JP2843271B2

JP2843271B2 - 共鳴トンネリング光電素子

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Publication number: JP2843271B2
Application number: JP6280997A
Authority: JP
Inventors: 惠容秋; 炳雲朴; 宣圭韓; 永完崔; 敬玉金
Original assignee: KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUIN
Current assignee: KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUIN
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: KR970011140B1; US5446293A; KR950021821A; JPH07202247A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共鳴トンネリング（Ｒ
ｅｓｏｎａｎｔＴｕｎｎｅｌｉｎｇ）現象を利用した
超高速の光電素子（Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｄｅｖｉｃｅ）に関し、特に、共鳴トンネリングダイオ
ードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】既存の半導体産業は、リソグラフィー
（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術の発達に依存して、半
導体素子の大きさを縮めることにより、高集積化がなさ
れてきた。

【０００３】しかしながら、半導体素子の線幅が、電子
の平均自由行程（ｍｅａｎｆｒｅｅｐａｔｈ：電子
が衝突する平均距離）以下に縮まる場合、既存の電気回
路理論では説明することのできない量子現象が現われ、
これが障害となる。

【０００４】それゆえに、半導体素子のさらなる高速化
および高集積化が達成されるためには、既存の半導体技
術では障害となっていた量子現象を、意図的に利用した
新たな半導体素子や回路の開発が要求される。

【０００５】上記量子現象の一つとして、共鳴トンネリ
ング現象がある。共鳴トンネリング現象は、２つのポテ
ンシャル障壁をもつ量子井戸構造において、共鳴トンネ
ル効果によって、電子が、１０^-12秒以下の超高速で障
壁を通過して流れる現象である。共鳴トンネリング現象
を利用した半導体素子は、高速素子としての応用できる
可能性があるため、これに対する多くの研究がなされて
いる。

【０００６】図１、図２、図３を用いて、共鳴トンネリ
ングダイオードの構成と動作について説明する。

【０００７】一般的な共鳴トンネリングダイオードは、
図１のように、ノンドープの２重障壁量子井戸構造層１
３を、コレクタを兼ねるｎ型のコンタクト層１２と、エ
ミッタを兼ねるｎ型のバッファ層１４とで挾んだ構成で
ある。コレクタを兼ねるコンタクト層１２の上には、コ
レクタ電極１１が備えられ、エミッタを兼ねるバッファ
層１４には、エミッタ電極１５が配置されている。

【０００８】このような共鳴トンネリングダイオード
に、図２のように、抵抗１６を接続して電圧を印加する
と、図３のように、印加した電圧が増加しても、共鳴ト
ンネリングダイオードに流れる電流が減少する負抵抗
（ｎｅｇａｔｉｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｒｅ
ｓｉｓｔａｎｃｅ）特性がある。例えば、図３におい
て、電圧が０．１から０．２５Ｖの範囲では、流れる電
流が急激に増加するが、電圧が０．２５Ｖ以上になる
と、電流は急激に減少する。また、電圧が、０．４Ｖ以
上になると、電流は、再び急激に増加する。この電流電
圧曲線において、ピークは、０．２５Ｖ付近にある。そ
して、負抵抗特性は、０．２５から０．４Ｖ付近に存在
する。

【０００９】共鳴トンネリング現象を利用したダイオー
ドやトランジスターは、この負抵抗特性により、任意の
負荷線（Ｌ／Ｒ_L）に対して、Ｖの電圧を印加したと
き、二つの安定した性質（図３のａ、ｂ）を示す双安定
特性を有する。

【００１０】特に、この双安定特性はメモリ素子や論理
回路、高周波振動素子等に応用されるので、このような
研究は既に世界的に多く行われてきた。

【００１１】一方、現在、最も多く用いられる光検出器
（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）や光伝導体（ｐｈｏｔ
ｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は、ｐ−ｉ−ｎダイオードやｐ
−ｎ接合ダイオードである。

【００１２】図４は、ｐ−ｉ−ｎダイオードの一般的な
構造を示したものである。図４に図示されるように、ｐ
−ｉ−ｎダイオードのｐ型領域は、電圧Ｖ_Rのソース端
子に接続され、ｎ型領域は、抵抗Ｒ_Lを介してグランド
に接続される。このように逆方向バイアス（ｒｅｖｅｒ
ｓｅｂｉａｓ）をかけた状態のｐ−ｉ−ｎダイオードに
光を照射すると、図５のように、電子−正孔対（ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ−ｈｏｌｅｐａｉｒｓ）が生成される。

【００１３】この電子−正孔対は、ｐ−ｉ−ｎダイオー
ドの半導体に吸収された光によって生成される。電子−
正孔対は、印加した電圧により、図５のように、電子と
正孔とに分離されて、ダイオードの内部を流れる。この
結果、ダイオードの内部に電流が流れ、ダイオードが動
作する。

【００１４】このようなｐ−ｉ−ｎダイオードは、逆方
向バイアス下にて動作される。図６に、ｐ−ｉ−ｎダイ
オードの電流−電圧特性を示す。図６において、破線で
示された曲線は、ｐ−ｉ−ｎダイオードに、光を照射し
ていない時（ｈν＝０：ｈはプランク定数、νは、光の
周波数を表す）の、電流−電圧特性を表す。また、実線
で示された曲線は、光を照射している時（ｈν＞０）の
電流−電圧特性である。

【００１５】図６の電流−電圧特性図において、暗電流
（ｄａｒｋｃｕｒｒｅｎｔ）は、約数ｐＡ〜ｎＡであ
り、光電流（ｐｈｏｔｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ）は数十μＡ
以内になる。それ故に、周辺回路を駆動するには、ダイ
オードからの電流信号を、増幅器を通じて増幅する必要
がある。

【００１６】従来からよく知られているように、光検出
器や光伝導体のような光電素子の特性を決定する要素
は、量子効率（ｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃ
ｙ）あるいは利得（ｇａｉｎ）、反応時間（ｒｅｓｐｏ
ｎｓｅｔｉｍｅ）、敏感性（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔ
ｙ）あるいは検出度（ｄｅｔｅｃｔｉｖｉｔｙ）であ
る。これらの要素は、半導体に光が吸収されたとき生成
されるキャリヤー（ｃａｒｒｉｅｒ）の生成比（ｇｅｎ
ｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ，Ｇ）、即ち電子−正孔対の
生成比（Ｇ）により決定される。

【００１７】上記にように、ｐ−ｉ−ｎダイオードを利
用した光検出器や光伝導体は、量子現象を利用したもの
より速度が落ちるという問題点があった。

【００１８】一方、多層量子井戸構造（ｍｕｌｔｉｑｕ
ａｎｔｕｍｗｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）における
電子の輸送現象を利用した光電素子は、その構造が複雑
で、再現性がある成長が難しく、素子の製作過程が複雑
で、利得率が少ない問題点があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、共鳴
トンネリング効果を用いた素子であって、光によって動
作を制御することのできる素子を提供することにある。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に成長された緩衝層およびその上に二重に成長された第
１および第２間隔層と、非共鳴トンネリング電流を減ら
すために第２間隔層上に対称的に成長された二重の量子
障壁と、共鳴トンネリング電流量を増加させるために二
重の量子障壁の間に成長された量子ウエルと、電圧を印
加したとき空乏層の長さを長くして光照射による電圧降
下をもっと大きくするために上記量子障壁上に成長され
た第３間隔層と、照射された光が表面にて吸収されなく
光の大部分が空乏層にて吸収されるようにするために第
３間隔層上に３重に成長された第１乃至第３窓層から構
成されたことを特徴とする共鳴トンネリング光電素子が
提供される。

【００２４】この共鳴トンネリング光電素子において、
照射される光が無い場合印加する電圧が増加しても電流
が減少する負抵抗特性を有する共鳴トンネリングダイオ
ードに動作するようにしてもよい。

【００２５】また、空乏層にバンドギャップより大きい
エナージーを有する光を照射する場合電子−正孔対が生
成され、外部から電圧が印加されると電子は速やかに量
子障壁を通過して移動し、正孔は空乏層の障壁前に蓄積
されてピーク電圧が光を照射する以前より低い電圧に移
動するようにしてもよい。

【００２６】さらに、光が照射される以前には非共鳴ト
ンネリング電流が流れるが、光が照射すれば共鳴トンネ
リング電流が光により制御され電流量が約１０倍以上増
加するようにしてもよい。

【００２７】また本発明によれば、ｎ型ＧａＡｓ基板上
に、ドーピングされたＧａＡｓを緩衝層として成長させ
緩衝層上にドーピングされたＧａＡｓとドーピングされ
ていないＧａＡｓを所定厚さずつ成長させて第１および
第２間隔層を形成する第２工程と、第２間隔層上に障壁
の高さが高いＡｌＡｓを対称的に所定厚さずつ成長させ
二重の量子障壁を形成して上記量子障壁の間にＩｎ_0.2
Ｇａ_0.8Ａｓの比率で量子ウエルを成長させる第２工程
と、上記二重障壁量子ウエル構造上にドーピングされて
いないＧａＡｓを所定厚さに成長させて第３間隔層を形
成する第３工程と、第３間隔層上にバンドギャップが大
きい物質を所定厚さずつ３重に成長させて第１乃至第３
窓層を形成する第４工程から構成されたことを特徴とす
る共鳴トンネリング光電素子の製造方法が提供される。

【００２８】本方法において、上記第１工程は基板上に
２×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングされたｎ⁺型ＧａＡｓを１
０，０００オングストローム成長させて、その上に４×
１０¹⁷ｃｍ^-3ドーピングされたｎ型ＧａＡｓとドーピン
グされていないＧａＡｓを各５００オングストローム、
１００オングストロームずつ成長させるようにしてもよ
い。

【００２９】また、上記第２工程は第２間隔層上にＡｌ
Ａｓを対照的に２８オングストローム厚さずつ成長させ
て、その間にＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓを４５オングストロー
ム成長させ二重障壁量子ウエル構造を形成するようにし
てもよい。

【００３０】さらに、上記第３工程は量子障壁上にドー
ピングされていないＧａＡｓを５００オングストローム
厚さに成長させるようにしてもよい。

【００３１】また、上記第４工程は第３間隔層から１×
１０¹⁶ｃｍ^-3から２×１０¹⁸ｃｍ^-3へ漸進的にドーピン
グされたｎ型ＧａＡｓを５００オングストローム成長さ
せて、その上に２×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングされたＧａ
ＡｓをＡｌの含量を４０％まで漸進的に増加させながら
５００オングストローム厚さに成長させ、その上に２×
１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングされたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓを５
０００オングストローム成長させるようにしてもよい。

【００３２】さらに本発明によれば、２以上の障壁を備
えた量子井戸構造と、前記量子井戸構造に電圧を印加す
るための一対の電極と、前記障壁と前記一対の電極との
間に配置された、前記障壁よりもバンドギャップの小さ
い間隔層とを有し、前記電極のうち、相対的に低い電圧
を印加される電極側の前記間隔層に光を照射するため
に、窓部を備えたことを特徴とする共鳴トンネリング光
電素子が提供される。

【００３３】この素子において、前記窓部は、好ましく
は、前記低い電圧を印加される電極に設けられた開口部
であってよい。

【００３４】また、好ましくは、前記窓部と、前記低い
電圧を印加される電極側の間隔層との間には、該間隔層
よりもバンドギャップの広い材料で形成された窓層を設
けてもよい。

【００３５】また、前記窓層は、複数層からなり、前記
窓層のうち、前記間隔層に接する層のバンドギャップ
は、前記窓部に接する層のバンドギャップよりも小さい
ものであってもよい。

【００３６】さらに、前記窓層は、複数層からなり、前
記窓層のうち、前記窓部に接する層は、前記間隔層に接
する層よりも、高濃度にドーピングされているものであ
ってもよい。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明すれば次の通りである。

【００３８】本発明の共鳴トンネリング光電素子は、光
を照射して、電子と正孔とを生成し、正孔が障壁前に蓄
積される現象を生じさせて、二重障壁量子井戸構造に電
圧降下を誘導する。これにより、素子の電流−電圧特性
のピーク（ｐｅａｋ）が、電圧軸の方向についてシフト
する、という新たな原理によって動作するものである。

【００３９】本実施例の共鳴トンネリング光電素子は、
図９、図１０に示すように、ｎ⁺型ＧａＡｓ基板６０の
一部分の上に、緩衝層１、間隔層５０、量子井戸構造層
４０、間隔層６、窓層３０を順に積層した積層体を備え
ている。また、基板６０の上には、図１０のように、エ
ミッタ電極２２が配置されている。また、窓層３０の上
には、コレクタ電極２１が設けられている。コレクタ電
極２１は、窓層３０の上面の周辺部に配置されている。
これは、窓層３０の中央部を開口部にし、この開口部を
窓部７０として、窓層３０を介して、量子井戸構造層４
０に光を照射するためである。

【００４０】間隔層５０は、第１の間隔層２、第２の間
隔層３の２層からなる。窓層３０は、第１の窓層７、第
２の窓層８、第３の窓層９の３層からなる。

【００４１】量子井戸構造層４０は、第１の量子障壁層
４と、第２の量子障壁層１０と、これらの間に挾まれた
量子井戸層５とからなる。

【００４２】ここで、基板６０、緩衝層１、および、間
隔層５０は、エミッタを兼ねる。また、間隔層６および
窓層３０は、コレクタを兼ねる。

【００４３】また、間隔層６と窓層７は、空乏領域を形
成する。

【００４４】上記構造の共鳴トンネリング光電素子の製
造工程を説明すれば次の通りである。

【００４５】先ず、ｎ⁺型ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基
板上に緩衝層１を形成するために２×１０¹⁸ｃｍ^-3ドー
ピングされたｎ⁺型ＧａＡｓを１０，０００オングスト
ローム（以下、Ａと記す）厚さに成長させる。

【００４６】上記緩衝層１上に、間隔層２，３を成長す
るために４×１０¹⁷ｃｍ^-3ドーピングされたｎ型ＧａＡ
ｓを５００Ａ、ドーピングされていないＧａＡｓを１０
０Ａ厚さに成長させる。

【００４７】上記間隔層３上に形成する二重障壁量子井
戸構造４０は、非共鳴トンネリング電流を減らすため
に、障壁の高さが高いドーピングされていないＡｌＡｓ
（アルミニウム砒素）を量子障壁層４、１０として対称
的に２８Ａの厚さに成長させる。

【００４８】上記量子障壁層４の間に位置した量子井戸
層５は、電流量を増加させるためにドーピングされてい
ないＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの比率で４５Ａを成長させる。

【００４９】上記二重障壁量子井戸構造４，５，１０上
に成長される間隔層６は、電圧を印加したとき、空乏領
域の長さを長くして光照射による電圧降下効果をさらに
大きくするためにドーピングされていないＧａＡｓを５
００Ａの厚さに成長させる。

【００５０】そして、照射された光が、表面で吸収され
ることなく、入射した光の大部分が空乏領域（間隔層
６、窓層７）に吸収されるように、バンドギャップが大
きい物質を利用して窓（ｗｉｎｄｏｗ）層７，８，９を
成長させる。また、窓層７、８、９は、抵抗性接触を形
成するように構成する。この時、窓層９と間隔層６との
間のバンドギャップの変化を減少させるために、ドーピ
ング量を徐々に増加させた窓層７と、バンドギャップを
徐々に広くした窓層８とを形成する。

【００５１】即ち、間隔層６から１×１０¹⁶ｃｍ^-3から
２×１０¹⁸ｃｍ^-3に、漸進的にドーピングされたｎ型Ｇ
ａＡｓを５００Ａ厚さに成長させて窓層７を形成し、２
×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングされたＧａＡｓにＡｌの含量
を０％から４０％まで漸進的に増加させて窓層８を５０
０Ａ厚さに成長させる。

【００５２】その上に２×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングされ
たＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓを５０００Ａ厚さに成長させて窓
層９を形成する。

【００５３】このように、窓層３０を３層構造にするこ
とにより、高濃度のドーピングによる抵抗性接触を容易
に形成することができるとともに、バンドギャップが、
間隔層６よりも約０．５ｅＶ以上大きい物質で窓層９を
形成できる。窓層９のバンドギャップよりエネルギが小
さく、間隔層６のバンドキャップよりエネルギが大きい
光を照射することにより、入射した光の大部分が、空乏
領域（間隔層６と窓層７）に吸収される。

【００５４】最後に、基板６０上の一部にエミッタ電極
２２を形成し、窓層９上に部分的にコレクタ電極２１を
形成する。

【００５５】本実施例の共鳴トンネリング光電素子の動
作原理および電流−電圧特性を以下に説明する。

【００５６】図７（ａ）、（ｂ）は、本実施例の共鳴ト
ンネリングデバイスのバンドダイアグラムである。

【００５７】図７（ａ）は、電圧が印加されていない場
合の、本実施例の共鳴トンネリングデバイスのバンドダ
イアグラムである。

【００５８】図７（ｂ）は、逆バイアスを印加した場合
の、本実施例の共鳴トンネリングデバイスのバンドダイ
アグラムである。また、図７（ｂ）において、破線は、
共鳴トンネリングデバイスに光を照射していないとき
の、バンドダイアグラムである。実線は、光を照射して
いるときのバンドダイアグラムである。

【００５９】照射される光がない場合、本実施例の共鳴
トンネリング光電素子は、図１、図２、図３に図示した
ような一般的な共鳴トンネリングダイオードと同様の特
性で動作することになる。

【００６０】即ち、逆バイアスを印加すると共鳴トンネ
ル効果によって、超高速で電子が障壁を通過してながれ
る。このとき、印加する電圧が増加しても素子に流れる
電流が減少する負抵抗特性を有する。したがって、一つ
の負荷線に対して二つの安定した性質を有する双安定特
性で動作する。

【００６１】一方、このような電気的な特性を有する共
鳴トンネリングダイオードに、窓層３０を通して、空乏
領域（間隔層６と窓層７、ｄｅｐｌｅｔｉｏｎｒｅｇ
ｉｏｎ）に、バンドギャップ（ｂａｎｄｇａｐ）より
大きいエナージーを有する光を照射すると、電子−正孔
対が生成される（図７（ｂ）参照）。

【００６２】このとき外部から電圧が印加されているの
で、生成された電子は、正孔と分離され、軽い質量に因
り、共鳴トンネル効果によって速やかに障壁を通過して
コレクタ側に移動する。一方、正孔は、第２の量子障壁
層１０の前に蓄積される。その結果、二重障壁量子井戸
構造４０の電位分布（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｉｏｎ）が、図７（ｂ）の破線のように変化す
る。これにより、共鳴トンネリング光電素子の電流−電
圧特性曲線が、図８に示したように、低電圧方向に電圧
軸にそって移動する。図８において、破線は、光照射の
ないときの電流−電圧特性曲線である。実線は、光を照
射した場合の電流−電圧特性曲線である。

【００６３】図８からわかるように、本実施例の共鳴ト
ンネリング光電素子の電流−電圧特性曲線の負抵抗特性
において、即ちピーク（ｐｅａｋ）電流とバレー（ｖａ
ｌｌｅｙ，曲点）電流の大きさ、ピーク対バレー電流の
比、ピーク電圧とバレー電圧の差等は、光の照射がある
かないかによっては、殆ど変わらない。しかし、ピーク
電圧は、光の照射する前より、照射後の方が低い電圧に
移動する。

【００６４】この電流−電圧特性の移動量は、照射する
光の強さと波長とに依存する。また、空乏領域（間隔層
６、窓層７）のバンドギャップより大きいエネルギの光
であれば、どのような光に対しても上述のような反応を
するので、非常に広い波長帯の光を用いることができ
る。

【００６５】このように光に対して電流−電圧特性が変
化する現象を利用することにより、本実施例の共鳴トン
ネリング光電素子は、特定電圧において、光によって電
流量が大きく変化するスイッチングする素子の製作が可
能である。具体的には、図８に示したように、特定の電
圧Ｖ_xにおいて、光の照射がある場合、大きな電流Ｉ_x2
が流れるが、光の照射がない場合には、非共鳴トンネリ
ング電流である小さな電流Ｉ_x1しか流れない。同様に、
特定の電圧Ｖ_yにおいて、光の照射がある場合には、非
共鳴トンネリング電流である小さなＩ_x1しか流れない
が、光の照射がない場合には、共鳴トンネリング電流で
ある大電流Ｉ_yが流れる。

【００６６】上記のような構造を有する本発明の共鳴ト
ンネリング光電素子と、従来のｐ−ｉ−ｎダイオードの
動作原理を比較して見ると大きく２つの相違点がある。

【００６７】第１、ｐ−ｉ−ｎダイオードは光により生
成された電子−正孔対が印加した電圧により分離されて
流れるので、電流量が変化される。

【００６８】これに反して、本発明の共鳴トンネリング
光電素子は、光により生成された電子−正孔対が、印加
した電圧により分離され、電子は流れ出て、正孔は障壁
側に蓄積されるので、二重障壁量子井戸構造の電圧降下
を誘導する。したがって、本発明の共鳴トンネリング光
電素子は、光の照射によって電圧特性が変化するという
特徴がある。

【００６９】第２、本発明の共鳴トンネリング光電素子
は、図８のように、特定の電圧において、光が照射され
ない場合には、非共鳴トンネリング電流が流れるが、光
が照射されると共鳴トンネリング効果により電流量が約
１０倍以上増加した共鳴トンネリング電流が流れる。

【００７０】このように、共鳴トンネリング電流が、光
により制御される特性を利用すると、二重障壁量子井戸
構造によって、ピーク電流が数ｍＡ〜数百ｍＡである高
電流が流れる。

【００７１】このため、本発明の共鳴トンネリング光電
素子は、ｐ−ｉ−ｎダイオードとは異なり、高電流の信
号を弱い光により変化させることができる。また、高電
流が流れるので、出力信号を増幅させなくても周辺装置
が駆動することができるので周辺回路を単純化させるこ
とができる効果を奏する。

【００７２】なお、本発明は、共鳴トンネリング光電素
子は、従来の光双安定性（ｏｐｔｉｃａｌｂｉｓｔａ
ｂｌｉｔｙ）を利用する多重量子ウエル構造の素子に比
べて簡単な構造と製作工程で光双安定性の特性が得られ
る。

【００７３】上述の本実施例の共鳴トンネリング光電素
子は、コレクタ電極２１に窓部７０を設け、コレクタ電
極２１側の間隔層６に、光を照射する構成にしたことに
より、光の照射によって、電流電圧特性の変化する光電
素子を提供することができる。また、窓部７０と間隔層
９との間に、窓層３０を設けることにより、間隔層６の
上面における光の反射を減少させることができるため、
効果的に、光を間隔層６に入射させることが可能にな
る。さらに、窓層３０を３層構造にすることにより、間
隔層６と窓層３０との間におけるバンドギャップの急激
な変化を防ぐことができるので、製造が容易になる。ま
た、窓層３０の最上の窓層９を高濃度ドーピングにする
ことができるので、コレクタ電極との抵抗性接触を容易
に構成できる。

【００７４】図９、図１０に記載した本発明の共鳴トン
ネリング光電素子では、間隔層６上の窓層３０を備えて
いるが、間隔層６に光が照射できる構造であれば、必ず
しも窓層３０を備えている必要はない。また、図９、図
１０では、窓層３０を３層構造にしたが、窓層３０は、
３層構造に限定されるものではない。窓層３０は、間隔
層６よりもバンドギャップが大きい材料で構成されてい
れば、単層構造であっても、４層以上の多層構造であっ
てもよい。

【００７５】本発明の共鳴トンネリング光電素子は、光
の照射によって、共鳴トンネル効果による電流電圧特性
曲線が、電圧軸に方向に沿ってシフトすることを利用し
た様々な素子に応用できる。例えば、スイッチング素子
として用いることができる。上述してきたように、本発
明によれば、共鳴トンネリング効果を用いた素子であっ
て、光によって動作を制御することのできる素子を提供
することができる。また、スイッチ素子のように、素子
に光を照射することによって超高速の電子輸送現象を制
御することができる共鳴トンネリング光電素子およびそ
の製作方法を提供することができる。また、量子現象を
利用することによって、増幅なしで周辺装置を駆動させ
ることのできる共鳴トンネリング光電素子およびその製
作方法を提供することができる。さらに、最も簡単な構
造の、共鳴トンネリング現象を利用した光電素子および
その製作方法を提供することができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、素子に光を照射するこ
とによって超高速の電子輸送現象を制御することができ
る共鳴トンネリング光電素子およびその製作方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の共鳴トンネリングダイオードの構成を示
す説明図。

【図２】図１のダイオードを動作させる場合の回路図。

【図３】図１のダイオードの電流電圧特性を示すグラ
フ。

【図４】従来のｐ−ｉ−ｎダイオードの構成を示す説明
図。

【図５】従来のｐ−ｉ−ｎダイオードの動作原理を示す
説明図。

【図６】従来のｐ−ｉ−ｎダイオードの電流電圧特性を
示すグラフ。

【図７】（ａ）本発明の一実施例の共鳴トンネリング光
電素子の電圧を印加していない場合のポテンシャルを示
す説明図。（ｂ）本発明の一実施例の共鳴トンネリング光電素子の
電圧を印加している場合のポテンシャルを示す説明図。

【図８】本発明の一実施例の共鳴トンネリング光電素子
の電流電圧特性を示すグラフ。

【図９】本発明の一実施例の共鳴トンネリング光電素子
の層構成を示す斜視図。

【図１０】本発明の一実施例の共鳴トンネリング光電素
子の側面図。

【符号の説明】

１…緩衝層、２，３，６…間隔層、４、１０…量子障壁
層、５…量子井戸層、７，８，９…窓層、２１…コレク
タ電極、２２…エミッタ電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者崔永完大韓民国大田直轄市中区太平洞三富アパート22−62 (72)発明者金敬玉大韓民国大田直轄市中区太平洞三富アパート22−67 (56)参考文献特開平２−184083（ＪＰ，Ａ) 特開平２−37781（ＪＰ，Ａ) 特開平１−124269（ＪＰ，Ａ) ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．55，Ｎｏ．17, ｐ．1777−1779（1989) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 31/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ⁺型のＧａＡｓ基板と、前記基板上に形成されたｎ⁺型のＧａＡｓ緩衝層と、前記緩衝層上に続けて形成された、第１および第２の間
隔層からなる下部間隔層と、非共鳴トンネル電流を減少させるために、前記第２の間
隔層の上に形成された二重障壁量子井戸構造と、外部電圧の印加時に光照射を受けた場合に、内部の電圧
降下を起こすために、前記二重障壁量子井戸構造の上に
形成された上部間隔層と、照射された光が上部表面によって吸収されるのを防止
し、前記光を前記上部間隔層に吸収させるために、前記
上部間隔層上に形成された複数層からなる窓層とを有
し、前記二重障壁量子井戸構造は、二重の障壁として機能す
る第１および第２の障壁と、共鳴トンネリング電流量を
増加させるために、前記第１および第２の障壁の間に形
成された量子井戸とを備えることを特徴とする共鳴トン
ネリング光電素子。
【請求項２】請求項１において、光照射を受けない場合
に、電圧が増加しても電流が減少する負性抵抗特性を有
する共鳴トンネリングダイオードとして動作するように
構成されていることを特徴とする共鳴トンネリング光電
素子。
【請求項３】請求項２において、光照射を受ける前に
は、非共鳴トンネリング電流が流れ、光照射を受けた後
には、前記非共鳴トンネリング電流よりも大きな共鳴ト
ンネリング電流が流れることを特徴とする共鳴トンネリ
ング光電素子。
【請求項４】請求項１において、前記上部間隔層にバン
ドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射された場
合、電子正孔対が生成され、印加されている外部電圧に
より、電子が移動し、正孔が、前記上部間隔層のうち前
記量子井戸構造の手前の部分に蓄積されることにより、
光の照射を受けた場合のピーク電圧が、光の照射を受け
ていない場合のピーク電圧よりも低い電圧にシフトする
ことを特徴とする共鳴トンネリング光電素子。