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JPH06268332A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

Info

Publication number
JPH06268332A
JPH06268332A JP5267193A JP5267193A JPH06268332A JP H06268332 A JPH06268332 A JP H06268332A JP 5267193 A JP5267193 A JP 5267193A JP 5267193 A JP5267193 A JP 5267193A JP H06268332 A JPH06268332 A JP H06268332A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
layer
temperature
light emitting
applied current
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.)
Pending
Application number
JP5267193A
Other languages
English (en)
Inventor
Renii Jiyon
ジョン・レニー
Masasue Okajima
正季 岡島
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5267193A priority Critical patent/JPH06268332A/ja
Publication of JPH06268332A publication Critical patent/JPH06268332A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、簡易な構造で、信頼性が良好
で、寿命が長く、さらに表示カラーが変化する目的温度
や印加電流のレベルを容易に調整できる半導体発光装置
を提供することである。 【構成】本発明による半導体発光装置は、電子流方向に
沿ってバリア層12により分離されたバンドギャップエ
ネルギーの相違する2つの活性層11,13を具備し、
温度と印加電流の少なくとも一方が変化するのに応じて
各活性層11,13からの発光強度が変化して発光スペ
クトルが可視領域内で変化することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、外部温度と印加電流の
少なくとも一方が変化するに応じて発光スペクトルが可
視領域内で変化することにより、外部温度や印加電流の
変化を肉眼での識別を可能ならしめる半導体発光装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、温度や電流の変化を表示するため
のインジケータは、温度や電流のセンサの検出値を視覚
化するために、温度や電流の変化をとらえるセンサにア
ナログ又はデジタルの表示装置を接続したものが一般的
であり、検出温度や電流が一定値に達したことが容易に
認識できるようになっている。また、他のインジケータ
として、温度の変化に応じてカラーが変化するような温
度感知物質、例えば液晶デバイスを用いたものものや、
所定の温度に達したときに表示カラーが変化するような
色変化温度インジケータなどがある。しかし、このよう
な従来のインジケータには次のような問題がある。第1
の問題は、センサの他に表示装置を必要とするため、装
置構成が複雑化することである。第2の問題は、液晶デ
バイスは非可逆性の問題や寿命が短く、また外部照明を
必要とするため装置構成が複雑化することである。
【0003】第3の問題は、従来の色変化温度インジケ
ータは、表示カラーが変化するときの温度(以下「目的
温度」という)が使用している材料に固有であるので、
目的温度を任意に調整するためには、他の材料を探索す
る必要があり、任意の温度設定が難しいことである。さ
らに、所望する目的温度で表示カラーが変化するような
材料が存在しないかもしれない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡易
な構造で、信頼性が良好で、寿命が長く、さらに表示カ
ラーが変化する目的温度や印加電流のレベルを容易に調
整できる半導体発光装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
装置は、電子が流れる方向に沿ってバリア層により分離
されたバンドギャップエネルギーの相違する複数の活性
層を具備し、温度と印加電流の少なくとも一方が変化す
るのに応じて上記各活性層からの発光強度が変化して発
光スペクトルが可視領域内で変化することを特徴とす
る。さらに、上記活性層は、例えばInY (Ga1-x
x 1-Y Pであって、X及びYは0から1.0の範囲
内で設定される。
【0006】
【作用】本発明による半導体発光装置によると、電子が
流れる方向に沿ってバリア層により分離されたバンドギ
ャップエネルギーの相違する複数の活性層を具備するの
で、温度と印加電流の少なくとも一方が一定値に達する
と、一の活性層で電子オーバフロー現象が生じ、他の活
性層で発光動作が開始されて、各活性層の発光強度が変
化し、その結果、発光スペクトルが可視領域内で変化す
る。したがって、温度や印加電流が一定値に達したこと
を発光カラーの変化で表示することができる。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による半導体発
光装置の一実施例を説明する。図1は本実施例に係る半
導体発光装置の断面図である。
【0008】図1において、1はGaAs基板であり、
このGaAs基板1上に、約1μm厚のn型In
0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pのクラッド層2、活性層
3、約1μm厚のp型In0.5 (Ga1-x Alx 0.5
Pのクラッド層4が順に積層されたダブルヘテロ構造か
らなる発光層が形成される。なお、この発光層は、多重
量子井戸構造など他の構造であってもよい。活性層3は
組成変化を伴って堆積されることによって、バリア層に
より分離されたバンドギャップエネルギーの相違する2
つの活性層を有するように形成されるが、この詳細につ
いては後述する。
【0009】クラッド層4上には、n型In0.5 (Ga
1-x Alx 0.5 Pの電流阻止層5が、所望する電流密
度が得られるように5〜100μmの範囲内で径を調整
された略円形の開口部を有してエッチングされる。この
開口部の径を調整することにより電流密度を調整してオ
ーバーフロー電流を制御することができるので、本装置
が作動する温度範囲や印加電流範囲を所望範囲に調整
(拡大)することができる。
【0010】この電流阻止層5上には、活性層3からの
発光が吸収されないようにバンドギャップエネルギーを
調整されたp型AlGaAsの電流拡散層6が成長形成
される。電流拡散層6上には、p型GaAsのコンタク
ト層7とp側Au/Zn電極8が堆積される。コンタク
ト層7と電極8は、リフトオフにより、電流阻止層5の
開口部に対向して、発光が放射状に拡散するようにその
開口部より若干大きめの径(通常は約10μm以上)の
円形の発光窓が形成される。基板1の裏面にはn側Au
/Ge電極9が形成される。
【0011】上記活性層3は、In0.5 (Ga1-x Al
x 0.5 Pであり、組成比率xを変化されることにより
クラッド層2側から順に第1活性層、p型バリア層、第
2活性層の3層構造に堆積される。
【0012】これら第1活性層、p型バリア層、第2活
性層の各層の厚さは、堆積過程における組成比率xの変
化タイミングで決定される。また、これら第1活性層、
p型バリア層、第2活性層の各層のエネルギーギャップ
は、組成比率xを調整することによって、図2に示すよ
うに調整される。この図2は、クラッド層2からクラッ
ド層4に向かう電子流方向を横軸としてバンドギャップ
エネルギーを縦軸として、バンドギャップエネルギーの
電子流方向に沿った変化を示す図である。
【0013】第1活性層11と第2活性層13の各バン
ドギャップエネルギーは、各層からの発光カラーが可視
光領域内で明らかに識別できる色、例えば赤色と緑色に
なるように、且つ第1活性層11からの発光が第2活性
層13で吸収されないで外部に出力されるように第2活
性層13は第1活性層11より大きなバンドギャップエ
ネルギーを持つように調整される。本実施例では、第1
活性層11の組成Xは0.15(波長630nm)、第
2活性層13の組成Xは0.45(波長570nm)と
した。
【0014】バリア層12のバンドギャップエネルギー
は、所望の温度や印加電流に対して第1活性層11から
電子がオーバフローを生起するように、第1活性層11
のバンドギャップエネルギーに対して相対的に決定され
る。また、バリア層の厚さは、電子がトンネル過程によ
り透過しない様に15nmより厚くする必要があり、か
つオーバフローした電子が第2活性層13に到達できる
様、電子の拡散長(通常μmオーダ)より薄くする必要
がある。なお、第1活性層11とバリア層12のバンド
ギャップエネルギーの差異を、以下「障壁高さ」と称す
るものとする。また、第1活性層11の厚さは、所望の
温度や印加電流に対して第1活性層11から電子がオー
バフローを生起するように調整される。つまり、電子が
オーバフローを生起するときの温度や印加電流(以下
「目的温度または目的印加電流」という)は、障壁高さ
と第1活性層11の厚さの2つのパラメータによって調
整されることができる。本実施例ではバリア層12の組
成Xは0.7とし、障壁高さは約200meVになるよ
うにした。また、バリア層12の厚さは200nm、第
1活性層11の厚さは30nm、第2活性層13の厚さ
は200nmとした。本装置に与えられる外部温度や印
加電流が、目的温度または目的印加電流に達したとき、
第1活性層11の電子がバリア層12を越壁してオーバ
フロー現象が生じ、そのオーバフローした電子が第2活
性層13で再結合することにより、第2活性層13で発
光現象が開始され、発光窓からの発光スペクトルに第2
活性層13の波長成分、例えば緑色の波長成分が増加す
るようになり、オペレータにあっては検出温度や検出印
加電流が目的温度または目的印加電流に達したことを表
示カラーの変化で認識することができるようになる。上
記2つのパラメータを調整することにより、本装置から
の発光カラーが変化するときの目的温度または目的印加
電流を任意に調整することができる。
【0015】なお、バリア層12は、正孔に対しては障
壁とならないように十分高濃度にp型の不純物をドープ
される。なお、組成比率xの増大に伴ってバリア層12
をp型の不純物で高濃度にドープすることは困難にな
る。また高い組成比率xで成長した層の結晶品質は低下
してしまう。これらを解消するために、本実施例ではバ
リア層12に多重量子バリア(MQB)構造を用いる。
この構造を用いると、所望のバリア高さを、バリア層1
2の組成比率を増加することなく、調整することが可能
である。よって、MQB構造を使用すれば、本装置が作
動する温度と印加電流の幅を拡大することができる。次
にこのように構成された本実施例装置の動作について説
明する。なお、ここでは一定の温度環境下で、印加電流
が変化される場合について説明する。
【0016】目的印加電流以下の電流が本装置に印加さ
れているときは、第1活性層11に電子オーバーフロー
現象が起こらないので、第1活性層11だけが発光し、
第2活性層13は発光しない。このとき図3に示すよう
に本装置の発光窓から出力される出力光の発光スペクト
ルは、図4(a)に示すように、第1活性層11に固有
の波長成分、ここでは赤色成分の強度が他の波長成分に
対して相対的に突出している。したがって、オペレータ
は本装置からの発光色の赤色を確認して、現在の印加電
流が目的印加電流以下であることを認識することができ
る。
【0017】そして、印加電流が増加され目的印加電流
を越えたとき、第1活性層11の電子がバリア層12を
越壁してオーバフロー現象が生じる。そのオーバフロー
した電子は、第2活性層13で再結合し、これにより第
2活性層13で発光現象が開始される。このとき、発光
窓から出力される出力光の発光スペクトルは、図4
(b)に示すように、第2活性層13に固有の波長成
分、ここでは緑色の波長成分が増加する。したがって、
オペレータは本装置からの発光色が赤色からオレンジ色
に変化したことを確認して、現在の印加電流が目的印加
電流に達したことを認識することができる。
【0018】さらに印加電流が増加すると、第2活性層
13からの発光が支配的となって、本装置からの発光色
の発光スペクトルは、図4(c)に示すように、第2活
性層13に固有の緑色成分が突出する。したがって、オ
ペレータは本装置からの発光色の緑色濃度が濃くなった
ことを確認して、現在の印加電流が目的印加電流を大き
く超越したことを認識することができる。もちろん、印
加電流が著しく増加すると、第2活性層13の電子オー
バーフロー現象が生起されるかもしれない。しかし、そ
のような著しく増加した印加電流は目的印加電流から十
分離間させることができるので問題は生じない。なお、
上記動作は印加電流が一定値に維持され、外部温度が変
化する場合も同様である。
【0019】以上のように本実施例による半導体発光装
置によると、温度や印加電流が一定値(目的温度や目的
印加電流)に達したときに発光カラーが変化するので、
温度や印加電流が一定値に達したことを肉眼で識別する
ことができる。また、本実施例による半導体発光装置に
よると、発光カラーが変化するときの目的温度や目的印
加電流を、障壁高さや第1活性層の厚さを調整すること
で、容易に調整することができる。さらに従来のように
液晶デバイスのような表示装置を必要としないので装置
構成が簡略化されると共に寿命性能が表示装置の寿命に
影響されることがないので向上されることができる。本
発明は上述した実施例に限定されることなく、種々変形
して実施可能である。
【0020】
【発明の効果】本発明による半導体発光装置は、電子流
方向に沿ってバリア層により分離されたバンドギャップ
エネルギーの相違する複数の活性層を具備し、温度と印
加電流の少なくとも一方が変化するのに応じて上記各活
性層からの発光強度が変化して発光スペクトルが可視領
域内で変化することを特徴とするので、温度と印加電流
の少なくとも一方が一定値に達すると、一の活性層で電
子オーバフロー現象が生じ、他の活性層で発光動作が開
始されて、各活性層の発光強度が変化し、その結果、発
光スペクトルが可視領域内で変化する。したがって、温
度や印加電流が一定値に達したことを発光カラーの変化
で表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体発光装置の断面
図。
【図2】図1に示した活性層のバンドギャップエネルギ
ーの相違による3層構造を説明する図。
【図3】活性層からの光が出力される様子を示す図。
【図4】外部温度や印加電流に変化に対する発光スペク
トルの変化を示す図。
【符号の説明】
1…GaAs基板、2…n型In0.5 (Ga1-x
x 0.5 Pクラッド層、3…活性層、4…p型In
0.5 (Ga1-x Alx 0.5 Pクラッド層、5…n型I
0.5 (Ga1-x Alx 0.5 P電流阻止層、6…p型
AlGaAs電流拡散層、7…p型GaAsコンタクト
層、8…p側Au/Zn電極、9…n側Au/Ge電
極、11…第1活性層、12…バリア層、13…第2活
性層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子が流れる方向に沿ってバリア層によ
    り分離されたバンドギャップエネルギーの相違する複数
    の活性層を具備し、温度と印加電流の少なくとも一方が
    変化するのに応じて前記各活性層からの発光強度が変化
    して発光スペクトルが可視領域内で変化することを特徴
    とする半導体発光装置。
JP5267193A 1993-03-12 1993-03-12 半導体発光装置 Pending JPH06268332A (ja)

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JP5267193A JPH06268332A (ja) 1993-03-12 1993-03-12 半導体発光装置

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