JP2003518326A - タイプｉｉインターバンド異質構造体後方ダイオード - Google Patents
タイプｉｉインターバンド異質構造体後方ダイオードInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/88—Tunnel-effect diodes
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Abstract
(57)【要約】
ＩnＡsの第１層（３０２）とＧaＳbまたはＩnＧaＳbの第２層（３０４）で成る異質構造を含み、インターフェース層（３００）はアルミニウムアンチモニド化合物で成る後方ダイオードが提供される。インターフェース内のＡlＳbの存在は０バイアス近辺で非線形電流-電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の非常に望ましい特性を増強する。インターフェース層（３００）は単層または複層であり、０近辺で非線形Ｉ−Ｖ曲線特性を増強するために変動Ａl密度を有した連続的にグレードされたＡlＧaＳb層を有している。
Description
【０００１】
本願発明は半導体装置に関し、さらに特定すれば、高周波検出とミキシングに
有用な後方ダイオード(backward diode)に関する。
有用な後方ダイオード(backward diode)に関する。
【０００２】
トンネルダイオード(tunnel diode)は一般的に逆導電性タイプの多量ドープ半
導体材料の２領域を含んだ周知の半導体装置である。これら逆導電性タイプは、
半導体領域に適当な作動電位が適用されたときには電荷キャリヤを通過させる比
較的に薄い接合部(junction)によって分離されている。ｐ領域ダイオードとｎ領
域ダイオードは非常に多量にドープされているために変性(degenerate)している
。均衡状態ではｐ領域ダイオードの価電子バンド（帯）(valence band)の一部は
空状態(empty)であり、ｎ領域ダイオードの伝導バンド（帯）(conduction band)
の一部は充填状態である。
導体材料の２領域を含んだ周知の半導体装置である。これら逆導電性タイプは、
半導体領域に適当な作動電位が適用されたときには電荷キャリヤを通過させる比
較的に薄い接合部(junction)によって分離されている。ｐ領域ダイオードとｎ領
域ダイオードは非常に多量にドープされているために変性(degenerate)している
。均衡状態ではｐ領域ダイオードの価電子バンド（帯）(valence band)の一部は
空状態(empty)であり、ｎ領域ダイオードの伝導バンド（帯）(conduction band)
の一部は充填状態である。
【０００３】
多少の前方バイアス(forward bias)はｎ領域の伝導バンドの充填部分の幾つか
のレベルをｐ領域の価電子バンドの空レベルとエネルギー整合状態にする。この
場合、量子力学トンネル効果は電子をｎ領域からｐ領域に流れさせ、バイアスの
増加で最初に増大する正電流を提供する。ｎ領域の伝導バンドの充填部分がｐ領
域の価電子バンドの空部分と最大整合するとき電流は最大となる。続いて前方バ
イアスの増加で電流は減少し、ｎ領域の伝導バンドの充填部分がｐ領域のエネル
ギーギャップの反対側に存在するとき最低値に接近する。さらに大きな前方バイ
アスが発生すると、電子とホール(hole)はｐ領域とｎ領域との間のバリヤを超え
て注入され、増大前方バイアスに対して電流が急速に増加する。よって、電流-
電圧はその特性の前方領域で負のディファレンシャルコンダクタンス部分(diffe
rential conductance part)を有している。
のレベルをｐ領域の価電子バンドの空レベルとエネルギー整合状態にする。この
場合、量子力学トンネル効果は電子をｎ領域からｐ領域に流れさせ、バイアスの
増加で最初に増大する正電流を提供する。ｎ領域の伝導バンドの充填部分がｐ領
域の価電子バンドの空部分と最大整合するとき電流は最大となる。続いて前方バ
イアスの増加で電流は減少し、ｎ領域の伝導バンドの充填部分がｐ領域のエネル
ギーギャップの反対側に存在するとき最低値に接近する。さらに大きな前方バイ
アスが発生すると、電子とホール(hole)はｐ領域とｎ領域との間のバリヤを超え
て注入され、増大前方バイアスに対して電流が急速に増加する。よって、電流-
電圧はその特性の前方領域で負のディファレンシャルコンダクタンス部分(diffe
rential conductance part)を有している。
【０００４】
トンネル接合部とインターフェースしたＧaＳb1-yＡsyとＩn1-xＧaＡsの隣接
領域で成る異質構造体(heterostructure)の利用は米国特許第４１９８６４４号
「トンネルダイオード」（１９８０年４月１５日発行、江崎レオ）で説明されて
いる。江崎特許の異質構造体はグループIII−Ｖの化合物半導体合金の第１層と
第２層を含む。この第１層は第１グループIII物質と第１グループＶ物質を含ん
だ合金であり、第２層は第１グループIII物質とは異なる第２グループIIIと、第
１グループＶ物質とは異なる第２グループＶ物質とを含んだ合金であり、第１合
金の価電子バンドは、第２合金の価電子バンドへよりも第２合金の伝導バンドに
近い。好適実施例は第１グループIII物質としてのＩn、第１グループＶ物質とし
てのＡs、第２グループ物質としてのＧa、第２グループＶ物質としてのＳbを設
定する。
領域で成る異質構造体(heterostructure)の利用は米国特許第４１９８６４４号
「トンネルダイオード」（１９８０年４月１５日発行、江崎レオ）で説明されて
いる。江崎特許の異質構造体はグループIII−Ｖの化合物半導体合金の第１層と
第２層を含む。この第１層は第１グループIII物質と第１グループＶ物質を含ん
だ合金であり、第２層は第１グループIII物質とは異なる第２グループIIIと、第
１グループＶ物質とは異なる第２グループＶ物質とを含んだ合金であり、第１合
金の価電子バンドは、第２合金の価電子バンドへよりも第２合金の伝導バンドに
近い。好適実施例は第１グループIII物質としてのＩn、第１グループＶ物質とし
てのＡs、第２グループ物質としてのＧa、第２グループＶ物質としてのＳbを設
定する。
【０００５】
米国特許第４３７１８８４号「ＩnＡs-ＧaＳbトンネルダイオード」（江崎レ
オ）は多量のドーピングを必要としないトンネルダイオードを提供する。ここで
は電子ビームエピタキシプロセスは容易に実施できる。その特許のトンネルダイ
オードの異質構造体は比較的に軽くドープされたグループIII−Ｖ化合物（特に
Ｉn1-xＧaＡsとＧaＳb1-yで成る）の第１堆積領域と第２堆積領域とを含んでい
る。ｘとｙで表される密度は好適には０であるが、０.３以下であり、改良点は
、その構成物質が隣接領域のものである４基化合物の比較的に薄い層のインター
フェースであることである。このインターフェースはＩnＡsとＧaＳbの連続領域
間でオーム接合部(ohmic junction)ではなくてトンネル接合部(tunneling junct
ion)を提供する。
オ）は多量のドーピングを必要としないトンネルダイオードを提供する。ここで
は電子ビームエピタキシプロセスは容易に実施できる。その特許のトンネルダイ
オードの異質構造体は比較的に軽くドープされたグループIII−Ｖ化合物（特に
Ｉn1-xＧaＡsとＧaＳb1-yで成る）の第１堆積領域と第２堆積領域とを含んでい
る。ｘとｙで表される密度は好適には０であるが、０.３以下であり、改良点は
、その構成物質が隣接領域のものである４基化合物の比較的に薄い層のインター
フェースであることである。このインターフェースはＩnＡsとＧaＳbの連続領域
間でオーム接合部(ohmic junction)ではなくてトンネル接合部(tunneling junct
ion)を提供する。
【０００６】
本願発明の１目的は、高周波検出のためにさらに広範な範囲と向上した感度を
提供するようにさらに高いバンド幅へと適用を拡張させるトンネルダイオードの
新規で有用な改良の提供である。特に、本願発明は略０バイアスで高度の非線形
を提供するようにデザインされている。これは前述の特許とは異なる点である。
それらは略０バイアスで負抵抗領域を提供するようにデザインされたものである
。
提供するようにさらに高いバンド幅へと適用を拡張させるトンネルダイオードの
新規で有用な改良の提供である。特に、本願発明は略０バイアスで高度の非線形
を提供するようにデザインされている。これは前述の特許とは異なる点である。
それらは略０バイアスで負抵抗領域を提供するようにデザインされたものである
。
【０００７】
本願発明はＡlＳb層とＡlＧaＳb層とを使用して電流電圧（Ｉ-Ｖ）曲線と電流
強度の曲線を制御し、前方電流を減少させる。負バイアス方向のトンネル電流は
比較的に大きく、影響を受けない。このデザインの望ましい特徴は略０バイアス
でＩ-Ｖ曲線の非線形部分を提供することである。この特徴はＡlＧaＳb層で大き
く改善される。
強度の曲線を制御し、前方電流を減少させる。負バイアス方向のトンネル電流は
比較的に大きく、影響を受けない。このデザインの望ましい特徴は略０バイアス
でＩ-Ｖ曲線の非線形部分を提供することである。この特徴はＡlＧaＳb層で大き
く改善される。
【０００８】
本願発明によれば、インターバンドトンネル特性を示す高速半導体装置が提供
される。この装置は互いに異なる組成を有し、トンネル現象が起こる薄いインタ
ーフェース層で分離された２つの半導体領域を含んでいる。これら半導体領域は
互いに反対方向にシフトされるギャップを示し、インターフェース層は充分に薄
くてトンネル効果によって電子を移動させる。
される。この装置は互いに異なる組成を有し、トンネル現象が起こる薄いインタ
ーフェース層で分離された２つの半導体領域を含んでいる。これら半導体領域は
互いに反対方向にシフトされるギャップを示し、インターフェース層は充分に薄
くてトンネル効果によって電子を移動させる。
【０００９】
本願発明は改良型後方ダイオード構造を提供する。これは多種多様な適用形態
が可能である。以下で提供する実施例は本願発明を限定するものではなく、それ
らの変形は本願発明のスコープ内である。
が可能である。以下で提供する実施例は本願発明を限定するものではなく、それ
らの変形は本願発明のスコープ内である。
【００１０】
図１はＧeその他の半導体での従来の多量ドープｐ-ｎ接合に関連するバンドエ
ッジ図である。この多量ドープはエネルギーバンドを曲げ、ｎ型サイドの電子を
比較的に薄いバンド-曲げ領域に通過させてｐ型サイドに送らせる。もしドーピ
ングが両側で多量であれば、電流-電圧（Ｉ-Ｖ）曲線の負のディファレンシャル
抵抗ピークは、ｎサイド１００からｐサイド１０２のホールへの電子トンネルと
して正バイアスを提供するように創出される。ｎ型層とｐ型層の両方は典型的に
はＧeで形成される。図の左右の矢印１０４は伝導バンドエッジ１０６と価電子
バンドエッジ１０８の正バイアスでのシフトの方向を示す。充分な正バイアスで
は、ホール状態へのトンネル現象にとり電子エネルギーは高過ぎ、負のディファ
レンシャル抵抗結果が発生する。負のバイアスでは、ドーピングが多量であると
、バンド曲げ領域１１２は短く、フェルミ準位１１２以下のエネルギーでｐサイ
ド１０２からの電子はフェルミ準位１１２以上のｎサイド１００に（左から右に
）トンネル通過できる。得られる電流は大きく、逆バイアスで級数的に増大する
。もしｐサイド１０２のドーピングが過大でなれば、フェルミ準位１１２はｐ型
サイド１０２の価電子バンドエッジ１０８に接近するであろう。この状態(state
)では、電子が前方バイアスでトンネル通過する多くのホールは存在しないであ
ろう。負抵抗電流-電圧曲線のピーク電流は小さく、負バイアス方向のトンネル
電流は比較的に無影響で大きい（図２）。これは江崎ダイオードの後方ダイオー
ドタイプである。望ましい特性は略０バイアス２００での非線形電流-電圧曲線
特性である。これは高周波信号のミキシングと検出に有用である。
ッジ図である。この多量ドープはエネルギーバンドを曲げ、ｎ型サイドの電子を
比較的に薄いバンド-曲げ領域に通過させてｐ型サイドに送らせる。もしドーピ
ングが両側で多量であれば、電流-電圧（Ｉ-Ｖ）曲線の負のディファレンシャル
抵抗ピークは、ｎサイド１００からｐサイド１０２のホールへの電子トンネルと
して正バイアスを提供するように創出される。ｎ型層とｐ型層の両方は典型的に
はＧeで形成される。図の左右の矢印１０４は伝導バンドエッジ１０６と価電子
バンドエッジ１０８の正バイアスでのシフトの方向を示す。充分な正バイアスで
は、ホール状態へのトンネル現象にとり電子エネルギーは高過ぎ、負のディファ
レンシャル抵抗結果が発生する。負のバイアスでは、ドーピングが多量であると
、バンド曲げ領域１１２は短く、フェルミ準位１１２以下のエネルギーでｐサイ
ド１０２からの電子はフェルミ準位１１２以上のｎサイド１００に（左から右に
）トンネル通過できる。得られる電流は大きく、逆バイアスで級数的に増大する
。もしｐサイド１０２のドーピングが過大でなれば、フェルミ準位１１２はｐ型
サイド１０２の価電子バンドエッジ１０８に接近するであろう。この状態(state
)では、電子が前方バイアスでトンネル通過する多くのホールは存在しないであ
ろう。負抵抗電流-電圧曲線のピーク電流は小さく、負バイアス方向のトンネル
電流は比較的に無影響で大きい（図２）。これは江崎ダイオードの後方ダイオー
ドタイプである。望ましい特性は略０バイアス２００での非線形電流-電圧曲線
特性である。これは高周波信号のミキシングと検出に有用である。
【００１１】
本願発明はＩnＡs/ＡlＳb/ＧaＳb異質構造を活用した改良特性を達成させる。
その例示的バンドエッジ図は図３に提供されている。ＡlＳb層３００の存在はＩ
nＡs及びＧaＳb層（３０２と３０４）の専用利用よりも大きなデザインフレキシ
ビリティを提供する。ＡlＳb層３００の価電子バンドエッジはＩnＡs層３０２の
伝導バンドとの調整可能なオーバーラップを提供するようにデザインさせる。こ
のことはＩnＡs/ＧaＳb異質層ではできないことである。これは実際の組成値に
対して制限された範囲のバンド整合をさせるものである。説明を容易にするため
、図１に示すようなバンド曲げは説明しない。この特殊条件はＩnＡs伝導バンド
エッジ３０８に対するフェルミ準位３０６がＧaＳb価電子バンドエッジ３１０対
するフェルミ準位３０６と等しくなり、それらの間でバンドが非連続性となると
きにのみに達成される。一般的に、この条件は充足されないであろう。しかし、
説明を容易にするため、実際には介在するであろうバンド曲げ領域は図示しない
。ｐ型ＧaＳb層３０４ではフェルミ準位３０６はＧaＳb価電子バンドエッジ３１
０のエッジ以上である。前方方向（左から右）の電流はｐドープされたＧaＳbサ
イド３０４のホールの不存在によって小さいことが望ましい。しかし、後方電流
（右から左）も小バイアスに対しては小さいであろう。なぜなら、ＩnＡs伝導バ
ンド３０８の電子はバイアスがＧaＳb価電子バンド３１０のエッジをＩnＡs層３
０２のフェルミ準位３０６のエネルギー以上に上昇させるまでＧaＳb価電子バン
ド３１０の電子をブロックするからである。
その例示的バンドエッジ図は図３に提供されている。ＡlＳb層３００の存在はＩ
nＡs及びＧaＳb層（３０２と３０４）の専用利用よりも大きなデザインフレキシ
ビリティを提供する。ＡlＳb層３００の価電子バンドエッジはＩnＡs層３０２の
伝導バンドとの調整可能なオーバーラップを提供するようにデザインさせる。こ
のことはＩnＡs/ＧaＳb異質層ではできないことである。これは実際の組成値に
対して制限された範囲のバンド整合をさせるものである。説明を容易にするため
、図１に示すようなバンド曲げは説明しない。この特殊条件はＩnＡs伝導バンド
エッジ３０８に対するフェルミ準位３０６がＧaＳb価電子バンドエッジ３１０対
するフェルミ準位３０６と等しくなり、それらの間でバンドが非連続性となると
きにのみに達成される。一般的に、この条件は充足されないであろう。しかし、
説明を容易にするため、実際には介在するであろうバンド曲げ領域は図示しない
。ｐ型ＧaＳb層３０４ではフェルミ準位３０６はＧaＳb価電子バンドエッジ３１
０のエッジ以上である。前方方向（左から右）の電流はｐドープされたＧaＳbサ
イド３０４のホールの不存在によって小さいことが望ましい。しかし、後方電流
（右から左）も小バイアスに対しては小さいであろう。なぜなら、ＩnＡs伝導バ
ンド３０８の電子はバイアスがＧaＳb価電子バンド３１０のエッジをＩnＡs層３
０２のフェルミ準位３０６のエネルギー以上に上昇させるまでＧaＳb価電子バン
ド３１０の電子をブロックするからである。
【００１２】
図３の実施例の変形例のバンドエッジ図は図４に示されており、ＩnＧaＳbは
ＧaＳbと交換される。ＩnＧaＳb価電子バンド４００のエッジは図３に示すＧaＳ
b価電子バンド３１０のエッジのものに対して少し上昇され、負にバイアスされ
たときにＩnＧaＳb価電子バンド４００の上部で電子をフェルミ準位４０２以上
のエネルギー範囲にアクセスさせる。ＩnＧaＳb層４００のフェルミ準位４０２
は好適にはＩnＧaＳb価電子バンドエッジ４００近辺で調整され、前方電流を最
小とする。
ＧaＳbと交換される。ＩnＧaＳb価電子バンド４００のエッジは図３に示すＧaＳ
b価電子バンド３１０のエッジのものに対して少し上昇され、負にバイアスされ
たときにＩnＧaＳb価電子バンド４００の上部で電子をフェルミ準位４０２以上
のエネルギー範囲にアクセスさせる。ＩnＧaＳb層４００のフェルミ準位４０２
は好適にはＩnＧaＳb価電子バンドエッジ４００近辺で調整され、前方電流を最
小とする。
【００１３】
図５と図６で２つのさらなる変形例が図示されている。２タイプのバリヤであ
るＡlＳb５００とＡlＧaＳb５０２は図５に図示されている。ＡlＧaＳbを提供す
るためのＧaの付加はＧaＳbとのバリヤバンドギャップと価電子バンド不連続性
を減少させる。ＡlＳbバリヤ５００の厚みは調整でき、トンネル現象による全体
電流を制御し、ＡlＳbバリヤ５０２は、ＩnＡs層５０６からＧaＳb層５０８へト
ンネル通過する前方電流すなわち電子に対する追加的ブロックを提供する。しか
し、ＡlＧaＳbバリヤは、ＡlＧaＳbバリヤ５０２の“下側”であるときＡlＧaＳ
bバリヤ価電子バンド５１０からの電子の後方トンネル現象を大きくはブロック
せず、ＩnＡs領域５０６でフェルミ準位５１２以上の可能な状態に流れることが
できる。図６には右側のｐ型ＧaＳb層６０２上の追加のｎ型ＩnＡs被覆層６００
が示されている。右側サイドインターフェース６０４にはバリヤは存在せず、右
側のＩnＡsのｎ型コンタクトに便利な遷移返却(transition back)を提供する。
るＡlＳb５００とＡlＧaＳb５０２は図５に図示されている。ＡlＧaＳbを提供す
るためのＧaの付加はＧaＳbとのバリヤバンドギャップと価電子バンド不連続性
を減少させる。ＡlＳbバリヤ５００の厚みは調整でき、トンネル現象による全体
電流を制御し、ＡlＳbバリヤ５０２は、ＩnＡs層５０６からＧaＳb層５０８へト
ンネル通過する前方電流すなわち電子に対する追加的ブロックを提供する。しか
し、ＡlＧaＳbバリヤは、ＡlＧaＳbバリヤ５０２の“下側”であるときＡlＧaＳ
bバリヤ価電子バンド５１０からの電子の後方トンネル現象を大きくはブロック
せず、ＩnＡs領域５０６でフェルミ準位５１２以上の可能な状態に流れることが
できる。図６には右側のｐ型ＧaＳb層６０２上の追加のｎ型ＩnＡs被覆層６００
が示されている。右側サイドインターフェース６０４にはバリヤは存在せず、右
側のＩnＡsのｎ型コンタクトに便利な遷移返却(transition back)を提供する。
【００１４】
図７と図８は２つの追加的実施例を示す。図７は調整式価電子バンドエッジ７
０２を有した１つのＡlＧaＳbバリヤ７００を図示する。ＡlＧaＳbバリヤ７０２
の価電子バンドエッジはフェルミ準位７０４に接近している。このバリヤの存在
はＩnＡs層７０６からの電子がＧaＳb層７０８に到達する前に大型価電子バンド
バリヤをトンネル通過しないようにブロックする。この変形例は高い電流を低い
非線形のものと交換する。なぜなら、それは図５と図６に示す実施例で存在する
ＡlＳbを有していないからである。図８は連続グレードＡlＧaＳbバリヤ層８０
０を有した実施例を図示する。これはＩnＡs層８０２とのインターフェース近辺
のＡlＧaＳb層８００でさらに高いＡl濃度と、ＧaＳb層８０４とのインターフェ
ース近辺のＡlGaＳb層８００のさらに低いＡl濃度を組み合わせたものである。
この条件は、価電子バンド電子が通過する効果的な三角バリヤの幅がバイアスで
減少するとき、負バイアスで後方電流に増強された非線形増加を創出するであろ
う。
０２を有した１つのＡlＧaＳbバリヤ７００を図示する。ＡlＧaＳbバリヤ７０２
の価電子バンドエッジはフェルミ準位７０４に接近している。このバリヤの存在
はＩnＡs層７０６からの電子がＧaＳb層７０８に到達する前に大型価電子バンド
バリヤをトンネル通過しないようにブロックする。この変形例は高い電流を低い
非線形のものと交換する。なぜなら、それは図５と図６に示す実施例で存在する
ＡlＳbを有していないからである。図８は連続グレードＡlＧaＳbバリヤ層８０
０を有した実施例を図示する。これはＩnＡs層８０２とのインターフェース近辺
のＡlＧaＳb層８００でさらに高いＡl濃度と、ＧaＳb層８０４とのインターフェ
ース近辺のＡlGaＳb層８００のさらに低いＡl濃度を組み合わせたものである。
この条件は、価電子バンド電子が通過する効果的な三角バリヤの幅がバイアスで
減少するとき、負バイアスで後方電流に増強された非線形増加を創出するであろ
う。
【図１】図１は後方あるいは江崎ダイオードの従来例を示すバンドエッジ図で
ある。
ある。
【図２】図２は江崎ダイオードの後方タイプによって典型的に示される電流-
電圧特性の量的な例である。
電圧特性の量的な例である。
【図３】図３は本願発明の１実施例によるＩnＡs/ＡlＳb/ＧaＳb異質構造体の
バンドエッジ図である。
バンドエッジ図である。
【図４】図４は図３に示す本願発明の実施例の変形例を示すバンドエッジ図で
ある（ＩnＧaＳbはＧaＳbの代用）。
ある（ＩnＧaＳbはＧaＳbの代用）。
【図５】図５は図３に示す本願発明の実施例の別変形例を示すバンドエッジ図
である（２タイプのバリヤ、ＡlＳbとＡlＧaＳbが存在）。
である（２タイプのバリヤ、ＡlＳbとＡlＧaＳbが存在）。
【図６】図６は図５に示すものに類似した本願発明の実施例のバンドエッジ図
であり、図５の右側のｐタイプＧaＳb層上に形成された追加のｎタイプＩnＡs層
を有している。
であり、図５の右側のｐタイプＧaＳb層上に形成された追加のｎタイプＩnＡs層
を有している。
【図７】図７は図３に示す本願発明の実施例の別変形例を示すバンドエッジ図
であり、調整式価電子バンドを有した１つのＡlＧaＳbバリヤが存在する。
であり、調整式価電子バンドを有した１つのＡlＧaＳbバリヤが存在する。
【図８】図８は図５に示す本願発明の実施例の別変形例を示すバンドエッジ図
であり、連続グレードバリヤの使用を図示している。
であり、連続グレードバリヤの使用を図示している。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ
，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，
ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ
Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ
，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，
ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ
Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ
，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，
ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ
Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ
，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，
ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ
Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ
，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，
ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 グエン，チャン
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
91302，カラバサス，アイビー トレイル
3411
(72)発明者 チャウ，デビッド エイチ．
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
91320，ニューベリー パーク，グリーン
ウッド ストリート 3940
(72)発明者 シュルマン，ジョエル エヌ．
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
90165，マリブ，ルックアウト ロード
1832
Claims (15)
- 【請求項１】インターバンドトンネル特性を示す半導体装置であって、第１半
導体領域と第２半導体領域とを含んでおり、それらはそれぞれ相互に異質の組成
と伝導性を有し、インターフェース層で分離されており、該第１半導体領域は第
１エネルギーバンドギャップを有し、該第２半導体領域は第２エネルギーバンド
ギャップを有し、それら第１半導体領域と第２半導体領域は、該第１エネルギー
バンドギャップと該第２エネルギーバンドギャップが互いに反対の方向にシフト
するように選択されており、前記インターフェース層は充分に薄くて、該第１半
導体領域と該第２半導体領域との間で電子キャリヤを移動させ、該インターフェ
ース層を通じてバイアストンネル現象を発生させることを特徴とする半導体装置
。 - 【請求項２】正領域と負領域とを有したフェルミ準位を含んでおり、第１半導
体領域と第２半導体領域は伝導バンドエッジを含んでおり、第１エネルギーバン
ドギャップと第２エネルギーバンドギャップはインターフェース層の領域でフェ
ルミ準位の負領域でオーバーラップし、前記第１半導体領域と前記第２半導体領
域の一方の伝導バンドエッジは他方の価電子バンドエッジの下方に存在すること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】第１半導体領域と第２半導体領域はグループIII−Ｖの半導体合
金から選択された物質を含んでいることを特徴とする請求項１記載の半導体装置
。 - 【請求項４】第１半導体はＩnＡsを含んでおり、第２半導体はＩn1-xＧaxＳb
を含んでおり、ｘは１以下０以上であり、インターフェース層はＡlＳbを含んで
いることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項５】第１半導体領域はＩnＡsを含んでおり、第２半導体領域はＩn1-x
ＧaxＳbを含んでおり、ｘ値は好適には０であり、０.３以下であることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項６】第１半導体領域と第２半導体領域はそれぞれ本質的に純粋ＩnＡs
とＧaＳbで成り、インターフェース層はＡlと、ＳbとＧaとで成る群から選択さ
れた少なくとも１種とを含んだ化合物を含んでいることを特徴とする請求項１記
載の半導体装置。 - 【請求項７】第１半導体領域と第２半導体領域の一方はｎ型半導体物質を含ん
でおり、他方はｐ型半導体物質を含んでいることを特徴とする請求項２記載の半
導体装置。 - 【請求項８】第１半導体領域と第２半導体領域の一方はｎ型ＩnＡsを含んでお
り、他方はｐ型ＩnＧaＳbを含んでおり、インターフェースはＡlＳbを含んでい
ることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。 - 【請求項９】インターフェース層はＡl、Ｓb及びＧaで成る群から選択される
少なくとも２物質を含んでいることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。 - 【請求項１０】第１半導体領域はＩnＡsを含んでおり、第２半導体領域はＩnＧa
ＳbとＧaＳbで成る群から選択される化合物を含んでおり、インターフェース層
はＡlＳbとＡlＧaＳbで成る群から選択されることを特徴とする請求項５記載の
半導体装置。 - 【請求項１１】インターフェース層は本質的にＡl、Ｇa及びＳbで成ることを特
徴とする請求項６記載の半導体装置。 - 【請求項１２】インターフェース層はＡlと、ＳbとＧaで成る群から選択される
少なくとも１種の物質とを含んだ化合物を含んでいることを特徴とする請求項９
記載の半導体装置。 - 【請求項１３】ＡlとＧaとの組み合わせは化合物ＡlＧaＳbの５０％を含んでお
り、Ｓbは残りを含んでいることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。 - 【請求項１４】半導体層は伝導バンドエッジと価電子バンドエッジとをさらに含
んでおり、インターフェース層成分物質の密度は、第１半導体領域と第２半導体
領域のそれぞれの伝導バンドエッジとそれぞれの価電子バンドエッジとの間で連
続的にグレードされたインターフェース遷移バンド領域を形成し、インターフェ
ース層でのそれら半導体領域の一方の伝導バンドエッジはインターフェース層で
の他方の半導体領域の価電子バンドエッジの下方に存在することを特徴とする請
求項１２記載の半導体装置。 - 【請求項１５】第１半導体領域あるいは第２半導体領域はｎ型ＩnＡsを含んでお
り、他方はｐ型ＩnＧaＳbを含んでいることを特徴とする請求項１４記載の半導
体装置。
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