JP3000476B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/146—Superlattices; Multiple quantum well structures
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 共鳴トンネリング・ホット・エレクトロン・トランジ
スタなど共鳴トンネリング・バリヤ構造をもつ半導体装
置の改良に関し、 共鳴トンネリング・バリヤ構造を利用するデバイスで
ありながら、ベース電極を不要にすることで製造が容易
であるように、また、動作が確実であるようにすること
を目的とし、 第一の禁制帯をもつ第一の物質層A1及び第二の禁制帯
をもち第一の物質層A1に隣接する第二の物質層A2及び第
一の禁制帯をもち第二の物質層A2に隣接する第一の物質
層A3及び第三の禁制帯をもち第一の物質層A3に隣接する
第三の物質層A4及び第一の禁制帯をもち第三の物質層A4
に隣接する第一の物質層A5の各化合物半導体層が基板上
に設けられ、且つ、第一の物質層A1側或いは基板側に励
起光を入射させる為の窓が設けられてなり、第一の物質
層A1と第二の物質層A2とのヘテロ界面ではタイプIIに於
けるスタガード型のエネルギ・バンド構造をなし、且
つ、第二の物質層A2は電子に対しては障壁として、ま
た、正孔に対しては量子井戸として作用すること、第一
の物質層と第三の物質層とのヘテロ界面ではタイプＩの
エネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物質層A4は
電子及び正孔の両方に対して障壁として作用すること、
第一の物質層A1及びA5はｎ型の伝導を示すものであるこ
と、励起光が入射されて生成される電子及び正孔は空間
的に分離されて内部電界を発生しトンネル電流の制御を
行なうことを特徴とするよう構成する。
スタなど共鳴トンネリング・バリヤ構造をもつ半導体装
置の改良に関し、 共鳴トンネリング・バリヤ構造を利用するデバイスで
ありながら、ベース電極を不要にすることで製造が容易
であるように、また、動作が確実であるようにすること
を目的とし、 第一の禁制帯をもつ第一の物質層A1及び第二の禁制帯
をもち第一の物質層A1に隣接する第二の物質層A2及び第
一の禁制帯をもち第二の物質層A2に隣接する第一の物質
層A3及び第三の禁制帯をもち第一の物質層A3に隣接する
第三の物質層A4及び第一の禁制帯をもち第三の物質層A4
に隣接する第一の物質層A5の各化合物半導体層が基板上
に設けられ、且つ、第一の物質層A1側或いは基板側に励
起光を入射させる為の窓が設けられてなり、第一の物質
層A1と第二の物質層A2とのヘテロ界面ではタイプIIに於
けるスタガード型のエネルギ・バンド構造をなし、且
つ、第二の物質層A2は電子に対しては障壁として、ま
た、正孔に対しては量子井戸として作用すること、第一
の物質層と第三の物質層とのヘテロ界面ではタイプＩの
エネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物質層A4は
電子及び正孔の両方に対して障壁として作用すること、
第一の物質層A1及びA5はｎ型の伝導を示すものであるこ
と、励起光が入射されて生成される電子及び正孔は空間
的に分離されて内部電界を発生しトンネル電流の制御を
行なうことを特徴とするよう構成する。
本発明は、共鳴トンネリング・ホット・エレクトロン
・トランジスタ（resonant tunneling hot electron
transistor:RHET）など共鳴トンネリング・バリヤ構
造をもつ半導体装置の改良に関する。
・トランジスタ（resonant tunneling hot electron
transistor:RHET）など共鳴トンネリング・バリヤ構
造をもつ半導体装置の改良に関する。
現在、化合物半導体のヘテロ接合を利用する半導体装
置の研究・開発が盛んであり、なかでも、共鳴トンネリ
ング効果に依る負性抵抗特性を応用した共鳴トンネリン
グ・バリヤ構造をもつ高速の半導体装置が期待されてい
る。
置の研究・開発が盛んであり、なかでも、共鳴トンネリ
ング効果に依る負性抵抗特性を応用した共鳴トンネリン
グ・バリヤ構造をもつ高速の半導体装置が期待されてい
る。
現在、二重障壁共鳴トンネリング・ダイオードを三端
子構造にし、トンネル電流を微少な信号で制御する高速
半導体装置が実現されている。
子構造にし、トンネル電流を微少な信号で制御する高速
半導体装置が実現されている。
第10図は二重障壁トンネリング・ダイオードを三端子
構造にした半導体装置の要部切断側面図を表している。
構造にした半導体装置の要部切断側面図を表している。
図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はｎ型GaAsコ
レクタ層、３はAlGaAs障壁層、４はGaAs井戸層、５はAl
GaAs障壁層、６はｎ型GaAsエミッタ層、７は絶縁膜、８
はエミッタ電極、９はベース電極、10はコレクタ電極を
それぞれ示している。
レクタ層、３はAlGaAs障壁層、４はGaAs井戸層、５はAl
GaAs障壁層、６はｎ型GaAsエミッタ層、７は絶縁膜、８
はエミッタ電極、９はベース電極、10はコレクタ電極を
それぞれ示している。
この半導体装置に於いては、ベース電極９（負側）と
コレクタ電極10（正側）との間にバイアス電圧を印加し
た状態とし、そして、エミッタ電極８に対してベース電
極９に適当な正の電圧を印加し、エミッタ層６に於ける
電子のエネルギと井戸層４内に於ける共鳴準位を一致さ
せた場合（共鳴状態）には、電子はエミッタ層６から量
子井戸を介してコレクタ層２にトンネリングする。これ
に対し、前記ベース電極９に印加する電圧を変化させ
て、エミッタ層６に於ける電子のエネルギと井戸層４内
に於ける共鳴準位の一致を外した場合（非共鳴状態）に
は、エミッタ層６からコレクタ層２への電子のトンネリ
ングは起こらない。
コレクタ電極10（正側）との間にバイアス電圧を印加し
た状態とし、そして、エミッタ電極８に対してベース電
極９に適当な正の電圧を印加し、エミッタ層６に於ける
電子のエネルギと井戸層４内に於ける共鳴準位を一致さ
せた場合（共鳴状態）には、電子はエミッタ層６から量
子井戸を介してコレクタ層２にトンネリングする。これ
に対し、前記ベース電極９に印加する電圧を変化させ
て、エミッタ層６に於ける電子のエネルギと井戸層４内
に於ける共鳴準位の一致を外した場合（非共鳴状態）に
は、エミッタ層６からコレクタ層２への電子のトンネリ
ングは起こらない。
このように、ベース電極９に印加する電圧を選択する
ことで、トンネル電流を増減させるようにしている。
ことで、トンネル電流を増減させるようにしている。
現在、第10図に見られる三端子素子は、実験室段階で
実現されているものの、ラインに流して量産することは
不可能であり、実用には程遠い状態にある。
実現されているものの、ラインに流して量産することは
不可能であり、実用には程遠い状態にある。
その理由は、ベース電極９を設けた井戸層４が量子井
戸として作用する為には、その厚さは、通常、約100
〔Å〕以下にすることが必須であって、そのように薄い
半導体層に電極を形成するのは至難の技である。若し、
ベース電極９の突き抜けを生ずれば、ベース・コレクタ
間は当然に短絡状態となり、正常な動作はしない。
戸として作用する為には、その厚さは、通常、約100
〔Å〕以下にすることが必須であって、そのように薄い
半導体層に電極を形成するのは至難の技である。若し、
ベース電極９の突き抜けを生ずれば、ベース・コレクタ
間は当然に短絡状態となり、正常な動作はしない。
本発明は、共鳴トンネリング・バリヤ構造を利用する
デバイスでありながら、ベース電極を不要にすることで
製造が容易であるように、また、動作が確実であるよう
にしようとする。
デバイスでありながら、ベース電極を不要にすることで
製造が容易であるように、また、動作が確実であるよう
にしようとする。
第１図は本発明の原理を説明する為の半導体装置のエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラムを表している。
ネルギ・バンド・ダイヤグラムを表している。
図に於いて、EFはフェルミ・レベル、EVは価電子帯の
頂、ECは伝導帯の底、A1は第一のエネルギ・バンド・ギ
ャップをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、A2は
第二のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第二の物質
層、A3は第一のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第一
の物質層、A4は第三のエネルギ・バンド・ギャップをも
つ第三の物質層、A5は第一のエネルギ・バンド・ギャッ
プをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、E1は第一
の物質層A3に於ける伝導帯側の第一共鳴準位、H1は第二
の物質層A2に於ける価電子帯側の第一量子準位をそれぞ
れ示している。
頂、ECは伝導帯の底、A1は第一のエネルギ・バンド・ギ
ャップをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、A2は
第二のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第二の物質
層、A3は第一のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第一
の物質層、A4は第三のエネルギ・バンド・ギャップをも
つ第三の物質層、A5は第一のエネルギ・バンド・ギャッ
プをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、E1は第一
の物質層A3に於ける伝導帯側の第一共鳴準位、H1は第二
の物質層A2に於ける価電子帯側の第一量子準位をそれぞ
れ示している。
ここで、第一の物質層A1と第二の物質層A2とのヘテロ
界面では、タイプIIに於ける横ずれ型、即ち、スタガー
ド（staggered）型と呼ばれるエネルギ・バンド構造を
なし、そして、第一の物質層A5と第三の物質層A4とのヘ
テロ界面では、タイプＩと呼ばれるエネルギ・バンド構
造をなしている。即ち、第二の物質層A2は電子に対して
は障壁として作用し且つ正孔に対しては量子井戸として
作用し、また、第三の物質層A4は電子及び正孔の両側に
対して障壁として作用するものである。
界面では、タイプIIに於ける横ずれ型、即ち、スタガー
ド（staggered）型と呼ばれるエネルギ・バンド構造を
なし、そして、第一の物質層A5と第三の物質層A4とのヘ
テロ界面では、タイプＩと呼ばれるエネルギ・バンド構
造をなしている。即ち、第二の物質層A2は電子に対して
は障壁として作用し且つ正孔に対しては量子井戸として
作用し、また、第三の物質層A4は電子及び正孔の両側に
対して障壁として作用するものである。
このような構成の半導体装置に対し、第二の物質層A2
に於けるエネルギ・バンド・ギャップ以上のエネルギの
光を照射するか否かでトンネル電流を制御することがで
き、従って、ゲート電極の形成は不要になる。
に於けるエネルギ・バンド・ギャップ以上のエネルギの
光を照射するか否かでトンネル電流を制御することがで
き、従って、ゲート電極の形成は不要になる。
前記したところから、本発明に依る半導体装置に於い
ては、 （１） 第一の禁制帯をもつ第一の物質層（例えばｎ−InGa
As層）A1並びに第二の禁制帯をもち第一の物質層A1に隣
接する第二の物質層（例えばGaAsSb層）A2並びに第一の
禁制帯をもち第二の物質層A2に隣接する第一の物質層
（例えばInGaAs層）A3並びに第三の禁制帯をもち第一の
物質層A3に隣接する第三の物質層（例えばInAlAs層）A4
並びに第一の禁制帯をもち第三の物質層A4に隣接する第
一の物質層（例えばｎ−InGaAs層）A5の各化合物半導体
層が基板上に設けられ、且つ、第一の物質層A1側或いは
基板側に励起光を入射させる為の窓（例えば窓Ｗ）が設
けられてなり、 第一の物質層A1と第二の物質層A2とのヘテロ界面で
はタイプIIに於けるスタガード型のエネルギ・バンド構
造をなし、且つ、第二の物質層A2は電子に対しては障壁
として、また、正孔に対しては量子井戸として作用する
こと、 第一の物質層と第三の物質層とのヘテロ界面ではタ
イプＩのエネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物
質層A4は電子及び正孔の両方に対して障壁として作用す
ること、 第一の物質層A1及びA5はｎ型の伝導を示すものであ
ること、 励起光が入射されて生成される電子及び正孔は空間
的に分離されて内部電界を発生しトンネル電流の制御を
行なうこと、 を特徴とするか、或いは、 （２） 前記（１）に於いて、第一の物質層と第三の物
質層とのヘテロ界面がタイプIIに於けるスタガード型の
エネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物質層A4は
電子に対しては障壁として、また、正孔に対しては量子
井戸として作用すること、 を特徴とする。
ては、 （１） 第一の禁制帯をもつ第一の物質層（例えばｎ−InGa
As層）A1並びに第二の禁制帯をもち第一の物質層A1に隣
接する第二の物質層（例えばGaAsSb層）A2並びに第一の
禁制帯をもち第二の物質層A2に隣接する第一の物質層
（例えばInGaAs層）A3並びに第三の禁制帯をもち第一の
物質層A3に隣接する第三の物質層（例えばInAlAs層）A4
並びに第一の禁制帯をもち第三の物質層A4に隣接する第
一の物質層（例えばｎ−InGaAs層）A5の各化合物半導体
層が基板上に設けられ、且つ、第一の物質層A1側或いは
基板側に励起光を入射させる為の窓（例えば窓Ｗ）が設
けられてなり、 第一の物質層A1と第二の物質層A2とのヘテロ界面で
はタイプIIに於けるスタガード型のエネルギ・バンド構
造をなし、且つ、第二の物質層A2は電子に対しては障壁
として、また、正孔に対しては量子井戸として作用する
こと、 第一の物質層と第三の物質層とのヘテロ界面ではタ
イプＩのエネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物
質層A4は電子及び正孔の両方に対して障壁として作用す
ること、 第一の物質層A1及びA5はｎ型の伝導を示すものであ
ること、 励起光が入射されて生成される電子及び正孔は空間
的に分離されて内部電界を発生しトンネル電流の制御を
行なうこと、 を特徴とするか、或いは、 （２） 前記（１）に於いて、第一の物質層と第三の物
質層とのヘテロ界面がタイプIIに於けるスタガード型の
エネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物質層A4は
電子に対しては障壁として、また、正孔に対しては量子
井戸として作用すること、 を特徴とする。
前記手段を採ることに依って、励起光を入射した場合
に生成される電子及び正孔は空間的に分離され、従っ
て、共鳴トンネリング・バリヤ内に内部電界が発生し、
それに依って共鳴準位が変化するから、その現象を利用
してトンネル電流を容易に制御することが可能であり、
ベース電極を形成しなくても、実質的に三端子素子とし
て動作する半導体装置を実現することができる。また、
薄い共鳴トンネリング・バリヤに電極を形成する必要が
ないことから、その製造は大変に容易であり、量産して
安価に供給することが可能である。
に生成される電子及び正孔は空間的に分離され、従っ
て、共鳴トンネリング・バリヤ内に内部電界が発生し、
それに依って共鳴準位が変化するから、その現象を利用
してトンネル電流を容易に制御することが可能であり、
ベース電極を形成しなくても、実質的に三端子素子とし
て動作する半導体装置を実現することができる。また、
薄い共鳴トンネリング・バリヤに電極を形成する必要が
ないことから、その製造は大変に容易であり、量産して
安価に供給することが可能である。
第２図は本発明一実施例の要部切断側面図を表し、第
１図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或い
は同じ意味を持つものとする。
１図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或い
は同じ意味を持つものとする。
図に於いて、SUBは基板、P1はパッシベーション膜、C
1及びC2は電極、Ｗは窓をそれぞれ示している。
1及びC2は電極、Ｗは窓をそれぞれ示している。
ここで、各部分について主要なデータを例示すると次
の通りである。
の通りである。
（１） 基板SUBについて 材料：半絶縁性InP （２） 第一の物質層A1について 材料:n−InGaAs 不純物濃度:1×1017〔cm-3〕 厚さ:200〔nm〕 （３） 第二の物質層A2について 材料：アン・ドープGaAsSb 厚さ:8.5〔nm〕 （４） 第一の物質層A3について 材料：アン・ドープInGaAs 厚さ:4.4〔nm〕 （５） 第三の物質層A4について 材料：アン・ドープInAlAs 厚さ:5.27〔nm〕 （６） 第一の物質層A5について 材料:n−InGaAs 不純物濃度:1×1017〔cm-3〕 厚さ:300〔nm〕 （７） パッシベーション膜P1について 材料:SiO2 厚さ:250〔nm〕 （８） 電極C1及びC2について 材料:Cr/Au 厚さ:20〔nm〕/200〔nm〕 型式：ノン・アロイ・オーミック 図から明らかなように、電極C1には励起光を入射させ
る為の開口が形成され、また、第一の物質層A1には該開
口に対応する箇所に凹所が形成されていて、この開口と
凹所とで光を入射させる為の窓Ｗを構成している。尚、
凹所を形成する理由は、第一の物質層A1のエネルギ・バ
ンド・ギャップE9に比較して励起光のエネルギが大きい
ことから、第一の物質層A1に於いても光吸収が起こるの
で、それを少なくする為に第一の物質層A1を薄くするこ
とが必要なことに依る。
る為の開口が形成され、また、第一の物質層A1には該開
口に対応する箇所に凹所が形成されていて、この開口と
凹所とで光を入射させる為の窓Ｗを構成している。尚、
凹所を形成する理由は、第一の物質層A1のエネルギ・バ
ンド・ギャップE9に比較して励起光のエネルギが大きい
ことから、第一の物質層A1に於いても光吸収が起こるの
で、それを少なくする為に第一の物質層A1を薄くするこ
とが必要なことに依る。
この半導体装置を作成することは、従来から多用され
ている技術、例えばRHETを製造する技術などを適用すれ
ば容易である。例えば、 （１） 分子線エピタキシャル成長（molecular beam
epitaxy:MBE）法を適用することに依り、半絶縁性InP
基板SUB上に ｎ−InGaAs層（第一の物質層A5）、 InAlAs層（第三の物質層A4）、 InGaAs層（第一の物質層A3）、 GaAsSb層（第二の物質層A2）、 ｎ−InGaAs層（第一の物質層A1） を成長させる。
ている技術、例えばRHETを製造する技術などを適用すれ
ば容易である。例えば、 （１） 分子線エピタキシャル成長（molecular beam
epitaxy:MBE）法を適用することに依り、半絶縁性InP
基板SUB上に ｎ−InGaAs層（第一の物質層A5）、 InAlAs層（第三の物質層A4）、 InGaAs層（第一の物質層A3）、 GaAsSb層（第二の物質層A2）、 ｎ−InGaAs層（第一の物質層A1） を成長させる。
（２） 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、表面からｎ−InGaAs（第一の物質層A5）の表
面に達するメサ・エッチングを行なう。
とに依り、表面からｎ−InGaAs（第一の物質層A5）の表
面に達するメサ・エッチングを行なう。
（３） 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、ｎ−InGaAs層（第一の物質層A1）の表面に窓
Ｗの一部となる凹所を形成する。
とに依り、ｎ−InGaAs層（第一の物質層A1）の表面に窓
Ｗの一部となる凹所を形成する。
（４） 化学気相堆積（chemical vapour depositio
n:CVD）法を適用するとこに依り、SiO2膜（パッシベー
ション膜P1）を形成する。
n:CVD）法を適用するとこに依り、SiO2膜（パッシベー
ション膜P1）を形成する。
（５） 通常のフォト・リソグラフィ技術を適用するこ
とに依り、SiO2膜の選択的エッチングを行なって電極コ
ンタクト窓などを形成する。
とに依り、SiO2膜の選択的エッチングを行なって電極コ
ンタクト窓などを形成する。
（６） フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・
プロセス、真空蒸着法、リフト・オフ法などを適用して
電極C1,C2を形成する。
プロセス、真空蒸着法、リフト・オフ法などを適用して
電極C1,C2を形成する。
なる工程を採ることができる。
第２図に見られる半導体装置を77〔Ｋ〕に冷却した状
態にしてから電圧を印加し、第二の物質層A2のエネルギ
・バンド・ギャップより大きいエネルギの光、ここでは
クリプトン（Kr）レーザの530.9〔nm〕線を励起光とし
て照射して電子・正孔対を生成させると、正孔は第二の
物質層A2に、そして、電子は第一の物質層A3へと移動し
て空間的に分離される。この空間的に分離されたキャリ
ヤは内部電界を発生させるので、共鳴準位E1が変化して
共鳴状態となり、トンネル電流は変化することになる。
態にしてから電圧を印加し、第二の物質層A2のエネルギ
・バンド・ギャップより大きいエネルギの光、ここでは
クリプトン（Kr）レーザの530.9〔nm〕線を励起光とし
て照射して電子・正孔対を生成させると、正孔は第二の
物質層A2に、そして、電子は第一の物質層A3へと移動し
て空間的に分離される。この空間的に分離されたキャリ
ヤは内部電界を発生させるので、共鳴準位E1が変化して
共鳴状態となり、トンネル電流は変化することになる。
第３図及び第４図は第１図及び第２図について説明さ
れた半導体装置に電圧を印加した状態のエネルギ・バン
ド・ダイヤグラム及び電圧を印加した状態で励起光を照
射した場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、
第１図及び第２図に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
れた半導体装置に電圧を印加した状態のエネルギ・バン
ド・ダイヤグラム及び電圧を印加した状態で励起光を照
射した場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、
第１図及び第２図に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、ｅは電子、ｈは正孔をそれぞれ示してい
る。
る。
図から明らかなように、第一の物質層A5側が正極性、
第一の物質層A1側が負極性となる電圧を印加するとエネ
ルギ・バンドに曲がりを生じ、その状態で光が入射する
と電子・正孔対が生成され、正孔ｈは第二の物質層A2
へ、そして、電子ｅは第一の物質層A3へ移動して空間的
に分離され、共鳴準位E1が変化して共鳴状態となり、ト
ンネル電流は変化する。尚、第二の物質層A2に移動した
正孔ｈが滞留してくると第一の量子準位H1は下がってく
る。
第一の物質層A1側が負極性となる電圧を印加するとエネ
ルギ・バンドに曲がりを生じ、その状態で光が入射する
と電子・正孔対が生成され、正孔ｈは第二の物質層A2
へ、そして、電子ｅは第一の物質層A3へ移動して空間的
に分離され、共鳴準位E1が変化して共鳴状態となり、ト
ンネル電流は変化する。尚、第二の物質層A2に移動した
正孔ｈが滞留してくると第一の量子準位H1は下がってく
る。
第５図は第２図に見られる半導体装置の動作を説明す
る為の電流対電圧特性を表す線図であり、縦軸には電流
を、また、横軸には電圧をそれぞれ採ってある。尚、こ
のデータを得た際の半導体装置の動作条件は第２図乃至
第４図について説明したところと同様である。
る為の電流対電圧特性を表す線図であり、縦軸には電流
を、また、横軸には電圧をそれぞれ採ってある。尚、こ
のデータを得た際の半導体装置の動作条件は第２図乃至
第４図について説明したところと同様である。
図に於いて、実線はKrレーザの照射なしの場合に於け
る特性線、破線は照射ありの場合の特性線であり、矢印
Ｍで指示してあるように、ピーク電流が流れる場合の電
圧値が励起光照射に依って低電圧側にシフトしているこ
とが看取される。
る特性線、破線は照射ありの場合の特性線であり、矢印
Ｍで指示してあるように、ピーク電流が流れる場合の電
圧値が励起光照射に依って低電圧側にシフトしているこ
とが看取される。
第６図は前記説明した実施例と比較する為に作成した
試料のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１図
乃至第５図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。
試料のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１図
乃至第５図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。
この試料では、第二の物質層A2の材料をアン・ドープ
GaAsSbからアン・ドープInAlAs（5.27〔nm〕組成）に代
替したものであり、このエネルギ・バンド構造は、全て
のヘテロ界面がタイプＩと呼ばれる通常のものからなっ
ている。
GaAsSbからアン・ドープInAlAs（5.27〔nm〕組成）に代
替したものであり、このエネルギ・バンド構造は、全て
のヘテロ界面がタイプＩと呼ばれる通常のものからなっ
ている。
第７図は第６図に見られる試料に第２図の実施例につ
いて行なった動作実験と同じ条件で動作させて得られた
電流対電圧特性を表す線図である。
いて行なった動作実験と同じ条件で動作させて得られた
電流対電圧特性を表す線図である。
図に於いて、実線はKrレーザを照射した場合と照射し
ない場合の特性線であって、励起光の照射の如何に拘わ
らず、ピーク電流が流れる際の電圧値は変化しないこと
が明らかである。
ない場合の特性線であって、励起光の照射の如何に拘わ
らず、ピーク電流が流れる際の電圧値は変化しないこと
が明らかである。
第８図は第２図乃至第５図について説明した本発明の
実施例と第６図並びに第７図について説明した試料とに
ついて励起光強度（任意スケール）に対するピーク電流
が流れる際の電圧のシフト量の関係を表す線図であり、
縦軸に電圧のシフト量を、そして、横軸に励起光強度を
それぞれ採ってある。
実施例と第６図並びに第７図について説明した試料とに
ついて励起光強度（任意スケール）に対するピーク電流
が流れる際の電圧のシフト量の関係を表す線図であり、
縦軸に電圧のシフト量を、そして、横軸に励起光強度を
それぞれ採ってある。
図に於いて、実線は本発明実施例の特性線、破線は試
料の特性線をそれぞれ示している。
料の特性線をそれぞれ示している。
第６図及び第７図について説明した試料では、励起光
強度を変えても電圧シフト量が変化しないのに対し、本
発明の実施例では、励起光強度が高まるにつれて電圧の
シフト量も大きくなり、励起光照射に依って共鳴準位が
変化していることが窺知できよう。
強度を変えても電圧シフト量が変化しないのに対し、本
発明の実施例では、励起光強度が高まるにつれて電圧の
シフト量も大きくなり、励起光照射に依って共鳴準位が
変化していることが窺知できよう。
本発明では、前記実施例に限られず、多くの改変を行
なうことができ、例えば、前記実施例とは半導体層の構
成を変えても同じ作用及び効果を得ることができる。
なうことができ、例えば、前記実施例とは半導体層の構
成を変えても同じ作用及び効果を得ることができる。
第９図は第２図について説明した実施例とは半導体層
の構成を変えた実施例を説明する為のエネルギ・バンド
・ダイヤグラムを表し、第１図乃至第４図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つ
ものとする。
の構成を変えた実施例を説明する為のエネルギ・バンド
・ダイヤグラムを表し、第１図乃至第４図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つ
ものとする。
この実施例では、第一の物質層A5と第三の物質層A4と
のヘテロ界面がタイプIIに於けるスタガード型のエネル
ギ・バンド構造をなし、第三の物質層A4は電子に対して
は障壁として、また、正孔に対しては量子井戸として作
用する。即ち、本構造に於いても、励起光によって生成
された電子及び正孔が空間的に分離される為に内部電界
が発生してトンネル電流の制御を行なうことができる。
のヘテロ界面がタイプIIに於けるスタガード型のエネル
ギ・バンド構造をなし、第三の物質層A4は電子に対して
は障壁として、また、正孔に対しては量子井戸として作
用する。即ち、本構造に於いても、励起光によって生成
された電子及び正孔が空間的に分離される為に内部電界
が発生してトンネル電流の制御を行なうことができる。
本実施例の各部分について主要なデータを例示すると
次の通りである。
次の通りである。
（１） 第一の物質層A1について 材料:n−InGaAs 不純物濃度:1×1017〔cm-3〕 厚さ:200〔nm〕 （２） 第二の物質層A2について 材料：アン・ドープGaAsSb 厚さ:8.5〔nm〕 （３） 第一の物質層A3について 材料：アン・ドープInGaAs 厚さ:4.4〔nm〕 （４） 第三の物質層A4について 材料：アン・ドープGaAsSb 厚さ:8.5〔nm〕 （５） 第一の物質層A5について 材料:n−InGaAsSb 不純物濃度:1×1017〔cm-3〕 厚さ:300〔nm〕 〔発明の効果〕 本発明に依る半導体装置に於いては、第一の禁制帯を
もつ第一の物質層A1及び第二の禁制帯をもち第一の物質
層A1に隣接する第二の物質層A2及び第一の禁制帯をもち
第二の物質層A2に隣接する第一の物質層A3及び第三の禁
制帯をもち第一の物質層A3に隣接する第三の物質層A4及
び第一の禁制帯をもち第三の物質層A4に隣接する第一の
物質層A5の各化合物半導体層が基板上に設けられ、且
つ、第一の物質層A1側或いは基板側に励起光を入射させ
る為の窓が設けられてなり、第一の物質層A1と第二の物
質層A2とのヘテロ界面ではタイプIIに於けるスタガード
型のエネルギ・バンド構造をなし、且つ、第二の物質層
A2は電子に対しては障壁として、また、正孔に対しては
量子井戸として作用すること、第一の物質層と第三の物
質層とのヘテロ界面ではタイプＩのエネルギ・バンド構
造をなし、且つ、第三の物質層A4は電子及び正孔の両方
に対して障壁として作用すること、第一の物質層A1及び
A5はｎ型の伝導を示すものであること、励起光が入射さ
れて生成される電子及び正孔は空間的に分離されて内部
電界を発生しトンネル電流の制御を行なうことを特徴と
する構成になっている。
もつ第一の物質層A1及び第二の禁制帯をもち第一の物質
層A1に隣接する第二の物質層A2及び第一の禁制帯をもち
第二の物質層A2に隣接する第一の物質層A3及び第三の禁
制帯をもち第一の物質層A3に隣接する第三の物質層A4及
び第一の禁制帯をもち第三の物質層A4に隣接する第一の
物質層A5の各化合物半導体層が基板上に設けられ、且
つ、第一の物質層A1側或いは基板側に励起光を入射させ
る為の窓が設けられてなり、第一の物質層A1と第二の物
質層A2とのヘテロ界面ではタイプIIに於けるスタガード
型のエネルギ・バンド構造をなし、且つ、第二の物質層
A2は電子に対しては障壁として、また、正孔に対しては
量子井戸として作用すること、第一の物質層と第三の物
質層とのヘテロ界面ではタイプＩのエネルギ・バンド構
造をなし、且つ、第三の物質層A4は電子及び正孔の両方
に対して障壁として作用すること、第一の物質層A1及び
A5はｎ型の伝導を示すものであること、励起光が入射さ
れて生成される電子及び正孔は空間的に分離されて内部
電界を発生しトンネル電流の制御を行なうことを特徴と
する構成になっている。
前記構成を採ることに依って、励起光を入射した場合
に生成される電子及び正孔は空間的に分離され、従っ
て、共鳴トンネリング・バリヤ内に内部電界が発生し、
それに依って共鳴準位が変化するから、その現象を利用
してトンネル電流を容易に制御することが可能であり、
ベース電極を形成しなくても、実質的に三端子素子とし
て動作する半導体装置を実現することができる。また、
薄い共鳴トンネリング・バリヤに電極を形成する必要が
ないことから、PHETなど比較すると、その製造は大変に
容易であり、量産として安価に供給することが可能にな
る。
に生成される電子及び正孔は空間的に分離され、従っ
て、共鳴トンネリング・バリヤ内に内部電界が発生し、
それに依って共鳴準位が変化するから、その現象を利用
してトンネル電流を容易に制御することが可能であり、
ベース電極を形成しなくても、実質的に三端子素子とし
て動作する半導体装置を実現することができる。また、
薄い共鳴トンネリング・バリヤに電極を形成する必要が
ないことから、PHETなど比較すると、その製造は大変に
容易であり、量産として安価に供給することが可能にな
る。
第１図は本発明の原理を説明する為の半導体装置のエネ
ルギ・バンド・ダイヤグラム、第２図は本発明一実施例
の要部切断側面図、第３図は第１図及び第２図について
説明された半導体装置に電圧を印加した状態のエネルギ
・バンド・ダイヤグラム、第４図は第１図及び第２図に
ついて説明された半導体装置に電圧を印加した状態で励
起光を照射した場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラ
ム、第５図は第２図に見られる半導体装置の動作を説明
する為の電流対電圧特性を表す線図、第６図は前記説明
した実施例と比較する為に作成した試料のエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラム、第７図は第６図に見られる試料に
第２図の実施例について行なった動作実験と同じ条件で
動作させて得られた電流対電圧特性を表す線図、第８図
は第２図乃至第５図について説明した本発明の実施例と
第６図並びに第７図について説明した試料とについて励
起光強度（任意スケール）に対するピーク電流が流れる
際の電圧のシフト量の関係を表す線図、第９図は第２図
について説明した実施例とは半導体層の構成を変えた実
施例を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、
第10図は二重障壁トンネリング・ダイオードを三端子構
造にした半導体装置の要部切断側面図をそれぞれ表して
いる。 図に於いて、EFはフェルミ・レベル、EVは価電子帯の
頂、ECは伝導帯の底、A1は第一のエネルギ・バンド・ギ
ャップをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、A2は
第二のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第二の物質
層、A3は第一のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第一
の物質層、A4は第三のエネルギ・バンド・ギャップをも
つ第三の物質層、A5は第一のエネルギ・バンド・ギャッ
プをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、E1は第一
の物質層A3に於ける伝導帯側の第一共鳴準位、H1は第二
の物質層A2に於ける価電子帯側の第一量子準位をそれぞ
れ示している。
ルギ・バンド・ダイヤグラム、第２図は本発明一実施例
の要部切断側面図、第３図は第１図及び第２図について
説明された半導体装置に電圧を印加した状態のエネルギ
・バンド・ダイヤグラム、第４図は第１図及び第２図に
ついて説明された半導体装置に電圧を印加した状態で励
起光を照射した場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラ
ム、第５図は第２図に見られる半導体装置の動作を説明
する為の電流対電圧特性を表す線図、第６図は前記説明
した実施例と比較する為に作成した試料のエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラム、第７図は第６図に見られる試料に
第２図の実施例について行なった動作実験と同じ条件で
動作させて得られた電流対電圧特性を表す線図、第８図
は第２図乃至第５図について説明した本発明の実施例と
第６図並びに第７図について説明した試料とについて励
起光強度（任意スケール）に対するピーク電流が流れる
際の電圧のシフト量の関係を表す線図、第９図は第２図
について説明した実施例とは半導体層の構成を変えた実
施例を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、
第10図は二重障壁トンネリング・ダイオードを三端子構
造にした半導体装置の要部切断側面図をそれぞれ表して
いる。 図に於いて、EFはフェルミ・レベル、EVは価電子帯の
頂、ECは伝導帯の底、A1は第一のエネルギ・バンド・ギ
ャップをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、A2は
第二のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第二の物質
層、A3は第一のエネルギ・バンド・ギャップをもつ第一
の物質層、A4は第三のエネルギ・バンド・ギャップをも
つ第三の物質層、A5は第一のエネルギ・バンド・ギャッ
プをもち且つｎ型の伝導を示す第一の物質層、E1は第一
の物質層A3に於ける伝導帯側の第一共鳴準位、H1は第二
の物質層A2に於ける価電子帯側の第一量子準位をそれぞ
れ示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/06 H01L 29/68 - 29/73 H01L 31/10
Claims (2)
- 【請求項１】 第一の禁制帯をもつ第一の物質層A1及
び第二の禁制帯をもち第一の物質層A1に隣接する第二の
物質層A2及び第一の禁制帯をもち第二の物質層A2に隣接
する第一の物質層A3及び第三の禁制帯をもち第一の物質
層A3に隣接する第三の物質層A4及び第一の禁制帯をもち
第三の物質層A4に隣接する第一の物質層A5の各化合物半
導体層が基板上に設けられ、且つ、第一の物質層A1側或
いは基板側に励起光を入射させる為の窓が設けられてな
り、 第一の物質層A1と第二の物質層A2とのヘテロ界面で
はタイプIIに於けるスタガード型のエネルギ・バンド構
造をなし、且つ、第二の物質層A2は電子に対しては障壁
として、また、正孔に対しては量子井戸として作用する
こと、 第一の物質層と第三の物質層とのヘテロ界面ではタ
イプＩのエネルギ・バンド構造をなし、且つ、第三の物
質層A4は電子及び正孔の両方に対して障壁として作用す
ること、 第一の物質層A1及びA5はｎ型の伝導を示すものであ
ること、 励起光が入射されて生成される電子及び正孔は空間
的に分離されて内部電界を発生しトンネル電流の制御を
行なうこと を特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】第一の物質層と第三の物質層とのヘテロ界
面がタイプIIに於けるスタガード型のエネルギ・バンド
構造をなし、且つ、第三の物質層A4は電子に対しては障
壁として、また、正孔に対しては量子井戸として作用す
ること を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2237111A JP3000476B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 半導体装置 |
| US07/757,185 US5266814A (en) | 1990-09-10 | 1991-09-10 | Optically activated resonant-tunneling transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2237111A JP3000476B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118972A JPH04118972A (ja) | 1992-04-20 |
| JP3000476B2 true JP3000476B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=17010579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2237111A Expired - Fee Related JP3000476B2 (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5266814A (ja) |
| JP (1) | JP3000476B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0773140B2 (ja) * | 1993-02-09 | 1995-08-02 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
| DE69428187T2 (de) * | 1994-05-06 | 2002-06-20 | Commissariat A L'energie Atomique, Paris | Optisch gesteuerte Lichtmodulator-Vorrichtung |
| KR0138851B1 (ko) * | 1994-10-24 | 1998-04-27 | 양승택 | 광제어 공명투과 진동자 및 그의 제조방법 |
| KR100216545B1 (ko) * | 1996-11-22 | 1999-08-16 | 정선종 | 고속 반도체 장치 |
| GB2365210B (en) * | 2000-07-28 | 2003-01-22 | Toshiba Res Europ Ltd | An optical device and a method of making an optical device |
| US7295586B2 (en) * | 2002-02-21 | 2007-11-13 | Finisar Corporation | Carbon doped GaAsSb suitable for use in tunnel junctions of long-wavelength VCSELs |
| US7026642B2 (en) * | 2003-08-27 | 2006-04-11 | Micron Technology, Inc. | Vertical tunneling transistor |
| JP4519514B2 (ja) | 2004-04-28 | 2010-08-04 | 株式会社マキタ | 固定ナット |
| US8357960B1 (en) * | 2008-09-18 | 2013-01-22 | Banpil Photonics, Inc. | Multispectral imaging device and manufacturing thereof |
| US11061459B2 (en) * | 2010-08-23 | 2021-07-13 | L. Pierre de Rochemont | Hybrid computing module |
| IL220675B (en) * | 2012-06-28 | 2019-10-31 | Elta Systems Ltd | Phototransistor device |
| ES2749694T3 (es) * | 2014-07-15 | 2020-03-23 | Fundacio Inst De Ciencies Fotòniques | Aparato optoelectrónico y método de fabricación del mismo |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4814847A (en) * | 1986-11-21 | 1989-03-21 | Bell Communications Research, Inc. | Ingaas semiconductor structures |
| US5121181A (en) * | 1989-01-31 | 1992-06-09 | International Business Machines Corporation | Resonant tunneling photodetector for long wavelength applications |
-
1990
- 1990-09-10 JP JP2237111A patent/JP3000476B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-09-10 US US07/757,185 patent/US5266814A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5266814A (en) | 1993-11-30 |
| JPH04118972A (ja) | 1992-04-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |