JPH0364078A - 半導体光放出素子 - Google Patents

半導体光放出素子

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JPH0364078A
JPH0364078A JP1200481A JP20048189A JPH0364078A JP H0364078 A JPH0364078 A JP H0364078A JP 1200481 A JP1200481 A JP 1200481A JP 20048189 A JP20048189 A JP 20048189A JP H0364078 A JPH0364078 A JP H0364078A
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健夫 塚本
Nobuo Watanabe
信男 渡辺
Masahiko Okunuki
昌彦 奥貫
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/83Electrodes
    • H10H20/831Electrodes characterised by their shape

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、プレ−ナー型PN接合を有し、このPN接合
に逆バイアスを印加し、電子なだれ降伏を生じさせるこ
とによって光を発する半導体光放出素子に関する。
[従来の技術] 従来より、アバランシェ状態からの光放出は、学術論文
Phys、Rev、 、Vol、102.P2S5,1
956゜’Photo emission from 
avalanche break down」、A、G
、Chynoweth、and H,に、l1lcke
y等において報告されている。一方、この光放出現象を
光放出半導体素子として応用した例として、(:onf
、Proc。
IEEE、sou theagtcon、P2S5,1
988 ’Astudy ofthe  nature
  and  characteristics  o
f  Lightradiation  in  re
verse−biased  5iliconjunc
tionsJ C,B、Williams  and 
 K、Daneshver  が知られている。この論
文においては、SiのPN接合界面における光放出強度
は、0.01W/cm”であると報告されている。そし
て、これらの文献の半導体素子は、 S、M、Sze著
r Physics ofsemiconductor
 DeviceJJohn 91i1ey&5ons 
P73に記載されているようなプレ−ナー型のPN接合
で構成されていた。
[発明が解決しようとしている問題点]しかしながら、
上記従来例は、その構成がプレ−ナー型PN接合である
ため、接合部の周囲に円筒状の曲率な持つ部分や球状の
曲率を持つ部分が存在していた。そして、接合部に作用
する電界は、平面状の接合部よりも球状の曲率なもつ部
分や円筒状の曲率を持つ部分の方が高いので、アバラン
シェ降伏現象による光放出はこの高い電界領域、即ち接
合部の周囲でのみ生じ、接合部を均一に光らせることは
出来なかった。また、このようなプレ−ナー接合では、
接合を形成する時のバターニング形状の不均一に伴なう
電界集中による発光や、欠陥等に伴なう電界集中による
発光があり、偶発的な要素による発光が素子発光の光強
度や光の発光場所を支配する。このため、制御性よく光
放出デバイスを形成することは出来なかった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、制御
性良く作製することが出来、均一な発光を行なう半導体
光放出素子を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明の上記目的は、n型半導体の表面に、プレ−ナー
型PN接合を形成するようにp型半導体層を設けて成り
、前記PN接合に逆バイアスを印加し、電子なだれ降伏
を生じさせることによって光を発する半導体光放出素子
において、前記PN接合の平面部の一部に、他の部分よ
りも降伏電圧の低い領域を設けることによって達成され
る。
[実施例] 第1図(A)及び第1図(B)は、夫々本発明の半導体
光放出素子の第1実施例を示す平面図及びA−A’部に
おける断面図である。このような素子は、以下のような
プロセスで作製された。
まず、n型半導体基体l(本実施例ではGaAs(10
0) )上に、3 x 10 ”cm−3の不純物濃度
を持つn型半導体層2を1分子線エピタキシー(MBE
)!&長によって形成した。そして、フォトリソグラフ
ィーのレジストプロセスを用いて、領域3の位置のフォ
トレジストを開口し、ここにSiイオンを80 KeV
の加速電圧で注入した。更に、同様なレジストプロセス
を用いて領域5の位置のフォトレジストを開口しここに
Znイオンを40 KeVの加速電圧で注入した。
次に、これをアルシン雰囲気中で850℃−30sec
のアニールな行ない、不純物原子を活性化した。そして
領域3を、不純物濃度のピーク値が約I X 101a
cIl−”の高濃度n型領域に領域5を不純物濃度のピ
ーク値が約lx10 ”cm−”以上のp型半導体層と
した。高濃度n型領域3の大きさは直径5pm以下が望
ましく、これ以上の大きさでは均一な光放出が得られず
、また発熱が大きかった。また、p型半導体層5の厚さ
は0.1μm以下とするのが望ましく、これ以上では光
の透過率が急激に低下した。
上述の半導体層上に、絶縁層9をSiO2のスパッタで
形成し、同様なレジストプロセスを用いて所定の位置の
フォトレジストを開口した。そして、この上にCr /
 A uを蒸着して。
適当にエツチングで不要部分を取り除き、P型半導体へ
のオーくツクコンタクト電極6を形成した。そして、こ
の電極6に接続して、AfLのコンタクト電極11を形
成した。また、基体lの底面にも、オーミックコンタク
ト電極8を形成した。このように作製された素子に、電
極6及び8を介して電源7より逆バイアスの電界を印加
すると、領域3の上方より光hアを放出した。
次に、本発明の素子の動作について説明する。
第3図は、本発明の半導体光放出素子のエネルギーバン
ド図である。第3図に示すように、n型半導体層にp型
半導体層を接合し、逆バイアスを印加することにより、
アバランシェ降伏な生ぜしめると、空乏層内で電子とホ
ールが多数生成される。この生成された電子やホールは
、第4図に示される様に、(a)で示される通常のバン
ド間遷移だけでなく、(b)に示される高いエネルギー
を持つキャリアの再結合、或は、(C)に示されるバン
ド内遷移により光が放出される。
そこで本発明では、n型半導体層に他領域と異なる高濃
度n型領域3を設けることで、第1図(B)に破線4で
示されるような空乏層を形成した。そして、この高濃度
n型領域3全体に均一かつ高電界領域を形威することに
よって、光放出がこの高濃度領域でのみ均一に生じるよ
うにしたものである。
また、本発明においては、前述のように高濃度領域を設
けることによって、高い電界を形成し、電子−ホール対
の生成効率を高めて光放出の確率を増加させて輝度制御
を行なうとともに、電子−ホールに大きなエネルギーを
与えることで、バンドギャップEgよりも大きなエネル
ギーを持つ光の放出が可能となった。
更に、本発明では、半導体基体としてn型半導体を用い
たことにより、表面のp型半導体直下に最も高い電界が
形成されるため、p型半導体内の小数キャリアである電
子が最もアバランシェ増幅に作用する。このため、キャ
リアの種類により電子−ホールベアの生成効率が異なり
、電子により電子−ホールベアが生成される確率がホー
ルにより電子−ホールベアが生成される確率よりも大き
いような基板(例えばシリコン)を用いる場合1本発明
のような構成にすることで、電子の生成効率を高めるこ
とが出来る。
本発明において、p型半導体層の厚さは、PN接合界面
で生成した光を十分に透過し、光の透過損失を減少させ
るため、極めて薄く形成される必要がある。
以上述べた構成により、第2図に示すような光エネルギ
ーと光強度との関係を持つ光放出素子を制御性良く作製
することが可能になった。
第5図に1本発明の第2の実施例を示す、第5図は、第
1図(B)と同様に素子の断面図を示す、また、第5図
において、第1図(B)と同一の部材には同一の符号を
付した。このような素子は、以下のプロセスで作製され
た。
まず、n型半導体基体!(本実施例では5i(100)
 )上に5 X l O”Cm−”の不純物濃度を持つ
n型半導体層2を気相成長(CVD)法にてエピタキシ
ャル成長させて形成した0次にSin。
を、熱拡散を用いて4000人の厚さに形成し、レジス
トプロセスを用いて所定の位置のレジストを開口後、5
insをフッ酸系のエツチング液を用いて取り除き、領
域10の上部にドーナツ状の開口部を形成した0次に熱
拡散を用いて適当なドーパントを用いてB(ボロン)を
拡散し、p型のガードリング領域lOを形成した0次に
光放出部上部のSin、領域を前述のレジストプロセス
及びエツチング液を用いて除去し、第1実施例と同様な
手法を用いて、領域3にはP(リン)イオンを注入し、
領域5にはGa(ガリウム)イオンを注入し、領域3を
不純物濃度のピーク値が約8 X 10 ”cs−”の
n型半導体に、領域5を不純物濃度のピーク値が約lX
1019以上のp型半導体になるようにした。また、領
域5の厚さが500Å以下になるように低加速で注入し
、適当なエツチングも行なった0次にオーミックコンタ
クト電極6及び電極8を形成し、光放出素子を構成した
0本実施例のように、高濃度n型領域3の周囲にガード
リング領域10を構成することで破線4で示される空乏
層を形威し、より一層電界を領域3に集中し。
発光効率を向上することが出来た。
[発明の効果] 以上説明したように1本発明は、電子なだれ降伏を用い
る半導体光放出素子において、PN接合の平面部の一部
に他の部分よりも降伏電圧の低い領域を設けたことによ
って、均一な発光部を制御性良く作製出来る効果が得ら
れたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)及び第1図(B)は夫々本発明の半導体光
放出素子の第1実施例を示す平面図及び断面図、第2図
は本発明の素子の典型的な光エネルギーと光強度との関
係を示す図2第3図は本発明の素子のエネルギーバンド
を示す図、第4図は本発明の素子における光の発生過程
を説明する図、第5図は本発明の第2実施例を説明する
断面図である。 1−−− n型半導体基体 2 ・・−n型半導体層 3・・・高濃度n型領域 4・・・空乏層 5・・・P型半導体層 6.8・・・オーミックコンタク 7・・・電源 9・・・絶縁層 10・・・ガードリング領域 ト電極 富 3 図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)n型半導体の表面に、プレ−ナー型PN接合を形
    成するようにp型半導体層を設け て成り、前記PN接合に逆バイアスを印加 し、電子なだれ降伏を生じさせることに よって光を発する半導体光放出素子におい て、 前記PN接合の平面部の一部に、他の部 分よりも降伏電圧の低い領域を設けたこと を特徴とする半導体光放出素子。
  2. (2)前記領域は、前記n型半導体の一部に他の部分よ
    りも不純物濃度の高い領域を設け て成る特許請求の範囲第1項記載の半導体 光放出素子。
  3. (3)前記領域の周囲のp型半導体層の厚さを他の部分
    よりも厚くした特許請求の範囲第 1項記載の半導体光放出素子。
  4. (4)前記領域の大きさが5μm以下である特許請求の
    範囲第1項記載の半導体光放出素 子。
  5. (5)前記領域のp型半導体層の厚さが0.1μm以下
    である特許請求の範囲第1項記載 の半導体光放出素子。
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