JPS6237978A - 発光・受光集積素子 - Google Patents
発光・受光集積素子Info
- Publication number
- JPS6237978A JPS6237978A JP60177149A JP17714985A JPS6237978A JP S6237978 A JPS6237978 A JP S6237978A JP 60177149 A JP60177149 A JP 60177149A JP 17714985 A JP17714985 A JP 17714985A JP S6237978 A JPS6237978 A JP S6237978A
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- Japan
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- light
- junction
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- type region
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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。
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
本発明は同一構造、同一組成で、一方を発光に、他方を
その反射光の受光、検出に用いることのできる発光・受
光集積素子に関するものである。
その反射光の受光、検出に用いることのできる発光・受
光集積素子に関するものである。
従来の技術
従来ファクシミリや複写機などの、文字、画像読み取り
用検出器として、外部より光をあて、その反射光をホト
ダイオードで読み取る方法が知られている。また外部の
光源として、発光ダイオードを用いる方法も知られてい
る。しかし、同一基板上に、同一構造、同一組成で、発
光、受光の両方に使用可能なダイオードを集積したもの
で良好な特性を示すものは得られていない。これは以下
の理由による。
用検出器として、外部より光をあて、その反射光をホト
ダイオードで読み取る方法が知られている。また外部の
光源として、発光ダイオードを用いる方法も知られてい
る。しかし、同一基板上に、同一構造、同一組成で、発
光、受光の両方に使用可能なダイオードを集積したもの
で良好な特性を示すものは得られていない。これは以下
の理由による。
従来の発光素子（発光ダイオード）の構造を第４図に、
従来の受光素子（アバランシェホトダイオード）の構造
を第５図に示す。まず第４図において、１０はｎ型Ａｌ
ｘＧａ １−ｘＡｓ （ｘ＝０．０３）、１１はｎ十
型ＡｌｘＧａ１−ＸＡＳ、１２はｐ十型ＡｌｘＧａ１−
ｘＡｓ、１３．１４はオーミック電極である。１４を正
に、１３を負にバイアスすると、ｐｎ接合界面で、注入
された電子とホールの再結合がおこり発光する。
従来の受光素子（アバランシェホトダイオード）の構造
を第５図に示す。まず第４図において、１０はｎ型Ａｌ
ｘＧａ １−ｘＡｓ （ｘ＝０．０３）、１１はｎ十
型ＡｌｘＧａ１−ＸＡＳ、１２はｐ十型ＡｌｘＧａ１−
ｘＡｓ、１３．１４はオーミック電極である。１４を正
に、１３を負にバイアスすると、ｐｎ接合界面で、注入
された電子とホールの再結合がおこり発光する。
次に第５図において、１５はｐ十型Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ
１−ｘＡｓ、１６はｎ型ＡｌｘＧａ Ｉ−ｘ、Ａ、ｓ
、１７はｎ十型Ａ Ｉ ｘＧａ １−ｘＡｓ、 １Ｂ、
１９は電極である。１８を負に、１９を正にバイアスし
光を端間から入射させると、この光によりちょうど１６
．１７の界面で励起された電子は、１６のｒｌｔ’ｆ域
を１５にむけて走行する過程で、アバランシェ効果によ
り増倍し、１５をへて１８の電極に集められ、電流とな
って流れる。
１−ｘＡｓ、１６はｎ型ＡｌｘＧａ Ｉ−ｘ、Ａ、ｓ
、１７はｎ十型Ａ Ｉ ｘＧａ １−ｘＡｓ、 １Ｂ、
１９は電極である。１８を負に、１９を正にバイアスし
光を端間から入射させると、この光によりちょうど１６
．１７の界面で励起された電子は、１６のｒｌｔ’ｆ域
を１５にむけて走行する過程で、アバランシェ効果によ
り増倍し、１５をへて１８の電極に集められ、電流とな
って流れる。
第４図の実施例の発光ダイオードは、Ａ Ｉ ｘ Ｇａ
Ｉ−ｘＡｓの組成として、ｘ＝０．０３としており、
この時の発光波長はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのエネルギー
バンドギャップに対応して、約Ｑ、８ｕｍとなる。一方
、第５図の実施例のアバランシェホトダイオードにおい
て、Ａ １ ｘＧａ １−ｘＡｓの組成を発光ダイオー
ドの例と同じ（ｘ ＝０．０３とすると、やはりＡｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓのエネルギーハンドギャップに対応して
、約０．８ｕｍに感度を有するホトダイオードとなる。
Ｉ−ｘＡｓの組成として、ｘ＝０．０３としており、
この時の発光波長はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのエネルギー
バンドギャップに対応して、約Ｑ、８ｕｍとなる。一方
、第５図の実施例のアバランシェホトダイオードにおい
て、Ａ １ ｘＧａ １−ｘＡｓの組成を発光ダイオー
ドの例と同じ（ｘ ＝０．０３とすると、やはりＡｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓのエネルギーハンドギャップに対応して
、約０．８ｕｍに感度を有するホトダイオードとなる。
しかしこの発光ダイオードで発光させた光を、このアバ
ランシェホトダイオ−］−′で受光すると、感度がほと
んど得られない。このことは以下の理由による。
ランシェホトダイオ−］−′で受光すると、感度がほと
んど得られない。このことは以下の理由による。
ｘ ＝０．０３のＡ Ｉ ｘＧａ Ｉ−ｘＡｓのエネル
ギーバンドギャップは室温で、１．４６＋４ ｅ Ｖで
あり、これに対応する光の波長は、０．８４８ｕｍであ
る。したがってこれより短波長の光が励起されるわけで
あるが、実際の従来例の発光ダイオードの発光中心波長
はこれよりも、はんのわずかに短波長側にあるにすぎな
い。これはあまり短波長の光は発光部から結晶の外部に
でるまでに吸収されてしまうからである。一方、従来例
のアバランシェホトダイオードの場合には、感度の中心
が０．８４８ｕｍよりもかなり短波長側にある。これは
エネルギーバンドギャップ相当ギリギリの光で励起でき
る電子の数が少ないからである。
ギーバンドギャップは室温で、１．４６＋４ ｅ Ｖで
あり、これに対応する光の波長は、０．８４８ｕｍであ
る。したがってこれより短波長の光が励起されるわけで
あるが、実際の従来例の発光ダイオードの発光中心波長
はこれよりも、はんのわずかに短波長側にあるにすぎな
い。これはあまり短波長の光は発光部から結晶の外部に
でるまでに吸収されてしまうからである。一方、従来例
のアバランシェホトダイオードの場合には、感度の中心
が０．８４８ｕｍよりもかなり短波長側にある。これは
エネルギーバンドギャップ相当ギリギリの光で励起でき
る電子の数が少ないからである。
以上の理由から、同一組成（同一エネルギーハンドギャ
ップ）の従来の発光ダイオードとアバランシェホトダイ
オードとを同一基板に集積して、発光ダイオードで受光
しようとしても、発光波長の中心が、受光波長の中心よ
りも長波長側となるため、充分な数の電子・ホール対を
形成することができず、従って充分な感度が得られなか
った。
ップ）の従来の発光ダイオードとアバランシェホトダイ
オードとを同一基板に集積して、発光ダイオードで受光
しようとしても、発光波長の中心が、受光波長の中心よ
りも長波長側となるため、充分な数の電子・ホール対を
形成することができず、従って充分な感度が得られなか
った。
発明が解決しようとする問題点
このような従来の方法では、同一構造、同一組成の素子
を集積して一方を発光に他方をその反射光の受光に用い
ることはできなかった。
を集積して一方を発光に他方をその反射光の受光に用い
ることはできなかった。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、同一構造、同
一組成゛でありながら、一方を発光に、他方をその反射
光の受光に使用しても充分に感度の得られる発光、受光
集積素子に関するものである。
一組成゛でありながら、一方を発光に、他方をその反射
光の受光に使用しても充分に感度の得られる発光、受光
集積素子に関するものである。
問題点を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するため、ｐ型（ｐ＋型）領
域とｎ型（ｎ＋型）領域の接合部の、ｐ型頭域に近い側
のエネルギーハンドギャップを、ｎ型領域に近い側のエ
ネルギーバンドギャップよりも小さい構造の素子を複数
個、同一基板上に集積し、発光を接合部のｎ型領域に近
い側でおこなわせ、その反射光の検出を、接合部のｐ型
頭域に近い側でおこなわすことによって、発光および反
射光の検出を感度良く同一構造、同一組成でできるよう
にしたものである。
域とｎ型（ｎ＋型）領域の接合部の、ｐ型頭域に近い側
のエネルギーハンドギャップを、ｎ型領域に近い側のエ
ネルギーバンドギャップよりも小さい構造の素子を複数
個、同一基板上に集積し、発光を接合部のｎ型領域に近
い側でおこなわせ、その反射光の検出を、接合部のｐ型
頭域に近い側でおこなわすことによって、発光および反
射光の検出を感度良く同一構造、同一組成でできるよう
にしたものである。
作用
本発明は上記構造により、同一構造、同一組成なので、
集積しやすく、またいずれの素子を発光、受光に用いて
も良い。
集積しやすく、またいずれの素子を発光、受光に用いて
も良い。
実施例
第１図は本発明の一実施例の構造図である。図において
、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｌｘＧａ １−ｘ
Ａｓ層、３は接合部、４はｐ型ＡｌｘＧａ １−ｘＡｓ
層（ｘ＝０．０３） 、５．６はオーミック電極である
。４のｐ型ＡｌｘＧａ １−ｘＡＳは５・１０１９のア
クセプタ濃度を有し、２のｎ型ＡｌｘＧａ １−ｘＡｓ
は、３・１０′６のドナー濃度を有している。本実施例
では、３の接合部はキャリア濃度を５・１０１９のアク
セプタ濃度から３・１ｏ１６のドナー濃度にゆるやかに
変化させた。
、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＡｌｘＧａ １−ｘ
Ａｓ層、３は接合部、４はｐ型ＡｌｘＧａ １−ｘＡｓ
層（ｘ＝０．０３） 、５．６はオーミック電極である
。４のｐ型ＡｌｘＧａ １−ｘＡＳは５・１０１９のア
クセプタ濃度を有し、２のｎ型ＡｌｘＧａ １−ｘＡｓ
は、３・１０′６のドナー濃度を有している。本実施例
では、３の接合部はキャリア濃度を５・１０１９のアク
セプタ濃度から３・１ｏ１６のドナー濃度にゆるやかに
変化させた。
ｎ型ＧａＡｓ基板１の厚みは４００ｕｍ、ｎ型層２は２
ｕｍ、接合部３は２ｕｍ、ｐ型層４はｌ １１ｍとした
。
ｕｍ、接合部３は２ｕｍ、ｐ型層４はｌ １１ｍとした
。
次に素子の製造方法について述べる。ｎ型ＧａＡｓｊＪ
板の上に、液相エピタキシー（Ｌ Ｐ Ｅ）法により各
層２，３．４を所定の厚さに成長させた。
板の上に、液相エピタキシー（Ｌ Ｐ Ｅ）法により各
層２，３．４を所定の厚さに成長させた。
トナーのドーピングはＬ Ｐ Ｅでの成長中に行い、ｐ
型層の形成は亜鉛の表面からの拡散によりおこなった。
型層の形成は亜鉛の表面からの拡散によりおこなった。
これにより領域３でキャリア濃度を連続的に変えること
は容易である。
は容易である。
つぎに本実施例の素子の動作について述べる。
第１図において、６Ａを正に、５Ａを負に、また６Ｂを
負に、５Ｂを正にバイアスする。その場合、領域８で発
光が起り、対象物７に光があたり反射する。反射光のう
ち９に到達した光はここで吸収され、５Ｂ、６Ｂ間を電
流となって流れる。この電流を検出することにより、対
象物７の表面状態を検出することができる。
負に、５Ｂを正にバイアスする。その場合、領域８で発
光が起り、対象物７に光があたり反射する。反射光のう
ち９に到達した光はここで吸収され、５Ｂ、６Ｂ間を電
流となって流れる。この電流を検出することにより、対
象物７の表面状態を検出することができる。
本実施例の素子のエネルギーバンド図を第２図および第
３図に示す。第２図は発光部のエネルギーバンド図で、
ｐ型層４を正にｎ型層２を負にバイアスしている。アク
セプタ濃度４の方がドナー濃度２よりも、３桁以上大き
い。そのため、高アクセプタ側ではエネルギーハンドギ
ャップの縮小が起り、接合部２側のほうが、４側よりも
エネルギーハンドギャップが小さくなる。また接合部で
はエネルギーバンドギャップがゆるやかに変化している
。
３図に示す。第２図は発光部のエネルギーバンド図で、
ｐ型層４を正にｎ型層２を負にバイアスしている。アク
セプタ濃度４の方がドナー濃度２よりも、３桁以上大き
い。そのため、高アクセプタ側ではエネルギーハンドギ
ャップの縮小が起り、接合部２側のほうが、４側よりも
エネルギーハンドギャップが小さくなる。また接合部で
はエネルギーバンドギャップがゆるやかに変化している
。
この場合電子が接合部２側から、またホールが４側から
注入される。ｎ型領域のアクセプタ濃度は３・１０１９
と大きく、ｎ型領域のドナー濃度は５・１０１６と小さ
いため、再結合は主として少ないほうのキャリア、すな
わち電子によって支配され、その注入側で起る。従って
、この時の発光波長は、接合部３のｎ型領域に近い側の
エネルギーハンドギヤツブに対応した波長となる。
注入される。ｎ型領域のアクセプタ濃度は３・１０１９
と大きく、ｎ型領域のドナー濃度は５・１０１６と小さ
いため、再結合は主として少ないほうのキャリア、すな
わち電子によって支配され、その注入側で起る。従って
、この時の発光波長は、接合部３のｎ型領域に近い側の
エネルギーハンドギヤツブに対応した波長となる。
一方、受光の場合のエネルギーバンドは第３図に示すよ
うになる。この場合ｐ型半導体層４を負に、ｎ型半導体
層２を正にバイアスしている。ここに光があたると、電
子ホール対が形成される。
うになる。この場合ｐ型半導体層４を負に、ｎ型半導体
層２を正にバイアスしている。ここに光があたると、電
子ホール対が形成される。
生成された電子とホールはそれぞれ接合部３をドリフト
し高電界のもとではアバランシェブレークダウンをおこ
して、電子およびホールをそれぞれ増倍させる。本実施
例の場合、電子の活性化率のほうが、ホールの活性化率
よりも大きいため、電子のアバランシェブレークダウン
でほとんど感度がきまってしまう。アバランシェブレー
クダウンをおこすには、電子を加速するに充分な走行距
離が必要であり、したがって第３図の場合には、接合部
の中で、ｐ型半導体層４の近（で励起された電子が最も
有効に作用する。ところでこの部分のエネルギーハンド
ギャップは第２図で示す発光部分のエネルギーバントギ
ヤツブよりも小さい。すなわちアバランシェブレークダ
ウンに寄与する波長は、ｐ型半導体層４の半導体エネル
ギーバンドギャップに対応した波長となる。
し高電界のもとではアバランシェブレークダウンをおこ
して、電子およびホールをそれぞれ増倍させる。本実施
例の場合、電子の活性化率のほうが、ホールの活性化率
よりも大きいため、電子のアバランシェブレークダウン
でほとんど感度がきまってしまう。アバランシェブレー
クダウンをおこすには、電子を加速するに充分な走行距
離が必要であり、したがって第３図の場合には、接合部
の中で、ｐ型半導体層４の近（で励起された電子が最も
有効に作用する。ところでこの部分のエネルギーハンド
ギャップは第２図で示す発光部分のエネルギーバントギ
ヤツブよりも小さい。すなわちアバランシェブレークダ
ウンに寄与する波長は、ｐ型半導体層４の半導体エネル
ギーバンドギャップに対応した波長となる。
従来例の説明のところで述べたように、受光の場合は対
応するエネルギーバンドギャップより短波長側に中心を
有しているため、同一エネルギーハンドギャップの半導
体から発光する光に対してはごく微弱の感度しか有して
いないが、本実施例のように、受光部のエネルギーバン
ドギャップのほうが、発光部のエネルギーバンドギャッ
プよりも小さい構造となっておれば、少しエネルギーバ
ンドギャップの大きいところからでる光に対して、調度
良い感度をもたせることができる。
応するエネルギーバンドギャップより短波長側に中心を
有しているため、同一エネルギーハンドギャップの半導
体から発光する光に対してはごく微弱の感度しか有して
いないが、本実施例のように、受光部のエネルギーバン
ドギャップのほうが、発光部のエネルギーバンドギャッ
プよりも小さい構造となっておれば、少しエネルギーバ
ンドギャップの大きいところからでる光に対して、調度
良い感度をもたせることができる。
実際本実施例の素子を用いて、発光およびその反射光の
受光を行なった結果、非常に良好な感度を示した。
受光を行なった結果、非常に良好な感度を示した。
本実施例では発光素子も受光素子も同一の構造を有して
おり、多数の素子を容易に集積することができた。
おり、多数の素子を容易に集積することができた。
また本実施例では、ＡｌｘＧａ Ｉ−ｘＡｓ、ＧａＡｓ
を用いたが、他の材料、たとえばＩ ｎＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ系＋ｎ−ｖ化合物半導体材料を
用いれば、その組成を変えることによって、容易にエネ
ルギーバンドギャップをかえられることから、本実施例
と同様に形成でき、また同様の効果が得られることは明
らかである。
を用いたが、他の材料、たとえばＩ ｎＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ系＋ｎ−ｖ化合物半導体材料を
用いれば、その組成を変えることによって、容易にエネ
ルギーバンドギャップをかえられることから、本実施例
と同様に形成でき、また同様の効果が得られることは明
らかである。
発明の効果
以上述べた如く、本発明は、ｎ型領域と、ｎ型ｉｏ−
領域と、接合部から成り、ｎ型領域のアクセプタ濃度を
、ｎ型領域のドナー濃度よりも大幅に高くすることによ
って、ｎ型領域に接する側の接合部のエネルギーバンド
ギャップが、ｎ型領域に接する側の接合部のエネルギー
バンドギャップよりも大きく、該ｐｎ接合を順バイアス
した時に、該ｎ型領域に接する側の接合部を中心に発光
し、該ｐｎ接合を逆バイアスした時に、該ｎ型領域に接
する側の接合部で生成された電子・ホール対が中心とな
って光電流を生しるｐｎ接合素子を複数個、同一基板内
に有し、少なくとも一つの素子を発光に、他の少なくと
も一つの素子を、該発光素子より発して反射してきた光
の受光、検出に用いることによって良好な感度を有する
発光、受光集積素子を提供するものである。
、ｎ型領域のドナー濃度よりも大幅に高くすることによ
って、ｎ型領域に接する側の接合部のエネルギーバンド
ギャップが、ｎ型領域に接する側の接合部のエネルギー
バンドギャップよりも大きく、該ｐｎ接合を順バイアス
した時に、該ｎ型領域に接する側の接合部を中心に発光
し、該ｐｎ接合を逆バイアスした時に、該ｎ型領域に接
する側の接合部で生成された電子・ホール対が中心とな
って光電流を生しるｐｎ接合素子を複数個、同一基板内
に有し、少なくとも一つの素子を発光に、他の少なくと
も一つの素子を、該発光素子より発して反射してきた光
の受光、検出に用いることによって良好な感度を有する
発光、受光集積素子を提供するものである。
第１図は本実施例の素子の構造図、第２図は本実施例の
発光部のエネルギーバンド図、第３図は本実施例の素子
の受光部のエネルギーバンド図、第４図は従来の発光ダ
イオードの構造図、第５図は従来のアバランシェホトダ
イオードの構造図である。 １・・・・・・ｎ型基板、２・・・・・・ｎ型半導体層
、３・・・・・・接合部、４・・・・・・ｎ型半導体層
、５・・・・・・電極、６・・・・・・電極、７・・・
・・・反射対象物、８・・・・・・発光部、９・・・・
・・受光部。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名ｆ−−−ｎ
堅某抜 ５−ｍ−電極 ６−ｍ−電極 第２図 第３図 ○ ４ ■
発光部のエネルギーバンド図、第３図は本実施例の素子
の受光部のエネルギーバンド図、第４図は従来の発光ダ
イオードの構造図、第５図は従来のアバランシェホトダ
イオードの構造図である。 １・・・・・・ｎ型基板、２・・・・・・ｎ型半導体層
、３・・・・・・接合部、４・・・・・・ｎ型半導体層
、５・・・・・・電極、６・・・・・・電極、７・・・
・・・反射対象物、８・・・・・・発光部、９・・・・
・・受光部。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名ｆ−−−ｎ
堅某抜 ５−ｍ−電極 ６−ｍ−電極 第２図 第３図 ○ ４ ■
Claims (1)
- ｐ型領域と、ｎ型領域と、接合部から成り、ｐ型領域の
アクセプタ濃度を、ｎ型領域のドナー濃度よりも高くす
ることによって、ｎ型領域に接する側の接合部のエネル
ギーバンドギャップが、ｐ型領域に接する側の接合部の
エネルギーバンドギャップよりも大きく、該ｐｎ接合を
順バイアスした時に、該ｎ型領域に接する側の接合部を
中心に発光し、該ｐｎ接合を逆バイアスした時に、該ｐ
型領域に接する側の接合部で生成された電子・ホール対
が中心となって光電流を生じるｐｎ接合素子を複数個、
同一基板内に有し、少なくとも一つの素子を発光に、他
の少なくとも一つの素子を、該発光素子より発して反射
してきた光の受光、検出に用いたことを特徴とする発光
・受光集積素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60177149A JPS6237978A (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 発光・受光集積素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60177149A JPS6237978A (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 発光・受光集積素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6237978A true JPS6237978A (ja) | 1987-02-18 |
Family
ID=16026047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60177149A Pending JPS6237978A (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 発光・受光集積素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6237978A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57181178A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-08 | Omron Tateisi Electronics Co | Element for light emission and detection |
| JPS6085579A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-15 | Nec Corp | 発光受光素子の製造方法 |
-
1985
- 1985-08-12 JP JP60177149A patent/JPS6237978A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57181178A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-08 | Omron Tateisi Electronics Co | Element for light emission and detection |
| JPS6085579A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-15 | Nec Corp | 発光受光素子の製造方法 |
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