクタ層の役割も同時に果している。

ペース層である半導体層３と４は特にその境界面附近は
高低抵抗キャリア濃度である高い配圧と高い反転電圧Ｖ
Ｔを得ることが出来る。

ペース層である半導体層３と４に対する要件は前記トラ
ンジスタ作用を充分行わせ、かつ受光感度を高めるよう
に大きな小数キャリア拡散長を有し、しかも発光効率の
高い材質を選ぶ必要がある。

このような材質要件を満す層構成法はペース層である半
導体層３と４は■−Ｖ族半導体の場合一般に両性不純物
の４族元素に選ぶべきである一一例をあげれば、半導体
層１〜６がＩ’Ｊｚ　Ｇａｌ　−ｚＡｓ（１≧Ｘ≧０）
であれば半導体層１．６はＸ小。

半導体層２，５はＸ犬、半導体層３と４はＸ小であり、
半導体層３と４には不純物としてｓｌまたはＧｅなどを
選んでドーピングを行う。

また、他の例では半導体層１〜６はＩｎＸ　Ｇａ１−エ
Ａ８ｙＰ１−ｙ　、（１≧Ｘ　＋　Ｖ≧０）であれば、
半導体層１．６は一般にＸ大、ｙ犬、半導体層２と５は
Ｘ小、ｙ小、半導体層３，４はＸ大、ｙ小または中位に
選ばれるのが一般的であるが、これらＸｖ’１は２次元
分布をなすので絶対値は一義的には決定できないもので
、前述のエネルギーギャップの相対関係を満足すればよ
い。

さらに、前記ペース層に対する要件を満たすためには、
ペース層である半導体層３，４の不純物分布はそれらの
境界面では低キヤリア濃度であり、境界面から遠ざかっ
たところでは高キャリア濃度であることが望ましい。

したがって、３層と４層のエピタキシャル成長において
は、不純物濃度をこのようなキャリア濃度分布になるよ
うにドーピングすることが望ましい。このような成長は
何れの成長法にも可能性を有するが、最も簡便かつ有効
な方法はＱａ溶媒とＳｔ不純物を用いたＧａＡｓあるい
はｌ’Ｊ　Ｘ　ＧＢ　１−ｚ　、Ａａの液相成長におけ
る徐冷法を用いることである。

特に、半導体層４と３をその成長法におけるｎｐ反転法
を用いると最も望ましい不純物濃度となる。

不純物のドーピング方法は結晶成長中に行う方法以外に
も拡散法やイオン注入法などを用いることも、またこれ
らの併用も可能である。

次に、光の導入方法における改良について述べると、通
常この型の素子の受光感度は両ベース層において最も高
められる。したがって第２図の半導体層１および６はバ
ンドキャップが小さいため、特に入射光２の最短波側が
吸収が大きく、ベース層には僅かな光のみ到達せず受光
感度を低下させる原因となる。

したがって、この層をオーミック電極の取出しのための
一部分、すなわち、オーミック電極１８と１３の一部分
を除いて、化学的または物理的エツチング法によって除
去する。

光の導入方向が上部からか下部からかによって、オーミ
ック電極１８．１３の何れか一方でもよい。

ただし、光の導入は横方向からもあり得るが、一般には
上、下面からの方が受光面積から考えると有利である。

次に、この発明の発光装置はオーミック電極１８に電極
端子９を接続するとともに、オーミック電極１３に電極
端子７を接続するだけでも光学的に、第１図に示すとと
くの非線型な負性抵抗受光発光特性が得られるが、さら
に特性の制御性を高めるために第２図のごとく、電極取
出し用のｐ″゛型の変質層１４およびｎ＋型の変質層１
５を形成し、オーミック電極１７．１６を形成し、電極
端子１０゜８を接続する。

変質方法としては、不純物導入法（拡散やイオン注入法
など）によって行われる。なお、ｐ型のｎ＋型への変質
は実際上難しいので、ｎ＋型の変質層１．５の部分では
、半導体層１〜３を除去している。

また、これらの層と半導体層２あるいは半導体層２およ
び３との分離をそれぞれ行うために化学的または物理的
エツチング法によって電極を出し部分、すなわち、オー
ミック電極１７．１６以外の部分を除去させる。

このように行うことによって、ペースに電気的に独立に
制御外部信号を印加し、光信号以外にもより多様な特性
制御が可能となる。

また、このようなエツチングを行うことによってベース
層である半導体層３と４が直接外部に露呈するので、受
光感度は高められる。

なお、この電極取出しのための層間分離法にはイオン注
入法も用いることができる。

次に、光の取出方法について述べる。前述のベース層の
受光感度上昇法はそのまま発光光の取出し方法の改良に
もなっているので、採用し得るが、発光の場合はさらに
横方向からの取出がより有効な場合がある。

すなわち、この発光装置が高導通状態となった場合、例
えば発光装置横端面を弁開などにより、互に平行な鏡面
にして光学的共振器を構成させ、所謂レーザ発振を行わ
せる場合がある。

このような場合には、横断面方向から光が強力に取り出
せるので、例えば上下面から受光させ高導通状態でレー
ザ発振させ横方向から光を取り出すことにより、発光出
力光１１が得られ、入出力分離がより有効になされる。

なお、し／−ザ発振を行わせる場合は半導体層２トＪ′
ｆ８５がエネルギギャップ大かつ光学的屈折率小ガる条
件が満たされるように構成させることがより有効である
から、例えば半導体層４からの電極取出しを行わないか
、あるいは取出しのためのエツチング部分を第３図のご
とく広くとらずにより部分的に行い、たとえば第３圀の
上、下方向にレーデ発振さぜるように、その方向には半
導体層３と４ガ；半導体層２と５でワわれたままの状態
にし、上下の面を互に平行面として共振器を構成する。

また、このような紫子状宿成は単一基板上に配動可能で
あるから、集積化発光素子として構成し得る。

さらに、光の入出力、すなわち、発光出力１１゜入射信
号光１２は光学的ファイバーと接続し得ることは勿論で
ある。

加えて、入射光は多数信号光や波長の異なる幾つかの信
号でもより有効に動作し得ることは半導体受光素子が一
般に有する特性であるから、この発光装置においても有
効に実施し得て、光論理機能ないし論理動作も出来る。

以上説明したように、この実施例において、ベース層へ
入射光の吸収を少なくして到達させているので、光学的
に高感度な受光発光装置の作成および有効な光学的入出
力手段を構成させる手段を提供している。

したがって、高感度の光のスイッチング動作が可能とな
り、またファイバーとの接続の容易性、入出力信号分離
が容易となる。

また、制御電極を有しているので、光信号のみによらず
電気的なスイッチングや光入射信号との併用により受光
感度特性を制御可能であるとともに、例えば、入射光と
出力光とは材質および電気的動作を介して互に独立に動
作可能であるので、それぞれの光の波長を選択、制御す
ることが可能である。

さらに二つ以上の入射光導入が可能であるから高感度な
論理ＡＮＤ動作などが出来る利点を有するばかりか、電
気制御信号と光信号の混合論理動作も可能となる。

（発明の効果） 以上のように、この発明の発光装置によれば、外部入射
信号光により高感度な負性抵抗発光機能を有するので、
光スイツチ装置、光パルス発生装置、光パルス再生増幅
装置、リミッタ、光論理装置、波長変換装置などに利用
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明および従来の負性抵抗発光装置の動作
を説明するための電気的特性図、第２図はこの発明の発
光装置の一実施例の装置の横断面、第３図は同上発光装
置の平面図である。 １〜６・・・半導体層、７〜ｉｏ・・・電極端子、１１
・・・発光出力光、１２・・・入射信号光、１３，１６
，１７゜１８・・・オーミック電極、１４．１５・・・
変質層。 特許出願人　　沖電気工業株式会社 手続補正書 昭和５８年ｉｏ月１９日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特　許　　願第　２０４５０８　　号２、発
明の名称 発光装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特　許　出願人（０２９）沖電
気工業体式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　昭和　　年　　月　　日　（自
発）６、補正の対菓 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 別紙の通り ７、　補正の内容 ｌ）明細書３頁３行「受光装置」を「発光装置」と訂正
する。 ２）同５頁１３行「高低抵抗」を「高抵抗の」と訂正す
る。 ３）同７頁１８行「せず」をＵしＪと訂正する。 ４〕　同９頁１行「１，５」を「１５」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｎ”ｙｎｙＰ＊ｎ＊Ｐ＋ｐ＋またはｐ＋、　ｐ　ｌ　”
   　ｊ　ｐ　Ｉｎ、ｎ＋型の第１層ないし第６層の化合物
   半導体層を有し、かつ第２層目ないし第４層目の化合物
   半導体層で第１のトランジスタを構成するとともに第３
   層目ないし第５層目の化合物半導体層で第２のトランジ
   スタを構成し、上記第３層目および第４層目の化合物半
   導体層のうち少なくとも一方一制御電極を接続し、上記
   第２層目または第５層目の化合物半導体層に露出した部
   分に受光可能な部分を形成してなることを特徴とする発
   光装置。