JP2518160B2 - 共鳴トンネル・ダイオ―ド - Google Patents
共鳴トンネル・ダイオ―ドInfo
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- JP2518160B2 JP2518160B2 JP5246924A JP24692493A JP2518160B2 JP 2518160 B2 JP2518160 B2 JP 2518160B2 JP 5246924 A JP5246924 A JP 5246924A JP 24692493 A JP24692493 A JP 24692493A JP 2518160 B2 JP2518160 B2 JP 2518160B2
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- Japan
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- semiconductor layer
- layer
- band
- doped
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は共鳴トンネル・ダイオー
ド、特に超高速・新機能素子の利用分野で高性能を発揮
する共鳴トンネル・ダイオードに関する。
ド、特に超高速・新機能素子の利用分野で高性能を発揮
する共鳴トンネル・ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】共鳴トンネル・ダイオードは電子の通過
に要する遅延時間を著しく低減でき、かつ顕著な微分負
性抵抗を示すことから超高速・新機能素子を構成するう
えで極めて有望であり各所で研究開発が活発に行われる
ようになってきた。
に要する遅延時間を著しく低減でき、かつ顕著な微分負
性抵抗を示すことから超高速・新機能素子を構成するう
えで極めて有望であり各所で研究開発が活発に行われる
ようになってきた。
【０００３】図５は従来構造の一例を示す素子断面図
で、例えばソルナー（Ｓｏｌｌｎｅｒ）等によりアプラ
イド・フィズィックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．），ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．６，ｐｐ．５
８８−５９０，９月，１９８３年に報告されている。図
において９１はノンドープＧａＡｓ層、９２，９２’は
ノンドープＡｌＧａＡｓ層、９３，９３’はＮ形ＧａＡ
ｓ層、９９はＮ+ ＧａＡｓ基板、１０，１０’はオーミ
ック電極である。 図６（ａ），（ｂ）は図５の共鳴ト
ンネル・ダイオードの伝導帯エネルギー分布を示し
（ａ）は熱平衡状態でＥ1 は井戸の中に形成される共鳴
準位の基底準位、Ｖｏは障壁の高さである。また（ｂ）
は共鳴トンネルが起こっている時の非平衡状態でのエネ
ルギー分布を示す。
で、例えばソルナー（Ｓｏｌｌｎｅｒ）等によりアプラ
イド・フィズィックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．），ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．６，ｐｐ．５
８８−５９０，９月，１９８３年に報告されている。図
において９１はノンドープＧａＡｓ層、９２，９２’は
ノンドープＡｌＧａＡｓ層、９３，９３’はＮ形ＧａＡ
ｓ層、９９はＮ+ ＧａＡｓ基板、１０，１０’はオーミ
ック電極である。 図６（ａ），（ｂ）は図５の共鳴ト
ンネル・ダイオードの伝導帯エネルギー分布を示し
（ａ）は熱平衡状態でＥ1 は井戸の中に形成される共鳴
準位の基底準位、Ｖｏは障壁の高さである。また（ｂ）
は共鳴トンネルが起こっている時の非平衡状態でのエネ
ルギー分布を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで前記構造の共
鳴トンネル・ダイオードを発振回路や論理回路に応用す
る場合には、顕著な電流値のピーク対バレー比を得る必
要がある。
鳴トンネル・ダイオードを発振回路や論理回路に応用す
る場合には、顕著な電流値のピーク対バレー比を得る必
要がある。
【０００５】大きなピーク対バレー比を得るためには、
ＧａＡｓ量子井戸層９１において良好な共鳴条件を与え
る必要があるがその為にはこのＧａＡｓ層を電子のコヒ
ーレンシイを保つ程度に薄くしなければならない。しか
しながら、この量子井戸層を薄くすると量子井戸内に形
成される共鳴準位Ｅ1 が高エネルギ−側にシフトするた
め図７に示すように負性抵抗を生じる閾値電圧が大きく
なる。ここで閾値電圧はほぼ２Ｅ 1 ／ｑで与えられる。
但し、ｑは電子電荷である。
ＧａＡｓ量子井戸層９１において良好な共鳴条件を与え
る必要があるがその為にはこのＧａＡｓ層を電子のコヒ
ーレンシイを保つ程度に薄くしなければならない。しか
しながら、この量子井戸層を薄くすると量子井戸内に形
成される共鳴準位Ｅ1 が高エネルギ−側にシフトするた
め図７に示すように負性抵抗を生じる閾値電圧が大きく
なる。ここで閾値電圧はほぼ２Ｅ 1 ／ｑで与えられる。
但し、ｑは電子電荷である。
【０００６】このように閾値電圧が大きくなると、共鳴
トンネル・ダイオードを使用して論理回路を構成した場
合消費電力が大きくなり、また発振素子として使用した
場合にはパワーのＡＣ対ＤＣ変換効率が小さいといった
問題があった。
トンネル・ダイオードを使用して論理回路を構成した場
合消費電力が大きくなり、また発振素子として使用した
場合にはパワーのＡＣ対ＤＣ変換効率が小さいといった
問題があった。
【０００７】さらにダイオードの動作電圧が高いとエネ
ルギー帯の湾曲による共鳴状態のぼやけに伴い、必ずし
も電流のピーク対バレー比は向上しないという問題があ
った。本発明の目的はこの様な問題点を解消し、負性抵
抗を示す閾値電圧が小さく、かつ良好なピーク対バレー
電流比を有する共鳴トンネルダイオードを提供すること
にある。
ルギー帯の湾曲による共鳴状態のぼやけに伴い、必ずし
も電流のピーク対バレー比は向上しないという問題があ
った。本発明の目的はこの様な問題点を解消し、負性抵
抗を示す閾値電圧が小さく、かつ良好なピーク対バレー
電流比を有する共鳴トンネルダイオードを提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、正孔の基底サ
ブバンドが形成される第１のノンドープ半導体層を挟ん
で、該第１の半導体層より電子親和度とバンドギャップ
の和が大きく正孔がトンネル効果で通過できる厚さを有
するノンドープの第２の半導体層が形成され、該第２の
半導体層の前記第１の半導体層と反対側に前記第１の半
導体層より電子親和度とバンドギャップの和が大きく、
また前記第２の半導体層より電子親和度とバンドギャッ
プの和が小さい少なくとも一層のＰ形層を含む第３の半
導体層が形成され、該第３の半導体層のＰ形層にそれぞ
れオーム性接触する電極が形成されると共に、前記正孔
の基底サブバンドは前記第３の半導体層の価電子帯上端
より正孔に対するエネルギーが高くなっていることを特
徴とする共鳴トンネルダイオードである。
ブバンドが形成される第１のノンドープ半導体層を挟ん
で、該第１の半導体層より電子親和度とバンドギャップ
の和が大きく正孔がトンネル効果で通過できる厚さを有
するノンドープの第２の半導体層が形成され、該第２の
半導体層の前記第１の半導体層と反対側に前記第１の半
導体層より電子親和度とバンドギャップの和が大きく、
また前記第２の半導体層より電子親和度とバンドギャッ
プの和が小さい少なくとも一層のＰ形層を含む第３の半
導体層が形成され、該第３の半導体層のＰ形層にそれぞ
れオーム性接触する電極が形成されると共に、前記正孔
の基底サブバンドは前記第３の半導体層の価電子帯上端
より正孔に対するエネルギーが高くなっていることを特
徴とする共鳴トンネルダイオードである。
【０００９】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。図１は本発明
による共鳴トンネル・ダイオードの基本構造断面図で、
図２（ａ），（ｂ）は対応する価電子帯のエネルギー帯
図である。図において１１はノンドープＧａＡｓ量子井
戸層、１２，１２’はノンドープＡｌx Ｇａ1 - x Ａｓ
障壁層、１３，１３’はＰ形Ａｌy Ｇａ1 - y で９はＰ
+ ＧａＡｓ基板、１０，１０’はオーミック電極であ
る。ノンドープＡｌx Ｇａ1 - x Ａｓ障壁層１２，１
２’及びＰ形Ａｌy Ｇａ1 - y 層１３，１３’のｘ及び
ｙは図２（ａ）のエネルギー帯図が実現されるように選
ばれている。
による共鳴トンネル・ダイオードの基本構造断面図で、
図２（ａ），（ｂ）は対応する価電子帯のエネルギー帯
図である。図において１１はノンドープＧａＡｓ量子井
戸層、１２，１２’はノンドープＡｌx Ｇａ1 - x Ａｓ
障壁層、１３，１３’はＰ形Ａｌy Ｇａ1 - y で９はＰ
+ ＧａＡｓ基板、１０，１０’はオーミック電極であ
る。ノンドープＡｌx Ｇａ1 - x Ａｓ障壁層１２，１
２’及びＰ形Ａｌy Ｇａ1 - y 層１３，１３’のｘ及び
ｙは図２（ａ）のエネルギー帯図が実現されるように選
ばれている。
【００１０】量子井戸層１１の価電子帯上端のエネルギ
ーを障壁層両側のＰ形層１３，１３’より大きくするこ
とによって、共鳴準位の基底準位Ｅ1 ’を上げることが
でき、従って、図２（ｂ）の様に、極めて小さい印加電
圧で正孔の共鳴トンネルが生じることになる。この場
合、基底準位Ｅ1 ’は重い正孔に対する準位である。
ーを障壁層両側のＰ形層１３，１３’より大きくするこ
とによって、共鳴準位の基底準位Ｅ1 ’を上げることが
でき、従って、図２（ｂ）の様に、極めて小さい印加電
圧で正孔の共鳴トンネルが生じることになる。この場
合、基底準位Ｅ1 ’は重い正孔に対する準位である。
【００１１】
【実施例】本発明による共鳴トンネル・ダイオードの実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００１２】図３は本発明による共鳴トンネル・ダイオ
ードの実施例の構造断面図で、以下の様にして作製され
る。
ードの実施例の構造断面図で、以下の様にして作製され
る。
【００１３】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板８９上に例え
ばＭＢＥにより不純物濃度１×１０19ｃｍ-3のＰ+−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層８５を０．５μｍ、不純
物濃度１×１０18ｃｍ-3のＰ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層８
４を０．１μｍ、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9スペーサ層
８３を５０オングストローム、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ａｓ障壁層８２を３０オングストローム、ノンドー
プＧａＡｓ量子井戸層８１を５０オングストローム、ノ
ンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ障壁層８２’を３０オング
ストローム、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓスペーサ層
８３’を５０オングストローム、不純物濃度１×１０18
ｃｍ-3のＰ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層８４’を０．１μ
ｍ、さらに不純物濃度１×１０19ｃｍ-3のＰ+−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層８５’を０．１μｍ順次成長
する。次にダイオード領域以外の成長層をＰ+−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層８５表面が露出するまでエッ
チング除去し、最後に通常の方法でオーミック電極１
０、１０’を形成して図３に示した共鳴トンネルダイオ
ードが得られる。
ばＭＢＥにより不純物濃度１×１０19ｃｍ-3のＰ+−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層８５を０．５μｍ、不純
物濃度１×１０18ｃｍ-3のＰ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層８
４を０．１μｍ、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9スペーサ層
８３を５０オングストローム、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ａｓ障壁層８２を３０オングストローム、ノンドー
プＧａＡｓ量子井戸層８１を５０オングストローム、ノ
ンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ障壁層８２’を３０オング
ストローム、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓスペーサ層
８３’を５０オングストローム、不純物濃度１×１０18
ｃｍ-3のＰ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ層８４’を０．１μ
ｍ、さらに不純物濃度１×１０19ｃｍ-3のＰ+−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層８５’を０．１μｍ順次成長
する。次にダイオード領域以外の成長層をＰ+−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ａｓコンタクト層８５表面が露出するまでエッ
チング除去し、最後に通常の方法でオーミック電極１
０、１０’を形成して図３に示した共鳴トンネルダイオ
ードが得られる。
【００１４】本実施例の素子では共鳴トンネルを起こさ
せるのに必要な閾値電圧が十分小さくなり、図４の電流
−電圧特性図に示すように、大きなピーク対バレー比を
有する負性抵抗特性が得られる。
せるのに必要な閾値電圧が十分小さくなり、図４の電流
−電圧特性図に示すように、大きなピーク対バレー比を
有する負性抵抗特性が得られる。
【００１５】以上の実施例ではＡｌx Ｇａ1 - x Ａｓ／
ＧａＡｓの系を用いて本発明の共鳴トンネル・ダイオー
ドを実現したが、この材料系に限られることはなく、他
の組み合わせでも本発明の共鳴トンネル・ダイオードが
得られる。
ＧａＡｓの系を用いて本発明の共鳴トンネル・ダイオー
ドを実現したが、この材料系に限られることはなく、他
の組み合わせでも本発明の共鳴トンネル・ダイオードが
得られる。
【００１６】
【発明の効果】以上の詳細な説明から明らかなように、
本発明によれば負性抵抗を示す閾値電圧が小さく、かつ
電流−電圧特性において、電流値の良好なピーク対バレ
ー比を有する共鳴トンネル・ダイオードが実現でき、今
後の通信・情報技術に寄与するところがきわめて大であ
る。
本発明によれば負性抵抗を示す閾値電圧が小さく、かつ
電流−電圧特性において、電流値の良好なピーク対バレ
ー比を有する共鳴トンネル・ダイオードが実現でき、今
後の通信・情報技術に寄与するところがきわめて大であ
る。
【図１】本発明の共鳴トンネル・ダイオードの基本構造
断面図。
断面図。
【図２】本発明の構造のエネルギー帯図。
【図３】本発明の実施例の構造断面図。
【図４】本発明の素子の電流−電圧特性図。
【図５】従来の共鳴トンネル・ダイオードの構造断面
図。
図。
【図６】従来の構造のエネルギー帯図。
【図７】従来の素子の電流−電圧特性図。
９ Ｐ+ −ＧａＡｓ基板 １０，１０’ オーミック電極 １１，８１，９１ ノンドープＧａＡｓ層 ９３，９３’ Ｎ−ＧａＡｓ層 １２，１２’，８２，８２’，８３，８３’，９２，９
２’ ノンドープＡｌＧａＡｓ層 １３，１３’ Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 ８４，８４’ Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 ８５，８５’ Ｐ+ −ＡｌＧａＡｓ層 ８９ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ９９ Ｎ+ −ＧａＡｓ基板
２’ ノンドープＡｌＧａＡｓ層 １３，１３’ Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 ８４，８４’ Ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 ８５，８５’ Ｐ+ −ＡｌＧａＡｓ層 ８９ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ９９ Ｎ+ −ＧａＡｓ基板
Claims (1)
- 【請求項１】正孔の基底サブバンドが形成される第１の
ノンドープ半導体層を挟んで、該第１の半導体層より電
子親和度とバンドギャップの和が大きく正孔がトンネル
効果で通過できる厚さを有するノンドープの第２の半導
体層が形成され、該第２の半導体層の前記第１の半導体
層と反対側に前記第１の半導体層より電子親和度とバン
ドギャップの和が大きく、また前記第２の半導体層より
電子親和度とバンドギャップの和が小さい少なくとも一
層のＰ形層を含む第３の半導体層が形成され、該第３の
半導体層のＰ形層にそれぞれオーム性接触する電極が形
成されると共に、前記正孔の基底サブバンドは前記第３
の半導体層の価電子帯上端より正孔に対するエネルギー
が高くなっていることを特徴とする共鳴トンネルダイオ
ード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5246924A JP2518160B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 共鳴トンネル・ダイオ―ド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5246924A JP2518160B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 共鳴トンネル・ダイオ―ド |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61138843A Division JPH0642553B2 (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | 共鳴トンネル・ダイオ−ド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302837A JPH06302837A (ja) | 1994-10-28 |
| JP2518160B2 true JP2518160B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=17155786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5246924A Expired - Lifetime JP2518160B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 共鳴トンネル・ダイオ―ド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2518160B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154665A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPH0834213B2 (ja) * | 1986-03-18 | 1996-03-29 | 富士通株式会社 | 共鳴トンネル半導体装置 |
-
1993
- 1993-10-01 JP JP5246924A patent/JP2518160B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06302837A (ja) | 1994-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960319 |