TW465124B - Light-emitting thyristor and self-scanning light emitting device - Google Patents

Description

465124 五、發明說明（ϊ) 技術之領域 本項發明是有關改善發光效率的發光閘流體、以及使用 上述發光閘流體的自掃描型發光裝置。 技術之背景 面發光的發光閘流體在與本專利令請人相關的"特開平2 —I 4584號公報”中作了明確說明，另外，端面發光的發光 閘流體也在同本專利申請人有關的"特開平9 — 8 5 9 8 5號公 報"中有過明確的表述。面發光閘流體與端面發光閘流體 在基本構造方面相同，例如連續在/GaAs基板上的GaAs緩衝 層上，結晶生成了 AlGaAs層（A1組成例如0 . 35 ) » 圖1是顯示發光閘流體基本構造的概略剖面圖。在圖1中 ，10為p型的GaAs基板，在該基板之上依次積層著p型以紅 緩衝層 12、p 型AlGaAs 層 14、n 型AlGaAs 層 16、p 型AlGaAs 層18、η型AlGaAs層20。在AlGaAs層20、518上分別安裝有 陰極電極22、間極24 ’在GaAs基板的背面則裝有陽極電極 26。 ' 、.....- 在本例中，是在P型(JaAs基板上，通過緩衝層並按p型層 、n型層、p型層、„型層的順序進行積層；而在n型以^層 ί 3 ί ΐ ί層並按照η型層、Ρ型層、η型層、Ρ型層的順序 a二2 f Γ ’則最上層的電極為陽極電極、最下部的電極 馬陰極電極。 f 椹Ϊ Ϊ t明者們在上述公開公報中明確展示了通過對上述 流體進行陣列狀制，並： 先閑流體之間施以適當的相互作用便可實現自動掃描i發

4 6512 4 五、發明說明（2) 能’表明作為光印表機用光源它在安裝方面十分簡便，並 能使發光元件的排列間距狹，可製造小型的自掃描型發光 裝置等特點。 擁有上述構造的發光閘流體，由於在以紅緩衝層與該 缓衝層之上的AlGaAs層的介面中，令A1組成將發生巨大變 化，例如，A1組成由〇變為〇. 35，因此，儘管晶格常數的 變化不大，但因A 1組成的急劇變化，也會產生該介面上晶 格的混亂、或者能量帶的巨大變形。由此，介面晶格的不 整齊程度將會加大，甚至發生錯位。另外，介面中的能帶 寬度將會增大，並因其接合造成能量帶變形加大。 鑒於上述情況我們可以得知，在GaAs基板上通過GaAs緩 衝層生長AiGaAs層形成的發光閘流體在GaAs緩衝層同 A 1 GaAs層間的介面中，由於晶格不整齊帶來的晶格缺陷的 誘發、以及形成不明了的不純度等，出現了諸如因臨限電 流值、保持電流的增加導致設備特性出現惡化等問題。另 外’因為在上述介面附近發生載流斷路等缺陷，也造成了 外部量子效率降低、發光光量下降等問題。 此外’也有如圖2所示，為了獲得同陰極電極間的電阻 接觸，在η型AlGaAs層20之上形成η型的GaAs層28的情況。 並且在圖2中與圖1相同的要素邊均附上相同的參照編號進 行標示。如此’在習知的發光閘流體中為了達到與電極間 電阻接觸的容易性及材料的簡易化，在最上層的材料方面 均使用了 GaAs。由於發光閘流體的發光波長約為780nm， 如果最上層使用GaAs層則其吸收端波長約為860nm，因此

89116984.ptd 第5頁 465124 五、發明說明（3) 發出的光在通過最上層28的過程中，光的能量將會下降。 為減少GaAs層28對光的吸收量，可以通過削減GaAs層的 膜厚做到這一點，但如果膜的厚度變薄，則會進一步出現 下述問題。即為製作電阻電極則有必要實現電極材料與 GaAs的合金化。而熱處理會導致原子移動距離增大，甚至 電極材料的合金化領域要擴大至GaAs層28下層的A1GaAs層 20 45其結果也是造成A 1 GaAs結晶性變差及光發生散射等的 原因。 圖3是表示在297K時η型GaAs層的光吸收光譜的曲線圖。 縱軸表示吸收係數α、橫軸表示光子能量。光的吸收量用 1 - e- α ΐ (t為膜厚）加以表示。通過該曲線圖我們可以知 道對於波長為7 8 0 n m的光的吸收係數約為1. 5 X 1 〇4。如果 將膜厚t定為0 . 0 2 // m，而由上述公式來單純計算吸收量 的話’則可得出發光光量將降低3〜4 %。若因膜厚的變化 及合金化產生原子排列的混亂及組成的變化等，則將導致 吸收量的進一步下降。 圖4顯示的是在GaAs基板10上擁有GaAs緩衝層丨2、以及 在最上層擁有G a A s層2 8的發光閘流體。另外，在圖4當中 與圖1及圊2相同的要素邊均附上了相同的參照編號加以表 示。 一般認為，如圖5所示，ρηρη構造的發光閘流體是基板 一侧的ρηρ電晶體44與基板相反一侧的ηρη電晶體46的組 合。即陽極、陰極及閘極分別相當於pnp電晶體44的發射 極、npn電晶體46的發射極及npn電晶體46的基極。通過電

89116984. pld 第6頁 4 65124 五 '發明說明（4) 巧44、46的各自電流放大率的組合來決定 電J。即為減少保持電流而有必要增大各電晶體的= 大率=。電流放大率α用發射極注入效率r、輸送^放 Θ、集極接面崩潰倍增率M及固有集極效率α *的乘積給 出。其中，為增大發射極注入效率7 ，發射極的雜質濃度 也將没計為高於基極的雜質濃度。 Ο Ρ型雜質Ζη的擴散速度非常迅速，在外延成膜的過程中 也會擴散至η型的半導體層，從而對11型雜質進行補償。因 此，陽極層（GaAs層12及AlGaAs層14)的Ζη濃度如果比η 型閘極層（AlGaAs層16 )的雜質Si的濃度大的話，則陽極 層與閘極層間的介面附近的S i也會幾乎全部得到補償，從 而降低電晶體的輸送效率；3。此外，也會出現製作非發光 中心招致發光效率下降的問題》 發明之揭示 本發明的目的是在GaAs基板上通過GaAs緩衝層，生長 A 1 GaAs層形成的發光閘流體方面，提供改善發光效率的發 光間流體。 本發明的其他目的是在使用GaAs作為最上層材料的發光 閘流體方面，提供可改善發光效率的發光閘流體。 本發明的另一目的是在η型閘極層雜質為Ζη的發光閘流 體方面，提供可改善發光效率的發光閘流體》 本發明的再一個目的是提供使用上述發光閘流體的自掃 描型發光裝置。 本項發明的第1形態是在GaAs基板上的GaAs缓衝層之

89116984.ptd 第7頁 46512 4 五、發明說明（5) 上、P型及η型的AlGaAs層相互積層的pnpn構造的發光閘流 體中’以上述GaAs緩衝層正上方的AlGaAs層的A1組成階梯 狀增大、或者A 1的組成連續增大為特徵的發光閘流體。 在上述發光閘流體中，由於前面所述的A丨GaAs層的A丨組 成變化緩慢，因此便可降低GaAs缓衝層與AlGaAs層介面的 晶格不整齊帶來的錯位等晶格缺陷，另外也能緩和介面能 量帶的極端變形。 一般認為，插入單一或多重量子阱或者使用變形層的變 形超晶格構造等代替A 1組成的緩慢變化也具有一定的效 果。此時，通過將其定為滿足高反射條件的量子阱層或超 晶格層，並由量子阱層或超晶格層對發往基板一側的光線 進行反射，可望提高出射光量。 另外，在A1的組成呈階梯狀或連續性變化的A1GaAs層中 有可能發生不吻合及錯位時，為停止不吻合及錯位狀態下 的傳送，也可在AlGaAs層内設置成量子阱層或變形超晶格 構造。 採用本項發明的第2形態，可以通過將最上層的材料定 為諸如InGaP、InGaAsP或者A1GaInp等吸收端波長短於 78〇nm的材料來消除最上層對光的吸收。該材料對GaAs基 板而言也望起到晶格整齊的作用。如此’我們可以通過將 擁有吸收端波長短於發光閘流體發光波長的材料用於最上 層來消除出射光的最上層對光的吸收，從而提高外部的量 子效率。 採用本項發明的第3形態，其特徵是pnpn構造的發光閘

第8頁 89116984.ptd 46512 4 五、發明說明（6) - 流體令至少要使η閘極層附近的陽極層部分雜質的濃度低 於η閘極層的雜質的濃度。 —ρηρη構造的發光閘流體，例如ρ型基板上外延成長ρ型的 第i層、ρ型的第2層、η型的第3層、ρ型的第4層、η型的第 5層、η型的第6層的場合，上述的發光閘流體由基板一側 . 的Ρηρ電晶體與基板相反—側的npr}電晶體的組合而成。 採用本項發明，通過將第1層、第2層的雜質濃度定在第， 3$層雜質濃度以下，從而限制了第j層、第2層對第3層的雜 質的擴散。並且由於pnp電晶體的發射極一基極結為異質 結，因此發射極的雜質濃度即使低於基極的雜質濃度也幾y 乎不會景彡響到發射極的注入效率，並能大體保持在1的水 平。 此外，採用本項發明還可通過將發光閘流體用作發光元 件’實現下述構造的自掃描型發光裝置。 第1構造是將多個擁有發光動作用臨限電壓或臨限電流 的控制電極的傳送元件進行排列，通過相互作用電阻或電 氣單方向性的電氣元件，把各發光元件的上述控制電極與 位於其附近的至少一個發光元件的控制電極進行連接，並 將控制各發光元件發光的電極同外加電壓或電流的數根線L 路進行連接的自掃描型發光裝置。 、」 其第2構造是由將多個擁有可傳送動作用臨限電壓或臨 限電流的控制電極的傳送元件進行排列，通過相互作用電 阻或電氣單方向性的電氣元件，把各傳送元件的上述控制 電極與位於其附近的至少一個傳送元件的控制電極進行連·

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f 乂同時使用電氣手段將各傳送元件接上電源線，且由各 傳送70件連接時鐘脈衝線形成的自掃描型傳送元件陣列； 〔、將夕個擁有臨限電壓或臨限電流的控制電極的發光元件 進行排列的發光元件陣列組成，並將上述發光光元件陣列 ，各控制電極與上述傳送元件的控制電極通過電氣手段進 叮連接、在各發光元件處安裝注入發光用電流線路的自掃 描型發光裝置。 七採用擁有上述構造的自掃描型發光裝置，不僅外部發光 A率好而且疋一種可以實現高精細化、小型化、低成本 的發光裝置。 佳f施裉餽 下面根據圖式對本項發明的實施例進行詳細說明。 (第1實施例） 圖6是本項發明的一個實例的示意圖，它解決了圖1說明 的習知擁有緩衝層的的發光閘流體所存在的問題。在Gah 基板10上階梯狀地增加AlxGanAs層，其A1的組成x由〇 (GaAs)慢慢地增加至〇. 35 ’與此同時，該圖將顯示使其外 延成長的狀態。並且，不管GaAs、AlGaAs的導電類型（η 型、Ρ型）’其外延成長的方法是相同的’因此在實例說 明時不對導電的類型進行區分。 在GaAs基板1 〇之上改變Α1原料的供給量，使Αι的組成按 0、0 · 1、0. 2、0. 3、0. 3 5的順序變化，同時外延成長 A1 G a A s層。即依次外延成長a 1組成為〇的a A s層（缓衝層 )12、A1奴成為〇，1的AlGaAs層50-1、A1組成為0.2的

89116984.ptd 第10頁 46512 4 五、發明說明（8) .

AlGaAs 層 50-2、A 1 組成為 〇. 3 的 A1 GaAs 層 5 0 — 3、A1 組成 為0. 35 的AlGaAs 層50 —4。 ' 如此’ A 1的組成呈階梯狀增加的四個A 1 GaAs層5 0 — 1、 50—2、50—3、50—4相當於圖1中的AlGaAs層14。此時，

GaAs緩衝層12至AlGaAs層50 —4之間的總膜厚將根據載流 子的封閉效率加以設定。 以後的步驟與圖1以前的例相同，將依次外延成長A1的 -組成為0.35的AlGaAs層。 (第2實施例） 圖7是是本項發明的另一實例的示意圖，它也解決了圖1 () 說明的習知擁有缓衝層的的發光閘流體所存在的問題。在 G a A s緩衝層1 2上使A 1的組成X由0連續性地變化至〇. 3 5地 外延成長的AlxGa^As層。這種A1組成的變化在外延成長 時’將通過使A1及G a供給量的至少一方發生連續變化來加 以實現。 如此，在GaAs基板10上的GaAs缓衝層12之上生成A1組成 由0連續變化至〇 · 35的AlGaAs層52 —1，並由此繼續生成 了 AI 組成為〇· 35 的AlGaAs 層 52 —2。 上述兩個AlGaAs層52 —1、52 —2相當於圖1的AlGaAs層 14。 此時，G a A s緩衝層1 2至A1 G a A s層5 2 — 2之間的總膜厚將 根據载流子的封閉效率加以設定。 以後的步驟與圖1以前的例相同，將依次外延成長A1的 組成為〇. 3 5的A 1 G a A s層。 .,

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_16^4 _____^_ 五、發明說明（9) . 正如上述第1實例及第2實例所述的那樣，通過使A 1的組 -成發生缓慢變化，可以降低因GaAs緩衝層與A1GaAs層間介 面=晶格不整齊帶來的錯位等晶格缺陷，另外也能缓和介 面能量帶的極端變形β由此便能減輕對設備特性的影響。 通j以下的方法對第丨或第2個實例中的發光閘流體的臨 限電流、保持電流及光輸出等進行測定。如圖8所示，將 · 發光閘流體60的陽極電極26、陰極電極64、閘極66同恒流· 源68及恒定壓源70進行連接，改變恒流源68的輸出電流 Ικ 測疋發光閘流體的陰極電麼VK及閘極電流ig。測定資 料的典型實例如圖9所示。在圖9中，求得了閘極電流Ig由 i曰加剛剛轉為減少時的最大電流，並將其定為臨限電流。 另一方面’在同樣將恒流源6 8的輸出電流L (等於發光閘 流體6 0的陰極電流）進行改變的同時，測定陰極電壓VK。 ίκ 一 VK特性的典型實例如圖1 〇所示。保持電流定義為陰極 電壓超過一定數值（例如〇 . 2伏）的點。在光輸出方面， 將間極通過電阻同陽極電極進行接續，輸出電流L設定為 適當的數值（例如1 3mA )時的光輸出值可以用光電二極體 測定得出。將1 5 — 20個第1或第2實施例的發光閘流體進行 測定，同圖1的習知的發光閘流體進行比較，臨限電流平 1 均減少了约2 〇 %、保持電流平均減少了約1 5 %。光輸出則Ί 平均增加了約1 〇 %。 (第3貫施例） 圖11是本項發明的第3實例的示意圖，它也解決了圖1說 明的習知擁有缓衝層的發光閘流體所存在的問題。在以“ „

46512 d____ 五、發明說明（ίο) 基板10上的GaAs缓衝層12之上生成了量子阱層72，在該量 子阱層72之上與圖1中習知的構造一樣，外延成長了 AIGaAs層14、AlGaAs層16......。上述量子拼層發揮了第ι 及第2實施例中，A1組成呈階梯狀增加的AiGaAs層以及A1 組成連續變化的AlGaAs層相同的作用，這可以減少 緩衝層與A 1 GaAs層之間介面的晶格不整齊帶來的錯位等晶 格缺陷，另外也能緩和介面能量帶的極端變形。 本貫施例中的量子陣層不設在G a A s緩衝層1 2和A 1 G a A s層 的介面上’而設在AiGaAs層14中也行。此外，用變形超晶 格結構代替量子阱層，也可取得同樣的效果D (第4實施例） 在上述第1及第2個實施例中的A1組成呈階段性或者連續 性變化的AiGaAs層中’因晶格不整齊導致的不吻合及錯位 甚至傳過A1 GaAs層到達頂層，這有可能對發光閘流體的特 性產生影響。下面就降低及停止上述不吻合及錯位的傳播 的實例進行說明。 在圖12所示的實例中，在圖6的構造的AiGaAs層50—4内 权置了量子牌層或變形超晶格構造74 ^由此便可停止不吻 合及錯位的傳播。 在圖13所示的實例中，在圖7的構造的A IGa As層52 —2内 設置了量子牌層或變形超晶格構造76。由此便可停止不吻 合及錯位的傳播。 (第5實施例） 圖1 4是本項發明的發光閘流體的概略剖面圖，它解決了

891169S4.ptd 第13頁 46512 4_ 五、發明說明（li) ' ' --- 在圖2中說明過的、將GaAs層用於最上層的習知的發光閘 流體的問題。其構造與圖2中習知的例相同，但豆最上層 的GaAs層用另外的層80進行了更換，該層由對G^s基板而 言起到整齊晶格作用的InGaP組成。 在Ini_xGaxP場合，對GaAs起到整齊晶格作用的是其組成义 約為0_ 5的時候。InGaP的成長使用了 M〇CVl)。用三甲銦 (TMI )作為In的原料、Ga的原料上使用了三甲鎵（TMG );在P原料上使用了磷化氫。由於成長的條件依賴於使 用反應爐的構造，為達到所需要的組成X = 〇. 5，有必要提 出條件。在使用減壓成長法時’成長溫度定為6〇〇〜7〇〇 °c。m族原料供給摩爾比（TMG/TMI )定為與混晶比（χ /1 X )成比例。作為取得η型I n G a P的推雜劑，則使用了 硒，而硒的原料使用了硒化氫。 為對光學特性進行評價’將在GaAs基板上成長的單層 InGaP作為測定的試樣。圖1 5顯示了在室溫條件下測定的 Ino.5GaQ SP的光致發光強度。發光中心的波長約為66〇ηιη。 圖16是將這個In^Ga^P的光吸收光譜同GaAs (圖3)進行 比較的示意圖。In0 5GaD 5p的吸收端波長約為65〇nm (〇.9eV) ’對於波長為780ηπι的光的吸收係數小於1〇cnrl， 並與GaAs的1. 5 X l〇4cm-i相比可得到大幅減少的數值。 將最上層的陰極層定為上述的111(；&1)層，製作了發光閘 流體。InGaP層的成長方法如上所述，其他的製造工藝過 程與已明確表述過的使用GaAs層時一樣。另外，對於 InGaP層’為使陰極電極同其電阻接觸，而在陰極電極的

89116984,ptd 第〗4頁 4651 2 4 五、發明說明（12) 村料上使用了 AuGeNi。 為測定光輸出’發光閘流體如圖1 了那樣進行了接線。發 光閘流體82的閘極84通過電阻86同陽極電極88進行連接， 在陽極電極8 8同陰極電極9 〇之間則接上恒流源9 2，用光電 一極體測定一定陰極電流（例如1 〇 m A )下的光輸出。 得到的光輸出值與使用GaAs層的發光閘流體時的典型值 相比平均增加了約3 %。由此我們便可得知InQ 5GaQ 5p層的 吸收幾乎可以忽略不計。 另外，作為最上層的材料，在使用時，可 以通過使用吸收端能量較大一側的組成X、y來減小吸收係 數。為S兒明14 一情況，在圖18中表示了 inhGaxAs卜yPy的組 成圖。實線與虚線分別表示等能隙禁帶Eg線和等晶格常數 線。在該组成圖中，顯示吸收端能量為丨· 6eV的線i 〇 〇與約 為780nm的發光波長相當。另外，晶格常數5, 65A相當於 GaA/的晶格常數。因此’從該狀態圖可以知道，使罔比擁 有等於Ga As晶格常數的組成當中用黑點表示的點丨〇 2更高 月色量一側的組成，可以減少吸收係數。 此外、，作為最上層的材料在使用AlxGay Inh_y時，需要分 別選擇為同GaAs保持晶格整齊的組成χ、y。圖丨9是顯示 AjG^InP的晶格常數與能隙禁帶間關係的曲線圖。縱軸表 示晶格常數、橫軸表示能隙禁帶Eg。圖中斜線部分丨〇4是 可接受的AIxGayIrv"的乡且成範圍。纟中，同GaA^格整齊 的組成是用實線1 06顯示。在該組成的條件下，由於能隙 禁帶對於780nm的波長而言是一足夠大的數值，因此可以

i liUm

46512 4 五、發明說明（13) 推斷出吸收係數與GaAs相比已經足夠的小° 它町解 (第6實施的例） 下面說明一下本項發明的發光閘流體的實施例 決圖4說明過的習知發光閘流體所存在的問題。 剞 在圖4中的發光閘流體的構造中，製成了僅僅。表i顯示 GaAs層1 2、p型A 1 GaAs層1 4的濃度的發光閘流體 了基板及各層化合物、膜厚、雜質、雜質的浪度°

_ 4 6512 4 五、發明說明（14) 一 · ' ^-―, 的AlQ,3GaQ_7As構成，雜質為Zn型閘極層16由厚度為 20〇11111的41〇. i3GaQ87As構成’雜質為Si °p型閘極層18由厚声 為800nm的Al〇 13GaQ 87As構成，雜質為Zn。陰極層2〇由厚度 為500nm的AluGauAs構成’雜質為Si。電阻接觸層28由厚 度為30nm的GaAs構成，雜質為Si。 如表1所示，在雜質的濃度方面，製作了四種，即N〇 i - 、No,2、No.3、No.4。在表 1 的Νο.1、Νο·2、No.3、N〇 4 中’ 1 6、1 8、20、28等四個層的雜質濃度是相同的。即層 ’ 1 6的S i的雜質濃度為1 X 1 〇18 /cm3、層1 8的Zn的雜質遭度

為1 X 1 017 /cm3、層20的S i的雜質濃度為3 X 1 〇i8 /cm3、層，ί, 28的Si的雜質濃度為3 X 1 018 /cm3。 V 另一方面’在No.l中’層12、14的Zn的雜質濃度定為了 2 X 1 017 /cm3。在No. 2中，層12、14的Zn的雜質濃度定為 了 2 X 10i8 /cm3。在No.3中’層12、14的Zn的雜質濃度定 為了 5x 1017/cra3。在No.4中，層12、14的Zn的雜質濃度 定為了 1 X 1 018 /cm3。 很明顯在No, 2、No.4中，層12、14的雜質濃度不低於層 1 6的S i的雜質濃度。 對於上述擁有No. 1〜No. 4的雜質濃度的發光閘流體，研 究其電流一光輸出的特性。得到的電流一光輸出特性如圖、) 20所示。層12、14的Zn濃度遠遠低於層16的Si濃度的No· 1 發光閘流體其發光量最高。另外，No. 3發光閘流體發光量 次之。但對於層12、14的Zn濃度與層16的Si濃度相同、或 者比層16的Si濃度低的No.4、No. 2的發光閘流體而言，其

S91I6984.ptd 第17頁 _4 65124 /五 1明說明 05)-----~~--- ... n 發光量依次降低。由此可知，如果將層1 2、1 4的ζ η濃度設 定為低於層1 6的S i濃度的話，則由層1 2、1 4向層丨6的雜質 擴散將會得到限制，其結果是發光效率也不會降低。 ‘，（第7實施例） 在第6實施例中，展示了如果將層1 2、1 4的雜質濃度設 定為低於層1 6的雜質濃度的話則會有一定的效果。但如果 · 降低層1 2、1 4的雜質濃度，則上述層的電阻將會增大，從 而影響發光閘流體的性能。為避免這一缺點，如圖2 1所示 製作了將第6實施例中的層14分割成14 —1、14 一2兩層的 發光閘流體。如表2所示設定了各層的雜質濃度（設定濃 度）^在分割後的第二層中，僅僅將上層1 4 一1的雜質濃 ' 度降低至2 X 1 016 / c m3，下層的1 4 一 2則被設定為2 X 1 〇18 / cm3。其他層的濃度與第6實施例相同。 成長後的各層的雜質濃度使用二次離子質量分析法進行 了評判，其結果（實測濃度）如表2所示。根據評判結果 可以知道，上層1 4 — 2的雜質濃度高於設定濃度（2 X 1 Ο!6 /cm3)，達到4x 1017/cm3。這是由於上層14—2在成長的 過程中，來自下層14—1的Zn擴散所致。 該構造的發光閘流體的電流一光輸出特性與第6實例的 N 〇. 1幾乎相同。因此，表明降低層1 4靠近層1 6的部分的雜 v)

質濃度會有效果。 表2 層 材料 膜厚 雜質 雜質濃度（原子/ c in3 ) (nm) 設定濃度 實測濃度 89116984.ptd 第18頁 465124 五、發明說明（16) 層28 GaAs 30 Si 3x 1018 3 x 1018 層2 0 A10 3Ga〇.7As 500 Si 3x 1018 3 x 1018 層1 8 A 1〇 13 Ga〇 87 A s 800 Zn 1 x 1017 lx 1017 層1 6 A10,13 Ga0.87 As 200 Si 3x 1018 3 x 1018 層 14 —2 A l〇. 3 Ga0 7 As 100 Zn 2x 1016 4x 1017 層 1 4 一 1 Al"Ga0.7As 400 Zn 2 x 1018 2 x 1018 層12 GaAs 500 Zn 2x 1018 2x 10】8 基板10 GaAs 在上述兩個實例中，顯示了使用P型基板的情況。而在 使用η型基板時，也可以降低陽極的雜質濃度’使其低於η 閘極層的雜質濃度。另外，這裏就容易擴散的雜質Ζη進行 了說明。本項發明對於其他種類的雜質也有同樣的效果。 即也可以適應於第5、6層的η型雜質濃度。 (第8實施例） 下面就可以適用上述發光閘流體的自掃描型發光裝置的 三種基本構造進行說明。 圖22是自掃描型發光裝置第一種基本構造的等效電路 圖。作為發光元件，使用了端面發光閘流體‘"Τ_2 ' Ty、 τ0、τ+1、τ+2…，在上述發光閘流體中設置了各閘極…g_2 、G-j、G0、G+1 ' G+2…。通過負荷電阻Rl ’向各閘極外加 了電源電壓VGIi。另外，為創造相互作用’相鄰的閘極通過 電阻心進行了電氣連接。此外，三根傳送時鐘脈衝（、 02、心）線每隔三個元件（重複進行）分別連接在發光

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五、發明說明（17) 元件的陽極電極上 下面說明一下上述自掃描型發光元件陣列的動作，首先 令傳送時鐘脈衝&為高電平，發光閘流體tq導通（〇N)。 此時’因發光閘流體所具有的特性，閘極GD降至零伏附 近。假如將電源電壓VGK設為5伏，則由負荷電阻^、相互 作用電阻h構成的電阻網路決定各發光閘流體的^極電 壓。並且靠近發光閑流體TQ的閘流體的閘極電麗將降至最 低’以下根據同閘流體TG間的距離的不同，閘極電M v ( G )也會依次上升。這可按下述公式進行表達： V(G。）<V(G+丨）< V(G 一丨）<V(G+2) =V(G_2) ...... (1 )

這些閘極電壓的差可以通過適當選擇負荷電阻R 、相互 作用電阻仏的值來加以設定。 L 眾所周知，發光閘流體的導通電壓vDN，如下述公式表示 的那樣’僅僅是比閘極電壓V(G)高pn結擴散電位f的電。 壓。 d“ ^on = V ( G ) + Vdif ...... ( 2 ) 因此’如果將外加在陽極上的電壓設定為高於上述導通 電壓VQN，則該發光閘流體將會導通。 在該發光閘流體TG處於導通（ON )的狀態下，將下面的 傳送時鐘脈衝分！定為高電平。雖然將傳送時鐘脈衝0 ^同 時施加到發光閘流體T+]與T_2上，但如果將傳送時鐘脈衝 么的高電平電壓的值VH設定為下述範圍内，則可以只有發 光閘流體T+1導通。 V(G_2) +V(Gdif)>VH ) >V(G+1) + Vdif ……（3 )

89116984.ptd 第20頁 46512 4 五、發明說明（18) *- 由此發光閘流體TQ與乃將同時導通。接下來如果把時鐘 脈衝0a定為低電平，則可以使發光閘流體％截止，可進行 導通狀態的傳送。 根據上述原理，如果將傳送時鐘脈衝心、心、^的高 電平電壓設定為依次互相略有重疊，則發光閘流體的導通 (ON )狀痞將會依次得到傳送。這樣便可實現本項發明的 自掃描型發光裝置。 圖23是自動掃描型發光裝置的第2基本構造的等效電路 圖。作為發光閘流體的閘極間的電氣連接方法，該自掃描 型發光裝置使用了二極體。即使用二極體…、Dy、 、D+1、D+2…代替圖22電路的相互作用電阻。由於二極 體具有電氣上的單向性，因此傳送時鐘脈衝線有兩根便 可，將兩根傳送時鐘脈衝（&、么）線每隔—個元件分 別同各發光閘流體的陽極電極進行連接。 下面說明一下該自掃描型發光裝置的運作情況。首先令 傳送時鐘脈衝心為高電平’並將發光閘流體τ。導通。此 時，根據發光閘流體的特性，可以將閘極低&降至零伏附 近。假如將電源電壓VGK設為5伏’則由負荷電阻心、二極 體構成的網路將決定各發光閘流體的閘極電壓。並且靠近 發光閘流體Tfl的閘流體的閘極電壓將降至最低，以下根據 同閘流體TQ間的距離’閘極電壓也會依次逐漸上升。 根據二極體特性的單向性及非對稱性，降低電壓的效果 只能作用於發光閘流體％的右方向。即閘極g+i設定為僅比 G0高的、二極體正向上升電壓Vdii的電壓，閘極g+2設定為

S1III it 111 891]6984.ptd 第21頁 46512 4 五、發明說明（19) 僅比G+]向的、二極體正向上升電壓Vdii的電壓。另一方 面’發光閘流體％左側的發光閘流體T—i的閘極g t，由於 二極體D-]為逆向偏置’二極體不流過電流，^此，它 與電源電壓VeK成為同電位。 接下來的傳送時鐘脈衝01將外加最鄰近的發光閉流體τ η、ΐ η、以及發光閘流體τ +3、Τ _3。在上述發光閘流體當 中’導通電壓最低的是發光閘流體τ+1 ’發光閘流體的 導通電壓約為（G 的閘極電壓+ vdii )。這約是vdif的2 倍。接下來導通電壓比較低的發光閘流體為τ+3，約為 的4倍。發光閘流體Τη ' T_3的導通電壓約為（Vgk +Vdif w 根據以上情況，如果將傳送時鐘脈衝&的高電平電壓 又疋為Vdif的約2倍至4倍的區間内，則可以只使發光閘流 體丁·η導通，實施傳送動作。 .圖24是自掃描型發光裝置的第三種基本構造的等效電〗 圖:該自掃描型發光裝置屬於將傳送部分4〇同發光部分4 分離的構造。傳送部分40的電路構成與圖23中所示， ^ π構成相同，傳送部分4〇的發光閘流體，·.τ—、ι、τ+ι 在該實例中被用作傳送元件 +2 成 發光部分42由寫入用發光元件...Ly、、 ’上述各發光元件的閘極分別與傳送元件

L

+ 1 •T

L

+2 ··*的間極…卩―、 T〇 進行連接。在寫入 發光元件的陽極上施加了寫入信號s丄η 下面說明一下該自掃描型發光裝置的工作情況。現在

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4 65124 五、發明說明（20) :果將傳送70件TD定為啟導通狀態，則 將低於電源電壓VGK，幾乎為零伏。因此，寫入作;虎= 電塵如果超過pn結的擴散電位vdli (约IV )，則可使發光 元件U為發光狀態。 以j便發光 對此’閘極G—】約為5V，間極G+】約為lv。因此 件Ly的寫入電壓約為6V、 啦尤 ^ &9V ^ a v發先几件1^】的寫入信號的電壓 於疋’只有發光元叫可寫人 電·约在卜2V的範圍内。如果發光元件乙。導通號即= 發光狀態的話，則因穹入产咕e . 舄入旮娩Sin的電壓固定在約1¥，這 樣便可防止對其他的發光元件作出選擇的錯誤。 發光強度是由流經寫入信號Sin的電流來決定的，任音 的發光強度均能寫入圖像。s k 心 _ ,.七^ 圚像另外，為將發光狀態傳送至下 一 70件，有必要將寫入信號Sin 令正在發光的元件一度戴止。 曰丁降至零伙’並 (產業上之利用可能性） 採用本項發明可以提供 文善了發先效率的發光閘流體。 另外’才木用本項發明，涵说u _ . ό ^ ,, . q π M通過對奄先兀件的陣列化以及增加 自知 4田功食b，從而能夠提供山担古AL h 4 型發光裝置。 彳'、出美同外部發光效率的自掃描 元件編號之說明 1 0 ’ p 型 G a A S 基板；1 2， n 刑 Γ Λ 〆 Μ J® · 1 fi n 刑λ 1 r Λ a Ρ iGaAs 緩衝層；14 ’ ρ 型AlGaAs 層，；18，卩型㈣仏層；2〇， 赞先邻刀，44，ρηρ電晶體；

AlGaAs層；22，陰極電極.^ 打· 4n，值接八.d 24、66、，閘極；26，陽極電 極，4 U，傅迗部分，4 2，絡虫加八.…

465124 五、發明說明（21) 46，npn 電晶體；50 - 1 至50 —4，AlGaAs 層；60、82，發 光閘流體；6 4，陰極電極；6 8，同恒流源，7 0，恒定壓 源；72，量子阱層；74、76，超晶格構造；84，閘極； 8 6，電阻；8 8，陽極電極；9 0，陰極電極；9 2，恒流源； α，電流放大率；7，發射極注入效率；#，輸送效率； Μ，集極接面崩潰倍增率；α *，固有集極效率；Ικ，輸 出電流；VK，陰極電壓；Ig，閘極電流的；VK，陰極電 壓；5、65 A，晶格常數；…T_2、、TD、T+1、T+2 …， 端面發光閘流體；..4-2、Gy、G〇、G+I、G+2…，閘極； ，負荷電阻；VGK，電源電壓；A、ζώ2、0 ，時鐘脈 衝；Gfl，閘極；VDN，導通電壓；…D_2、D—、Dd、D+1、D + 2…，二極體；&，作用電阻；Vdif，上升電壓；‘··Ly、 L〇、L +1、L +2…’發光元件；S i η ’寫入信號。

89116984.ptd 第24頁 _46512 4 圖式簡單說明 圖1是習知擁有緩衝層的發弁蘭冷 Λμ s m ^九閘流.體的概略剖面圖。 剖Γ圖層的習知的發光閉流體的概略 ^是顯示在圖2的發光間流體中㈣仏口及收係數的曲 綵圖。 圖4是習知發光閘流體的概略剖面圖。 圖5是圖4的發光閘流體的等效電路圖。 圖6疋本項發明弟1實施例的示意圖: 圖7是本項發明第2實施例的示意圖。 圖8是發光閘流體的特性評價電路的示意圖。 圖9是顯示臨限電流測定實例的曲線圖。 圖1 0是顯示保持電流測定實例的曲線圖。 圖11是本項發明第3實施例的示意圖。 圖1 2及圖1 3均是本項發明第4實施例的示意圖。 圖1 4是本項發明第5實施例的示意圖。 圖15是顯示InGaP光致發光強度的曲線圖^ 圖16是InQ.5GaQ.5P層的光吸收光譜同GaAs進行比較的示意 圖。 圖17是發光閘流體的光輸出測定電路的示意圖。 圖18是InGaAsP的組成圖。 圖1 9是顯示A 1 G a I η P的晶格常數與能隙禁帶間關係的曲 線圖》 圖2 0是發光閘流體的電流一光輸出特性的示意圖。 圖2 1是本項發明第7實施例的示意圖。

89116984.ptd 第25頁 46512 4 圖式簡單說明 圖2 2是自掃描型發光裝置的第1基本構造的等效電路 圖。 圖23是自掃描型發光裝置的第2基本構造的等效電路 圖。 圖24是自掃描型發光裝置的第3基本構造的等效電路 圖0

89116984.ptd 第26頁

Claims (1)

1. 46512 4 六、申請專利範圍 1 一種發光閘流體，其特徵係為，具備彙聚之GaAs基 板；GaAs緩衝層’係設置於上述GaAs基板上者；及四個積 層’係由設置於上述GaAs緩衝層上的第1導電型及第2導電 型的A1 GaAs層經相互積層者， 上述GaAs緩衝層正上方的AiGaAs層，係由多個AiGaAs層 組成’且上述多個A1 G a A s層的A1組成朝向上方呈階梯狀增 大者。 2. 如申請專利範圍第1項之發光問流體，其中在上述多 個A1 GaAs層的最上層内，插入有量子阱層或變形超晶格構 造。 3. —種發光閘流體，其特徵係為，具備彙聚之GaAs基 板；GaAs緩衝層，係設置於上述GaAs基板上者；及四個積 層’係由設置於上述GaAs緩衝層上的第1導電型及第2導電 型的AlGaAs層經相互積層者， 上述GaAs緩衝層正上方的AlGaAs層，其A1組成為朝向上 方呈連續性增大者。 4. 如申請專利範圍第3項之發光閘流體，其中在上述 GaAs緩衝層正上方的AlGaAs層内，插入有量子陕層或變形 超晶格構造。 5. —種發光閘流體，其特徵係為，具備彙聚之GaAs基 板；G a A s緩衝層’係設置於上述G a A s基板上者；及四個積 層’係由設置於上述GaAs緩衝層上的第1導電型及第2導電 型的AlGaAs層經相互積層者， 在上述GaAs緩衝層與正上方的AlGaAs層之間，或者在上

   89116984.ptd 第27頁 465124 六、申請專利範園 述正上方的AlGaAs層内，插入古县工扯爲+ 造。 拖入有量子阱層或變形超晶格構 6. —種發光閘流體，其特徵係為，具備彙聚之 四個積層’係由設置於上述其始 ^道 土板’及 且八工通暴板上的第1導電型 型的半導體層經相互積層者， τ ，上述四個層之中，光線發射的最上層，係由InGaP、 InGaAsp、及AlGalnP組成的層群中選出的材料構 尺如申請專利範圍第6項之發光閘流體，其中上 ^料的組成’係為可整合上述發光閘流體基板材晶格 者。 ^ 8. 如申請專利範圍第7項之發光閘流體’其 的材料為GaAs者。 ^基板 9, 一種發光閘流體’其特徵係為，具備彙聚之 極層；n型閘極層，係與上述p型陽極層相接而形成者； m 型閘極層，係與上述p型閘極層相接而形成者；及η型陰極 層，係與上述ρ型閘極層相接而形成者， = 其至少要使接近於η閘極層的陽極層部分的雜質 於η閘極層的雜質濃度。 J又_ 1 〇.如申請專利範圍第9項之發光閘流體，其中上 層的雜質為Zn者。 i 1 ·如申請專利範圍第9項之發光閘流體，其中上述陽極 層的雜質是Zn，上述n型的閘極層的雜質是Si者。 12. —種自掃描型發光裝置，其具有，多個配置排列具 有控制發.光動作的臨限電壓或臨限電流的控制電極的發光

   465124 六、申請專利範圍 , 元件，各發光元件的上述控制電極通過相互作用電阻， 接至其附近位置的至少一個發光元件的控制電極，並 = 外加電壓或電流至控制各發光元件發光的電極的多根 線， 上述發光元件，係申請專利範圍第i至〗丨項中任一 發光閘流體。 1 3. —種自掃描型發光裝置，其具有，多個配置排列具 有控制發光動作的臨限電壓或臨限電流的控制電極的發光 元=，各發光元件的上述控制電極通過具有電氣單向性的 電氣7G件，連接至其附近位置的至少一個發光元件的控制 電極，並連接外加電壓或電流至控制各發光元件發光的電 極的多根配線， 上述發光元件’係申請專利範圍第1至丨i項中任一項之 發光閘流體。 1 4.如申請專利範圍第丨3項之自掃描型發光裝置，其中 具有上述單向性的電氣元件為二極體。

   1 5· —種自掃描型發光裝置，其具有，多個配置排列具 ，控制傳送動作的臨限電壓或臨限電流的控制電極的傳送 元件’各傳送元件的上述控制電極通過相互作用電阻，連 接至其附近位置的至少一個傳送元件的控制電極之同時， 使用電氣手段連接電源線至各傳送元件，並且連接鐘脈衝 線至各傳送元件形成自掃描傳送元件陣列；多個配置排列 具有控制臨限電壓或臨限電流的控制電極的發光元件形成 發光7G件陣列，通過電氣手段連接上述發光元件陣列的各

   89116984.ptd 第29頁 4 65Ϊ2 六、申請專利範園 控制電.極至上述僅样_ & 光元件發光的電流線：件的控制電極’並設有外加使各發 上述發光元件，孫由上土 發光間流體。 令清專利範圍第1至11項中任一項之 有】控6制:種严Λ描型發光裝置，其具有，多個配謝 元ΐ，各ΐ $作:臨限電遂或臨限電流的控制電極的傳送 電氣元件，曼Ϊ上述控制電極通過具有電氣單向性的 雷梅夕Ρ1 &連接其附近位置的至少一個傳送元件的控制 時，使用電氣手段連接電源線至各傳送元件，並 多各傳送元件形成自掃描傳送元件陣列； 發光元杜被j具有控制臨限電壓或臨限電流的控制電極的 元件陣列IΪ光元件陣列二通過電氣手段連接上述發光 Μ 有外加使各# j制電極至上述傳送元件的控制電極，並設 有卜加使各發光元件發光的電流線路， 發件’係申請專利範圍第1至11項中任-項之 17如申請專利範圍第16項之自掃 具有上述單向性的電氣元件為二極體發先裝置其中

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