JP2006080379A - Hetero crystal multilayer structure, metal paste transistor including the same, vertical cavity surface emitting laser, magnetoresistance film, and resonance tunnel diode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、良好な結晶性を有する異種結晶多層構造体ならびにそれを応用した金属ベーストランジスタ、面発光レーザ、磁気抵抗膜および共鳴トンネルダイオードに関するものである。 The present invention relates to a heterocrystalline multi-layer structure having good crystallinity, and a metal base transistor, a surface emitting laser, a magnetoresistive film, and a resonant tunnel diode using the same.
多層構造体は、その大部分が同一の結晶構造を有する材料を交互に積層することで成り立っている。同一の結晶構造を有する材料を交互に積層する場合、たとえば、最も一般的な例でいうと、化合物半導体と化合物半導体の多層構造体を形成する場合には、閃亜鉛鉱構造同士を積層して形成している(たとえば、非特許文献1参照)。あるいは、近年注目されている窒化物半導体の場合であれば、ウルツ鉱構造同士を積層して多層構造体を形成している。 Most of the multilayer structures are formed by alternately laminating materials having the same crystal structure. When alternately laminating materials having the same crystal structure, for example, in the most general example, when forming a multilayer structure of compound semiconductor and compound semiconductor, zinc blende structures are laminated together. (For example, refer nonpatent literature 1). Alternatively, in the case of a nitride semiconductor that has been attracting attention in recent years, a multilayer structure is formed by laminating wurtzite structures.
また、結晶構造が異なる場合ではGaAsおよびErAsのようにその格子定数がほぼ同じ材料の組合せが用いられている(たとえば、非特許文献2参照)。 When the crystal structures are different, a combination of materials having substantially the same lattice constant such as GaAs and ErAs is used (for example, see Non-Patent Document 2).
結晶構造が同じ化合物半導体同士の組み合わせによって変化させることができるパラメータとしては、バンドギャップ、一部の窒化物半導体におけるピエゾ電界などが挙げられる。それ以外には、変化させることが出来る有用なパラメータはほとんど無く、光学的な応用のみに限られる。 Examples of parameters that can be changed by a combination of compound semiconductors having the same crystal structure include a band gap and a piezoelectric field in some nitride semiconductors. Other than that, there are few useful parameters that can be varied and are limited to optical applications only.
そのため、新たな機能性を目指して異なる結晶構造を有する化合物の積層構造が研究されている。この異なる結晶構造を有する化合物の積層構造を作成するにあたっては、主に、格子定数がどれ位整合しているかについて注意が払われている。しかし、格子定数の整合性を考慮するだけでは、膜厚を厚くしていくと結晶性の悪化が著しくなり、その上層の積層構造の結晶性も著しい影響を受ける場合が多い。たとえば非特許文献2のGaAsおよびErAsの組み合わせの場合であれば、片方が2分子層以下の場合には結晶性は良く見えるが、3分子層のErAsになるとその上のGaAsの結晶性が著しく低下する。このように結晶構造の異なる化合物を積層する場合、格子定数の整合のみでは、良い結晶性を有する多層構造体が得られない。
Therefore, a laminated structure of compounds having different crystal structures has been studied aiming at new functionality. In creating a laminated structure of compounds having different crystal structures, attention is paid mainly to how much the lattice constants are matched. However, considering only the consistency of the lattice constant, the crystallinity is significantly deteriorated as the film thickness is increased, and the crystallinity of the laminated structure of the upper layer is often significantly affected. For example, in the case of a combination of GaAs and ErAs in Non-Patent
これまで、各種デバイスに用いることができる良い結晶性を有する組合せは、見出されていない。 So far, no combination having good crystallinity that can be used in various devices has been found.
本発明の目的は、層同士が異なる結晶構造を有する化合物からなり、かつ、結晶性に優れた異種結晶多層構造体を実現することである。 An object of the present invention is to realize a heterogeneous crystalline multi-layer structure composed of compounds having different crystal structures in layers and having excellent crystallinity.
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、異なる結晶構造を有する材料の積層構造に関しては、結晶構造を構成する結合軌道が良好な結晶性を得るのに重大な影響を及ぼすことを見出した。たとえば、非特許文献2のGaAsおよびErAsの場合であれば、GaAsの結合軌道はsp3混成軌道であるのに対し、ErAsの結合軌道がp軌道であることから結合軌道の整合性が無いために良好な多層構造が得られない。ただし、片方が2分子層以下の場合にはもう一方の材料の結合軌道に強制的に安定化されることがある。たとえば、2分子層以下のErAsは、sp3混成軌道に強制的に安定化されるため結晶性が良く見えるが、3分子層のErAsになるとp軌道が安定化するためその上のGaAsの結晶性が著しく低下する。
As a result of intensive studies, the present inventor has found that, with respect to a laminated structure of materials having different crystal structures, the bond orbits constituting the crystal structure have a significant effect on obtaining good crystallinity. For example, in the case of GaAs and ErAs in Non-Patent
そして、本発明者は、異なる結晶構造を有する材料を用いた多層構造に関して格子定数の整合性だけではなく、結晶構造を構成する結合軌道が同じであれば、結晶性に優れた多層構造体が実現できることを見出し、さらに、結晶構造を構成する結合軌道が同じ結晶構造の組合せを見出し本発明を完成させた。 Then, the present inventor found that a multilayer structure having excellent crystallinity can be obtained as long as the bond orbits constituting the crystal structure are the same as well as the lattice constant consistency with respect to the multilayer structure using materials having different crystal structures. It has been found that this can be realized, and furthermore, a combination of crystal structures having the same bond orbital constituting the crystal structure has been found and the present invention has been completed.
本発明は、結晶構造の異なる2以上の層を含む異種結晶多層構造体であって、
結晶構造の異なる2以上の層は、結晶構造を構成する結合軌道が同じであることを特徴とする異種結晶多層構造体である。
The present invention is a heterogeneous crystal multilayer structure including two or more layers having different crystal structures,
Two or more layers having different crystal structures are different crystal multilayer structures characterized in that the bond orbits constituting the crystal structure are the same.
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる2以上の層は、結晶構造がNaCl構造である化合物からなる層と、結晶構造がCaB6構造である化合物からなる層とを含むことを特徴とする。 In the present invention, two or more layers having the same bond orbital constituting the crystal structure and different crystal structures are composed of a layer made of a compound having a crystal structure of NaCl structure and a compound having a crystal structure of CaB 6 structure. And a layer.
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる2以上の層は、結晶構造が体心立方構造である金属からなる層と、結晶構造がCsCl構造である化合物からなる層とを含むことを特徴とする。 In the present invention, two or more layers having the same bond orbital constituting the crystal structure and different crystal structures are composed of a layer made of a metal having a body-centered cubic structure and a compound having a CsCl structure. And a layer.
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる2以上の層は、結晶構造がCaF2構造である化合物からなる層と、結晶構造が面心立方構造である金属からなる層とを含むことを特徴とする。 In the present invention, two or more layers having the same bond orbital constituting the crystal structure and different crystal structures are composed of a layer made of a compound having a crystal structure of CaF 2 structure and a metal having a crystal structure of face centered cubic structure. And a layer made of
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる2以上の層は、結晶構造がCaF2構造である化合物からなる層と、結晶構造が体心立方構造である金属からなる層とを含むことを特徴とする。 In the present invention, two or more layers having the same bond orbital constituting the crystal structure and different crystal structures are composed of a layer made of a compound having a crystal structure of CaF 2 structure and a metal having a crystal structure of body-centered cubic structure. And a layer made of
ただし、面心立方構造およびCaF2構造の組合せの場合と異なり体心立方構造の格子定数の20.5倍がCaF2構造の格子定数とほぼ一致するのが好ましい。すなわち、<100>CaF2//<110>bccのエピタキシャル方位関係があることが好ましい。 However, it preferred 2 0.5 times the lattice constant of a face-centered cubic structure and CaF 2 structure when the combination with a different body-centered cubic structure of that substantially coincides with the lattice constant of the CaF 2 structure. That is, it is preferable that there is an epitaxial orientation relationship of <100> CaF 2 / <110> bcc.
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、エミッタ層、コレクタ層および金属ベース層として含むことを特徴とする金属ベーストランジスタである。 The present invention is a metal base transistor comprising the heterogeneous crystal multilayer structure as an emitter layer, a collector layer, and a metal base layer.
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、分布ブラッグ反射体として含むことを特徴とする面発光レーザである。 The present invention is a surface emitting laser comprising the heterogeneous crystal multilayer structure as a distributed Bragg reflector.
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、磁気抵抗効果を有する多層構造体として含むことを特徴とする磁気抵抗膜である。 The present invention is a magnetoresistive film comprising the heterogeneous crystal multilayer structure as a multilayer structure having a magnetoresistive effect.
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、共鳴トンネル効果を有する共鳴トンネル構造体として含むことを特徴とする共鳴トンネルダイオードである。 The present invention is a resonant tunneling diode comprising the heterogeneous crystal multilayer structure as a resonant tunneling structure having a resonant tunneling effect.
本発明によれば、結晶構造の異なる2以上の層を積層して多層構造体を製造するに際し、結晶構造を構成する結合軌道が同じである層を積層することによって、結晶性が良好な異種結晶多層構造体を得ることが可能となる。また、該異種結晶多層構造体は、光学的特性に加えて、抵抗値などの電気的特性・磁気的特性なども変化させることが可能であるので本発明を応用したデバイスの特性を飛躍的に改善することができる。 According to the present invention, when a multilayer structure is manufactured by stacking two or more layers having different crystal structures, different layers having good crystallinity are formed by stacking layers having the same bond orbital constituting the crystal structure. A crystal multilayer structure can be obtained. In addition, the heterogeneous crystal multilayer structure can change not only the optical characteristics but also the electrical and magnetic characteristics such as the resistance value, so that the characteristics of the device to which the present invention is applied can be dramatically improved. Can be improved.
本発明によれば、NaCl構造である化合物においてNaCl構造を構成する結合軌道はp軌道であり、一方のCaB6構造の化合物においてCaB6構造を構成する結合軌道もCaの採っているp軌道である。尚、このCaB6構造の化合物においては、B6分子がCa単純格子によって内包された形になる。したがってNaCl構造の化合物およびCaB6構造の化合物の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。 According to the present invention, the bond orbital constituting the NaCl structure in the compound having the NaCl structure is the p orbital, and the bond orbital constituting the CaB 6 structure in the compound having the CaB 6 structure is also the p orbital taken by the Ca. is there. In this CaB 6 structure compound, B 6 molecules are encapsulated by Ca simple lattices. Accordingly, since the bonding orbital matching is achieved between the NaCl structure compound and the CaB 6 structure compound, it is possible to realize a heterogeneous crystal multilayer structure having excellent crystallinity. This heterogeneous crystal multilayer structure can be used for various optical / electrical devices, etc., has good crystallinity, and can combine various compounds to produce a device exhibiting excellent characteristics. Obtainable.
本発明によれば、体心立方構造を採る金属において体心立方構造を構成する結合軌道はsp3混成軌道であり、一方のCsCl構造の化合物においてCsCl構造を構成する結合軌道もsp3混成軌道である。したがって体心立方構造を採る金属およびCsCl構造である化合物の両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。 According to the present invention, in a metal having a body-centered cubic structure, the bond orbits constituting the body-centered cubic structure are sp3 hybrid orbitals, and in one compound of the CsCl structure, the bond orbits constituting the CsCl structure are also sp3 hybrid orbitals. . Accordingly, since the bonding orbital consistency between both the metal having a body-centered cubic structure and the compound having a CsCl structure is obtained, it is possible to realize a heterogeneous crystal multilayer structure having excellent crystallinity. This heterogeneous crystal multilayer structure can be used for various optical / electrical devices, etc., has good crystallinity, and can combine various compounds to produce a device exhibiting excellent characteristics. Obtainable.
本発明によれば、CaF2構造は、面心立方構造からなるCa格子内にF原子による単純格子が内包された形となっており、CaF2構造の化合物においてCaF2構造を構成する結合軌道はsp3混成軌道であり、一方の面心立方構造を採る金属において面心立方構造を構成する結合軌道もsp3混成軌道である。したがって、CaF2構造の化合物および面心立方構造を採る金属の両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。 According to the present invention, CaF 2 structure is a form of simple grating is encapsulated by F atoms in Ca grid of face-centered cubic structure, bonding orbitals constituting the CaF 2 structure in the compounds of the CaF 2 structure Is a sp3 hybrid orbital, and a bond orbit constituting a face centered cubic structure in a metal having one face centered cubic structure is also a sp3 hybrid orbital. Therefore, since the bonding orbital consistency is obtained between the CaF 2 structure compound and the metal having the face-centered cubic structure, it is possible to realize a heterogeneous crystal multilayer structure with excellent crystallinity. This heterogeneous crystal multilayer structure can be used for various optical / electrical devices, etc., has good crystallinity, and can combine various compounds to produce a device exhibiting excellent characteristics. Obtainable.
本発明によれば、CaF2構造は、面心立方構造からなるCa格子内にF原子による単純格子が内包された形となっており、CaF2構造の化合物においてCaF2構造を構成する結合軌道はsp3混成軌道であり、一方の体心立方構造を採る金属において体心立方構造を構成する結合軌道もsp3混成軌道である。したがってCaF2構造をとる化合物と体心立方構造である金属の両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。 According to the present invention, CaF 2 structure is a form of simple grating is encapsulated by F atoms in Ca grid of face-centered cubic structure, bonding orbitals constituting the CaF 2 structure in the compounds of the CaF 2 structure Is a sp3 hybrid orbital, and a bond orbit constituting a body-centered cubic structure in a metal having one body-centered cubic structure is also a sp3 hybrid orbital. Accordingly, since the bonding orbital consistency is obtained between the compound having the CaF 2 structure and the metal having the body-centered cubic structure, it is possible to realize a heterogeneous crystal multilayer structure having excellent crystallinity. This heterogeneous crystal multilayer structure can be used for various optical / electrical devices, etc., has good crystallinity, and can combine various compounds to produce a device exhibiting excellent characteristics. Obtainable.
本発明によれば、異種結晶多層構造体を用いて、金属ベーストランジスタを得ることができる。この金属ベーストランジスタは良好な電気特性を持つことができる。 According to the present invention, a metal base transistor can be obtained using a heterogeneous crystal multilayer structure. This metal base transistor can have good electrical characteristics.
本発明によれば、異種結晶多層構造体によって少ない層で大きな反射率を有するDBR(分布ブラッグ反射体)を備えた面発光レーザを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a surface emitting laser including a DBR (distributed Bragg reflector) having a large reflectance with a small number of layers by using a different crystal multilayer structure.
本発明によれば、異種結晶多層構造体によって磁気抵抗膜を得ることができる。この磁気抵抗膜は、大きな抵抗変化率を有することが可能である。 According to the present invention, a magnetoresistive film can be obtained from a heterogeneous crystal multilayer structure. This magnetoresistive film can have a large resistance change rate.
本発明によれば、異種結晶多層構造体を含む共鳴トンネルダイオードを得ることができる。 According to the present invention, a resonant tunneling diode including a heterogeneous crystal multilayer structure can be obtained.
本発明の異種結晶多層構造体は、異なる結晶構造を有する材料からなる2以上の層を含む多層構造体であって、各層の結晶構造を構成する結合軌道が同じである。 The heterogeneous crystal multilayer structure of the present invention is a multilayer structure including two or more layers made of materials having different crystal structures, and the bonding orbits constituting the crystal structure of each layer are the same.
隣り合う層が異種結晶であって結晶構造を構成する結合軌道が同じものを含む異種多層構造体(以下、単に「多層構造体」という。)としては、たとえば、NaCl構造である化合物とCaB6構造である化合物を含む多層構造体、体心立方構造である金属とCsCl構造である化合物を含む多層構造体、CaF2構造である化合物と面心立方構造である金属を含む多層構造体、CaF2構造である化合物と体心立方構造である金属を含む多層構造体などが挙げられる。これらの層の材料としては、特に制限されないが、無機化合物を好ましく使用できる。 Examples of a heterogeneous multilayer structure (hereinafter, simply referred to as “multilayer structure”) including adjacent layers that are heterogeneous crystals and have the same bond orbit constituting the crystal structure include, for example, a compound having an NaCl structure and CaB 6. A multilayer structure including a compound having a structure, a multilayer structure including a metal having a body-centered cubic structure and a compound having a CsCl structure, a multilayer structure including a compound having a CaF 2 structure and a metal having a face-centered cubic structure, CaF Examples include a multilayer structure including a compound having a two- structure and a metal having a body-centered cubic structure. The material for these layers is not particularly limited, but inorganic compounds can be preferably used.
[NaCl構造である化合物とCaB6構造である化合物を含む多層構造体]
NaCl構造の基本となる結合軌道はp軌道であり、一方のCaB6構造の場合も、CaB6においてB6分子がCa単純格子によって内包された形になるため、基本となる結合軌道はCaの採っているp軌道である。両者の間で結合軌道の整合性が取れているため、たとえば、エピタキシャル成長などを用いて積層させることによって、良好な結晶性を有する異種結晶多層構造体を得ることができる。この多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。
[Multilayer structure including a compound having a NaCl structure and a compound having a CaB 6 structure]
Underlying bonding orbital of the NaCl structure is p-orbital, in the case of one of the CaB 6 structure, since the shape of the CaB 6 is B 6 molecules are encapsulated by a Ca simple grating, bonding orbitals The underlying of Ca It is the p orbit taken. Since the bonding orbits are consistent between the two, for example, by stacking using epitaxial growth or the like, a heterogeneous crystal multilayer structure having good crystallinity can be obtained. This multilayer structure can be used for various optical / electrical devices, etc., has a good crystallinity, and can combine various compounds to obtain a device exhibiting excellent characteristics. Can do.
NaCl構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、希土類元素の窒素化物・燐化物・砒素化物・アンチモン化物・酸化物・硫化物・セレン化物・テルル化物および酸化マグネシウムなどが挙げられる。NaCl構造をとる希土類元素含有化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。 The compound having the NaCl structure is not particularly limited, and examples thereof include rare earth element nitrides, phosphides, arsenides, antimonides, oxides, sulfides, selenides, tellurides, and magnesium oxide. Rare earth element-containing compounds having an NaCl structure have wide band gap values, and can be preferably used from the viewpoint of changing from a semiconductor to a semimetal and also becoming a magnetic semiconductor.
CaB6構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、BaB6、CaB6、CeB6、DyB6、ErB6、GdB6、LaB6、LuB6、NdB6、PrB6、SiB6、SmB6、SrB6、TbB6、ThB6、TmB6、YB6およびYbB6などが挙げられる。CaB6構造をとる希土類元素含有6ホウ化化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。さらに、他の材料との格子整合性の点から、NdB6、BaB6が好ましく使用できる。
Examples of the compound take CaB 6 structure is not particularly limited, for example, BaB 6, CaB 6, CeB 6,
[体心立方構造である金属とCsCl構造である化合物を含む多層構造体]
体心立方構造およびCsCl構造のいずれの場合も基本となる結合軌道はsp3混成軌道であるため、両者の間で結合軌道の整合性が取れているので結晶性に優れた多層構造を実現することが可能となる。
[Multilayer structure including a metal having a body-centered cubic structure and a compound having a CsCl structure]
In both cases of the body-centered cubic structure and the CsCl structure, the basic bond orbitals are sp3 hybrid orbitals, and the bond orbital consistency between them is achieved, so that a multilayer structure with excellent crystallinity is realized. Is possible.
体心立方構造を採る金属としては、特に制限されないが、たとえば、Ba、Cr、Fe、Hf、Li、Tl、Euなどが挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a metal which takes a body centered cubic structure, For example, Ba, Cr, Fe, Hf, Li, Tl, Eu etc. are mentioned.
CsCl構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえばCsIなどがあげられる。 The compound having a CsCl structure is not particularly limited, and examples thereof include CsI.
体心立方構造を採る金属とCsCl構造を採る化合物との組合せとしては、EuおよびCsIの組合せが一層好ましく使用できる。 As a combination of a metal having a body-centered cubic structure and a compound having a CsCl structure, a combination of Eu and CsI can be more preferably used.
[CaF2構造である化合物と面心立方構造である金属を含む多層構造体]
CaF2構造の基本は、面心立方構造からなるCa格子内にF原子による単純格子が内包された形となっている。したがって基本となる結合軌道はどちらもsp3混成軌道であることから、両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた多層構造を実現することが可能となる。
[Multilayer structure including a compound having a CaF 2 structure and a metal having a face-centered cubic structure]
The basic structure of the CaF 2 structure is such that a simple lattice of F atoms is included in a Ca lattice having a face-centered cubic structure. Therefore, since the basic bonding orbitals are both sp3 hybrid orbitals, the matching of the bonding orbitals is established between the two, so that a multilayer structure with excellent crystallinity can be realized.
CaF2構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、Ba、Ca、Euなどのフッ化物および希土類元素の水素化物などが挙げられる。CaF2構造をとる希土類元素含有化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。また、格子定数の整合性の点からCaF2も好ましく使用できる。 Examples of the compound take CaF 2 structure is not particularly limited, for example, Ba, Ca, hydrides of fluoride and rare earth elements such as Eu and the like. Rare earth element-containing compounds having a CaF 2 structure have wide band gap values, and can be preferably used from the viewpoint of changing from a semiconductor to a semimetal and also becoming a magnetic semiconductor. CaF 2 can also be preferably used from the viewpoint of lattice constant matching.
面心立方構造を採る金属としては、特に制限されないが、たとえば、Yb、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Ni、Pd、PtおよびRhなどが挙げられる。 The metal having a face-centered cubic structure is not particularly limited, and examples thereof include Yb, Ag, Al, Au, Co, Cr, Cu, Ni, Pd, Pt, and Rh.
[CaF2構造である化合物と体心立方構造である金属を含む多層構造体]
CaF2構造の基本は、面心立方構造からなるCa格子内にF原子による単純格子が内包された形となっている。したがってCaF2構造を採る化合物の基本となる結合軌道はsp3混成軌道である。また、体心立方構造をとる金属の結合軌道はsp3である。これらから、CaF2構造を採る化合物と体心立方構造を採る金属の間で結合軌道の整合性が取れているので結晶性に優れた多層構造を実現することが可能となる。ただし、CaF2構造である化合物と面心立方構造である金属の組み合わせの場合と異なり体心立方構造の格子定数の20.5倍がCaF2構造の格子定数とほぼ一致する必要がある。すなわち、<100>CaF2//<110>bccのエピタキシャル方位関係が必要となる。
[Multilayer structure including a compound having a CaF 2 structure and a metal having a body-centered cubic structure]
The basic structure of the CaF 2 structure is such that a simple lattice of F atoms is included in a Ca lattice having a face-centered cubic structure. Therefore, the basic bond orbital of the compound having the CaF 2 structure is the sp3 hybrid orbital. The bond orbit of the metal having a body-centered cubic structure is sp3. From these, it is possible to realize a multilayer structure excellent in crystallinity because the bonding orbital consistency is obtained between the compound having the CaF 2 structure and the metal having the body-centered cubic structure. However, it is necessary to 2 0.5 times the lattice constant of the combination of metal with different body-centered cubic structure is a compound face-centered cubic structure is a CaF 2 structure substantially coincides with the lattice constant of the CaF 2 structure. That is, an epitaxial orientation relationship of <100> CaF 2 / <110> bcc is required.
CaF2構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、Ba、Ca、Euなどのフッ化物および希土類元素の水素化物などが挙げられる。CaF2構造をとる希土類元素含有化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。また、格子定数の整合性の点からCaF2も好ましく使用できる。 Examples of the compound take CaF 2 structure is not particularly limited, for example, Ba, Ca, hydrides of fluoride and rare earth elements such as Eu and the like. Rare earth element-containing compounds having a CaF 2 structure have wide band gap values, and can be preferably used from the viewpoint of changing from a semiconductor to a semimetal and also becoming a magnetic semiconductor. CaF 2 can also be preferably used from the viewpoint of lattice constant matching.
体心立方構造を採る金属としては、特に制限されないが、たとえば、Ba、Cr、Fe、Hf、Li、Tl、Euなどが挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a metal which takes a body centered cubic structure, For example, Ba, Cr, Fe, Hf, Li, Tl, Eu etc. are mentioned.
これらの多層構造体は、結晶を構成する結合軌道の整合性が取れているので、たとえば、エピタキシャル成長をさせて積層することによって良好な結晶性を有する多層構造体を製造することができる。 Since these multi-layered structures are consistent in the bonding orbits constituting the crystal, for example, a multi-layered structure having good crystallinity can be produced by epitaxial growth and stacking.
これらの多層構造体においては、各層の格子定数は、特に制限されないが、近似する方が好ましい。ただ、各層の格子定数があまり近似しない場合であっても、格子定数の整合性の不一致を回避することができる。図7は、隣り合う2層の格子定数が一致しない場合の回避手段の一例を示す断面図である。たとえば、隣り合う2層52,53の格子定数がbあるいはcであり、bおよびcがあまり近似しない場合であっても、b<a<cを満たす格子定数aの基板51上に格子定数があまり近似しない2層52,53を形成する方法などを用いることによって、これらの2層の格子定数b、cを基板の格子定数aに近づけることが可能になる。このような方法により隣り合う2層の格子定数の整合性の不一致を回避することができる。
In these multilayer structures, the lattice constant of each layer is not particularly limited, but is preferably approximated. However, even if the lattice constants of the layers are not so approximate, it is possible to avoid mismatching of the lattice constants. FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of avoidance means when the lattice constants of two adjacent layers do not match. For example, even if the lattice constants of the adjacent two
以下、これらの多層構造体を応用したデバイスを示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。 Hereinafter, devices to which these multilayer structures are applied will be shown, but the present invention is not limited thereto.
[金属ベーストランジスタ]
図1は、第1実施形態である金属ベーストランジスタ1の構成を模式的に示す断面図である。本第1実施形態において、金属ベーストランジスタ1は、基板2、バッファ層3、コレクタ層4、金属ベース層5、エミッタ層6、コレクタ電極7、ベース電極8およびエミッタ電極9を含んで構成される。コレクタ層4、金属ベース層5およびエミッタ層6には、たとえば、NaCl構造である化合物とCaB6構造である化合物からなる多層構造体を好ましく使用できる。この金属ベーストランジスタ1の材料は特に限定されないが、たとえば、基板2にGaAs、バッファ層3にNaCl構造を採る化合物であるVN、コレクタ層4にNaCl構造を採る化合物であるn型VN、金属ベース層5にCaB6構造を採る化合物であるNdB6、エミッタ層6にNaCl構造を採る化合物であるn型VN、コレクタ電極7およびエミッタ電極9にTi/Al(下層/上層)(以下「/」の記号は、後に続く層をより上層とするものとする。)、ベース電極8にNd/Auを好ましく使用できる。VNなどの成長方法としては特に制限されないが、RFスパッタ法、分子線エピタキシー(MBE)法および有機金属気相成長(MOCVD)法などが挙げられる。また、バッファ層2は、結晶構造および格子定数の整合性などの理由から設けられるものであるので、結晶構造および格子定数などが整合していれば設けなくてもよい場合がある。
[Metal base transistor]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a
[面発光レーザ]
図2は、第2実施形態の面発光レーザ11の構成を模式的に示す断面図である。面発光レーザは、基板12、バッファ層13、下部DBR(分布ブラッグ反射体)14、n型キャリア拡散層15、下部グレーデッド層16、活性層17、上部グレーデッド層18、p型キャリア拡散層19、上部DBR(分布ブラッグ反射体)20、p型電極21およびn型電極22を含んで構成される。下部DBR14、上部DBR20には、特に制限されないが、NaCl構造を採る化合物とCaB6構造を採る化合物からなる多層構造体を好ましく使用できる。
[Surface emitting laser]
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
この面発光レーザの材料としては、特に制限されないが、たとえば、基板12はSmO、バッファ層13はGdN、下部DBR14は、BaB6/LaN、n型キャリア拡散層15はキャリアとしてSiが含まれるn型GdN、下部グレーデッド層16はInGdN、活性層17はInGdN、上部グレーデッド層18はInGdN、p型キャリア拡散層19はキャリアとしてMgが含まれるp型GdN、上部DBR20は、CaB6構造を採る化合物であるBaB6とNaCl構造を採る化合物であるLaNの多層構造体、p型電極21はTi/Al、n型電極22はPt/Auを好ましく用いることができる。この実施形態においては、DBRにBaB6などの金属を含んだ化合物を用いることができることから少ない積層数で大きい反射率を得ることが可能になる。
The surface emitting laser material is not particularly limited. For example, the
[磁気抵抗膜]
図3は、第3実施形態の磁気抵抗膜31を模式的に示す断面図である。磁気抵抗膜31は、基板32、多層構造33、電極34を含んで構成される。この多層構造33には、たとえば、体心立方構造をとる金属とCsCl構造をとる化合物からなる多層構造体を、好ましく用いることができる。この磁気抵抗膜の材料としては、基板32はCsI、多層構造33は体心立方構造をとる金属であるEuからなる層33aおよびCsCl構造をとる化合物であるCsIからなる層33bを複数回交互に積層した多層構造体を好ましく使用することができる。
[Magnetic resistance film]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the
[共鳴トンネルダイオード]
図4は、第4実施形態の共鳴トンネルダイオード41を模式的に示す断面図である。共鳴トンネルダイオード41は、基板42、バッファ層43、共鳴トンネル構造体44、電極45を含んで構成される。共鳴トンネル構造体44には、面心立方構造をとる金属とCaF2構造をとる化合物とからなる多層構造体および体心立方構造をとる金属とCaF2構造をとる化合物とからなる多層構造体を好ましく使用できる。この共鳴トンネルダイオード41の材料としては、基板42はSi、バッファ層43はCaF2、共鳴トンネル構造体44はYb/CaF2/Yb/CaF2/Ybを積層した多層構造体を好ましく使用できる。面心立方構造をとる金属であるYbに代えて、体心立方構造をとる金属であるTlも好ましく使用できる。
[Resonant tunnel diode]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the
CaF2構造のみを使ったCaF2/CdF2共鳴トンネル構造が知られているが、Cd(カドミウム)には、安全面で問題がある。一方、Yb(イッテルビウム)およびTl(タリウム)にはこのような問題はなく良好に使用できる。 Although CaF 2 / CdF 2 resonant tunneling structure using only CaF 2 structure is known, the Cd (cadmium), there is a problem in safety. On the other hand, Yb (ytterbium) and Tl (thallium) can be used satisfactorily without such problems.
本共鳴トンネルダイオードは、高速の電子スイッチ、高周波オシレータおよび機能素子などへの応用が可能である。 This resonant tunneling diode can be applied to high-speed electronic switches, high-frequency oscillators, functional elements, and the like.
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより、何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
第1実施形態の金属ベーストランジスタ1を作成した。300μm厚の半絶縁性GaAs基板2上にVN(窒化バナジウム)を結晶構造の違いと格子定数の違いを緩和するように厚く成長させ、具体的には3μm成長させて、VNバッファ層3とした。本実施例では、1200℃まで基板加熱可能なRFスパッタ法を用いてVN層を成長させた。次に、n型VN(キャリア濃度5×1017cm−3)を200nm成長させてコレクタ層4とした。その後NdB6を100nm成長させてベース層5とした。さらに、n型VNを150nm成長させてエミッタ層6とした。VN層の成長は、基板温度1000℃で、V(バナジウム)ターゲット(純度99.99%)を用いAr−N2を用いた反応性スパッタリングを用いた。NdB6(六硼化ネオジウム)の成長は、基板温度1000℃で、Nd(ネオジウム)ターゲット(純度99.9%)を用いAr−B2H6(ジボラン)を用いた反応性スパッタリングで行った。これにフォトリソグラフを施し、電極7、8、9を形成して金属ベーストランジスタが完成した。電極7、9はTi/Al(厚さ16nm/200nm)を形成して600℃で30秒間アニールして作成した。電極8はNd/Au(厚さ20nm/100nm)でアニールを行わずに作成した。その後、動作確認をすると図5のトランジスタ特性が得られた。
Example 1
The
(実施例2)
第2実施形態の面発光レーザ11を作成した。成長方法は、実施例1と同様RFスパッタ法を用いた。厚さ100μmのSmO基板12上にGdNバッファ層13を基板温度900℃で2μm成長し、その後BaB6(10nm)/LaN(15nm)積層構造を4周期成長させて下部DBR14を形成した。引き続いて、Siを含むn型のGdN(キャリア濃度1×1018cm−3)を膜厚が1μmになるように成長させn型キャリア拡散層15を形成し、In組成を0から10at%に変化させてInGdNを20nm成長させて下部グレーデッド層16を形成し、In0.2Gd0.8Nを10nm成長させて活性層17を形成し、In組成を10at%から0%に変化させてInGdN層を20nm成長させて上部グレーデッド層18を形成した。Mgを含むp型のGdN(キャリア濃度1×1018cm−3)を200nm成長させp型キャリア拡散層19を形成し、BaB6(10nm)/LaN(15nm)積層構造を2周期積層させて上部DBR20を形成した。その後、Ti/Al(厚さ16nm/200nm)を成長させ600℃で30秒間アニールしてp型電極21を形成した。またPt/Au(厚さ20nm/100nm)を成長させアニールせずにn型電極22を形成して面発光レーザを作製した。通常の面発光レーザでは、半導体多層構造を用いるが、本発明ではBaB6金属を用いることで少ない積層数で大きい反射率を得ることができ、5μm角の素子に対して、閾値電圧2.5V,閾値電流450μAでレーザ発振を確認した。
(Example 2)
The
(実施例3)
第3実施形態の磁気抵抗膜31を作成した。本実施例では、分子線エピタキシー法を用い基板温度200℃で成長を行った。CsI基板(厚さ150μm)32上にpBNるつぼに封入したEu(ユーロピウム)とCsIをそれぞれ加熱しEu(1nm)/CsI(1nm)多層構造33を20周期成長させた。Auを用いて電極34を作成した。そして磁気抵抗の変化を調べた。その結果、79.58kA/m(1キロエルステッド)の磁界印加に対して200%の抵抗変化を確認した。この抵抗の変化は、磁界のないときの抵抗率をρ0、磁界のあるときの抵抗率をρHとして、ρ0>ρHで、(ρ0−ρH)/ρ0と計算することにより求めた。そして、この抵抗率は、通常の4端子法を用いて測定した。
(Example 3)
A
(実施例4)
第4実施形態の共鳴トンネルダイオード41を作成した。共鳴トンネル構造には、金属/絶縁体/金属/絶縁体/金属積層構造を用いた。結晶成長法としては電子線加熱を組み合わせたMBE法を用いた。厚さ300μmのSi基板42上にCaF2からなるバッファ層43を基板温度300℃で1μm成長させ、その上に同じ基板温度でYb(100nm)/CaF2(0.5nm)/Yb(1nm)/CaF2(0.5nm)/Yb(50nm)を積層し共鳴トンネル構造体44を形成し、最後にAuを200nm形成して電極45を作成した。CaF2の蒸発には電子線(EB)加熱を用い、Ybはるつぼ加熱を用いた。
上下のYb間に電流を流すことで図6に示す共鳴トンネル効果を確認した。
Example 4
The
The resonant tunnel effect shown in FIG. 6 was confirmed by passing a current between the upper and lower Yb.
(実施例5)
実施例4におけるYbの代わりにTlを用いて同様に共鳴トンネルダイオード41を作製し共鳴トンネル効果を確認した。
(Example 5)
A
1 金属ベーストランジスタ
2 基板
3 バッファ層
4 コレクタ層
5 ベース層
6 エミッタ層
7 コレクタ電極
8 ベース電極
9 エミッタ電極
11 面発光レーザ
12 基板
13 バッファ層
14 下部DBR
15 n型キャリア拡散層
16 下部グレーデッド層
17 活性層
18 上部グレーデッド層
19 p型キャリア拡散層
20 上部DBR
21 p型電極
22 n型電極
31 磁気抵抗膜
32 基板
33 多層構造
34 電極
41 共鳴トンネルダイオード
42 基板
43 バッファ層
44 共鳴トンネル構造体
45 電極
DESCRIPTION OF
15 n-type
21 p-type electrode 22 n-
Claims (9)
結晶構造の異なる2以上の層は、結晶構造を構成する結合軌道が同じであることを特徴とする異種結晶多層構造体。 A heterogeneous crystal multilayer structure including two or more layers having different crystal structures,
Two or more layers having different crystal structures have the same bond orbital constituting the crystal structure.
A resonant tunneling diode comprising the heterogeneous crystal multilayer structure according to claim 1 as a resonant tunneling structure having a resonant tunneling effect.
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WO2015152736A2 (en) | 2014-04-02 | 2015-10-08 | Granville Simon Edward | Magnetic materials and devices comprising rare earth nitrides |
WO2017090730A1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | Tdk株式会社 | Spin current magnetization reversal element, magnetoresistance effect element, and magnetic memory |
CN108950505A (en) * | 2018-08-07 | 2018-12-07 | 泉州市康馨化工科技有限公司 | Preparation method with strong ferromagnetic CaB6 film |
JP2019522358A (en) * | 2016-06-02 | 2019-08-08 | アイキューイー ピーエルシーIQE plc | Pnictide buffer structures and devices for GaN substrate applications |
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2004
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015152736A2 (en) | 2014-04-02 | 2015-10-08 | Granville Simon Edward | Magnetic materials and devices comprising rare earth nitrides |
CN106537624A (en) * | 2014-04-02 | 2017-03-22 | S·E·格兰维尔 | Magnetic materials and devices comprising rare earth nitrides |
JP2017513231A (en) * | 2014-04-02 | 2017-05-25 | サイモン エドワード グランビル | Magnetic materials and devices containing rare earth nitrides |
EP3127125A4 (en) * | 2014-04-02 | 2018-01-10 | Granville, Simon Edward | Magnetic materials and devices comprising rare earth nitrides |
US10373752B2 (en) | 2014-04-02 | 2019-08-06 | Franck Natali | Magnetic materials and devices comprising rare earth nitrides |
WO2017090730A1 (en) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | Tdk株式会社 | Spin current magnetization reversal element, magnetoresistance effect element, and magnetic memory |
JPWO2017090730A1 (en) * | 2015-11-27 | 2018-09-13 | Tdk株式会社 | Spin current magnetization reversal element, magnetoresistive effect element, and magnetic memory |
JP2019522358A (en) * | 2016-06-02 | 2019-08-08 | アイキューイー ピーエルシーIQE plc | Pnictide buffer structures and devices for GaN substrate applications |
CN108950505A (en) * | 2018-08-07 | 2018-12-07 | 泉州市康馨化工科技有限公司 | Preparation method with strong ferromagnetic CaB6 film |
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