JP4243749B2 - 共鳴トンネル半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共鳴トンネル半導体装置に関するものであり、例えば、高速ディジタル回路への応用が期待されている、負性微分抵抗を持つ共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）等のＰ／Ｖ特性を改善するためのバリア層の構成に特徴のある共鳴トンネル半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報処理装置の高速化・大容量化に伴い、情報処理装置を構成するディジタル回路の高速化が要請されており、この様な要請に応える高速ディジタル回路を構成する半導体デバイスとしては、負性微分抵抗を持つＲＴＤ等の共鳴トンネル現象を用いたデバイスが期待されているので、この共鳴トンネル現象を用いたデバイスの代表として、図８を参照して共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）を説明する。
【０００３】
図８（ａ）参照
図８（ａ）は、従来のＲＴＤの概略的断面図であり、半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、ｉ型ＧａＡｓバッファ層５２、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５３、及び、ＲＴＤ構成層を順次堆積させたのち、ＴｉＷ上部電極５４を形成し、このＴｉＷ上部電極５４をマスクとしてＲＴＤ構成層をエッチングすることによってＲＴＤ素子部５５を形成し、次いで、段切れ及びリフトオフを利用してＡｕＧｅ／Ａｕ層５６，５７を堆積させて、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５３上に堆積した環状のＡｕＧｅ／Ａｕ層５７を下部電極としたものである。
【０００４】
この場合、ＲＴＤ素子部５５は、ｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層、ｎ型ＧａＡｓスペーサ層、ｉ型ＧａＡｓスペーサ層５８、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層５９、ｉ型ＧａＡｓ井戸層６０、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層６１、ｉ型ＧａＡｓスペーサ層６２、及び、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層を順次堆積した積層構造からなる。
【０００５】
図８（ｂ）参照
図８（ｂ）は、ＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層５９，６１の厚みは、電子がトンネルできるように、３〜４ｎｍ程度に充分薄く設計されている。
また、ｉ型ＧａＡｓ井戸層６０の厚みは、ド・ブロイ波長と同程度かそれよりも薄く設計されており、井戸内に量子準位６３が形成される。
【０００６】
このＲＴＤの両端に電界を印加し、負電圧側のフェルミ準位とｉ型ＧａＡｓ井戸層６０内の量子準位６３が一致する点で、電子が量子準位６３を経由して、正電圧側へ輸送され、印加した電圧値がこの値からずれると電流値は減少する。
つまり、負性微分抵抗特性を示すことになり、これが共鳴トンネル現象の原理である。
【０００７】
図８（ｃ）参照
図８（ｃ）は、この様なＲＴＤのＩ−Ｖ特性図であり、共鳴トンネル現象によるトンネル電流成分と、熱励起による余剰電流特性とが重畳したＮ字型の負性抵抗特性を示すことになる。
【０００８】
この場合、２重障壁の障壁高、即ち、伝導帯端エネルギーの差ΔＥc は大きいほど熱励起による余剰電流が減少し、ピーク電流とバレイ電流の比（Ｐ／Ｖ比）が増加し、また、デバイスの温度依存性も小さくなる。
【０００９】
この様なＲＴＤを集積回路内で用いる場合は、ＲＴＤ本来の負性微分抵抗特性の大きさを示すＰ／Ｖ比がある程度大きいことが要求され、また、室温以上の高温下での特性も要求される。
【００１０】
上述のＲＴＤにおける井戸層を構成するＧａＡｓに対する障壁層を構成するＡｌＡｓのΔＥc は約１．０ｅＶと充分高く、熱励起による余剰電流を減少させるのに適しているように予想される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の構成のＲＴＤにおいては、図８（ｃ）において破線で示すように予期したＰ／Ｖ特性及び温度依存特性が得られないという問題がある。
これは、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が約０．５を超えると、Ｘ点における伝導帯の底Ｅc （Ｘ）がΓ点の伝導帯の底Ｅc （Γ）よりも低くなり、Γ−ＸのΔＥc が小さくなり、これにより、余剰電流が増加し、Ｐ／Ｖが低下するためである。
【００１２】
即ち、Γ点で見た場合には、障壁層の電位障壁は十分高いものの、Ｘ点で見た場合の電位障壁がかなり低くなるため、電子の一部はＸ点における電位障壁Ｅc （Ｘ）を超えて余剰電流が流れるためである。
また、それに伴い、電流- 電圧特性の温度依存性も大きくなってしまうという問題もある。
【００１３】
したがって、本発明は、Ｘ点を経由した電子の流れを低減して、高いＰ／Ｖ比を確保し、温度依存性を小さくすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するための、本発明は、少なくとも一層の井戸層１の両側を一対の障壁層で挟み、同一バンド間をトンネルする共鳴トンネル半導体装置において、前記一対の障壁層の少なくとも一方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層２、Γ点における伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層２のΓ点における伝導帯エネルギー端より低く且つ前記Γ点以外の点の伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層２のΓ点以外の点における伝導帯エネルギー端より高い第２の障壁層３を含む少なくとも２層の障壁層で構成することを特徴とする。
【００１５】
この様に、障壁層をΓ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さが互いに異なる２層以上の半導体層で構成することによって、エネルギーギャップの大きな単層の障壁層で構成する場合よりもΓ点以外の点、例えば、Ｘ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Ｘ）を高くすることができ、それによって、Ｘ点における電位障壁を超えて余剰電流が流れるのを抑制することができる。
【００１６】
即ち、エネルギーギャップの大きな第１の障壁層２は、井戸層１及びスペーサ層５，６に対するΓ点における伝導帯エネルギー不連続量は大きいが、Ｘ点での伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）がΓ点のそれＥc （Γ）よりも小さい。
そこで、第１の障壁層２に近接するようにＸ点の伝導帯エネルギー端Ｅc2（Ｘ）が第１の障壁層２のそれＥc1（Ｘ）よりも高い位置にある第２の障壁層３を設けることによって、障壁層のＸ点による電位障壁を超えた余剰電流を抑制することができる。
【００１７】
したがって、障壁層を多層構造にすることにより、Ｘ点を経由した電流経路を減少させることができ、量子準位４を介した共鳴トンネル現象による電流が主になるので、余剰電流減少によるＰ／Ｖ比の増加及び温度依存性低減が可能になる。
【００１８】
なお、井戸層１は単層に限られるものではなく、多層のＭＱＷ構造にしても良く、半導体装置もダイオードに限られるものではなく、トランジスタのベース構造等、トランジスタの一部として組み合わせて使用しても良く、また、一対の障壁層は対称構造である必要は必ずしもない。
【００１９】
また、一対の障壁層の双方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層２及び前記第１の障壁層２とΓ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さの高い第２の障壁層３で構成するとともに、第１の障壁層２が上記井戸層１に直接接するように設けても良いし、或いは、第２の障壁層３が上記井戸層１に直接接するように設けても良い。
【００２０】
また、一つの障壁層の双方を、互いのΓ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さが異なる３種類以上の障壁層から構成しても良く、その場合のΓ点以外の点、例えば、Ｘ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Ｘ）の配置は、任意であるが、井戸層１に近いほうがＸ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Ｘ）が小さくなるように、即ち、Γ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Γ）が高くなるように配置することが望ましい。
【００２１】
また、一つの障壁層を、Γ点以外の点の伝導帯エネルギーの底が連続的変化する半導体層、即ち、グレーデッド障壁層により構成しても良いものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態のＲＴＤを説明する。
図２（ａ）参照
まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、厚さが、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３、及び、ＲＴＤ構成層１４を順次堆積させる。
【００２３】
この場合のＲＴＤ層は、厚さが、例えば、６ｎｍのｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層１５、厚さが、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓスペーサ層１６、厚さが、例えば、３０ｎｍでアンドープのｉ型ＧａＡｓスペーサ層１７、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９、厚さが、例えば、４ｎｍのｉ型ＧａＡｓ井戸層２０、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＡｌＡｓ障壁層２１、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層２２、厚さが、例えば、３０ｎｍのｉ型ＧａＡｓスペーサ層２３、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍで不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3のｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２４からなる。
なお、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２２のＩｎ組成は０．２である。
【００２４】
図３（ｂ）参照
次いで、スパッタ法を用いて厚さが、例えば、２００ｎｍのＴｉＷ層をウェハ全面に形成したのち、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてＴｉＷ層をドライエッチングすることによってＴｉＷ上部電極２５を形成する。
【００２５】
図３（ｃ）参照
次いで、レジストパターンを除去したのち、ＴｉＷ上部電極２５をマスクとして、リン酸、過酸化水素、水の混合液からなるエッチャントを用いてウェット・エッチングすることによって、ＲＴＤ構成層１４をエッチングしてＲＴＤ素子部２６を形成する。
【００２６】
この場合、ＲＴＤ構成層２６を過剰エッチングしてＴｉＷ上部電極２５にひさし状の張出部を形成するが、ＲＴＤ構成層１４の最下層のｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層１５でエッチングは停止する。
次いで、このｉ型ＩｎＧａＰエッチング停止層１５を塩酸及びリン酸の混合液を用いてエッチング除去することによって、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を露出させる。
【００２７】
図３（ｄ）参照
次いで、新たなリフトオフ用レジストパターン（図示を省略）を設け、厚さが、例えば、２０ｎｍのＡｕＧｅ膜及び厚さが、例えば、２００ｎｍのＡｕ膜を順次蒸着したのち、リフトオフ用レジストパターンを除去することによってＡｕＧｅ／Ａｕ層２７，２８を形成する。
【００２８】
次いで、例えば、４００℃において１０分間アロイ処理することによって、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３上に、ＴｉＷ上部電極２５に対して自己整合的に形成された環状のＡｕＧｅ／Ａｕ層２８が下部電極となり、ＲＴＤの基本構成が完成する。
【００２９】
図４参照
図４は、本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０がｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２０及びｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１の二重の障壁層に挟まれ、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０の形成された量子準位２９を介した共鳴トンネル電流が流れることになる。
【００３０】
この場合、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２２のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc2（Ｘ）は、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より高い位置にあるので、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００３１】
また、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁が従来より高くなることによって、熱励起に対して強くなるので温度依存性も小さくなり特性が向上する。
【００３２】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態のＲＴＤを説明するが、障壁層の構成が異なるだけで他の構成は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、伝導帯側のエネルギーバンドのみを示す。
【００３３】
図５参照
図５は、本発明の第２の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０をｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２０及びｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１の二重の障壁層により挟んだものであるが、この場合には、Ｘ点における伝導帯エネルギー端の高いｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２２を内側にしたものである。
【００３４】
この場合も、全体としては、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００３５】
但し、この場合には、量子井戸内に形成される第２量子準位（図示を省略）と基底準位として示した量子準位２９とのエネルギー差が上記の第１の実施の形態に比べて小さくなるので、余剰電流が多少多くなる可能性がある。
【００３６】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態のＲＴＤを説明するが、障壁層の構成が異なるだけで他の構成は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、伝導帯側のエネルギーバンドのみを示す。
【００３７】
図６参照
図６は、本発明の第３の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、この第３の実施の形態においては、障壁層を、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２０、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１、及び、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層３０，３１の三重の障壁層としたものである。
【００３８】
この場合のｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層３０，３１のＩｎ組成比は０．２であり、したがって、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層３０，３１のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc3（Ｘ）は、
Ｅc1（Ｘ）＜Ｅc3（Ｘ）＜Ｅc2（Ｘ）
となる。
【００３９】
この場合も、全体としては、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００４０】
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施の形態のＲＴＤを説明するが、障壁層の構成が異なるだけで他の構成は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、伝導帯側のエネルギーバンドのみを示す。
【００４１】
図７参照
図７は、本発明の第４の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、この第４の実施の形態においては、障壁層を、ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層３２，３３で形成したものである。
【００４２】
なお、この場合のｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層３２，３３は、例えば、Ｉｎ組成比が０．２のＩｎＡｌＡｓからＡｌＡｓれ組成比が連続的に変化する。
したがって、ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層３２，３３のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc （Ｘ）は、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０から離れるにつれて高くなる。
【００４３】
この場合も、全体としては、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の均一な単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００４４】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、井戸層をｉ型ＧａＡｓ層で構成しているが、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層で構成しても良いものであり、また、一番エネルギーギャップの大きな障壁層をＡｌＡｓで構成しているが、ＩｎＡｌＡｓとして良いものである。
【００４５】
また、上記の各実施の形態においては、基板をＧａＡｓとし、基本的にＧａＡｓに格子整合する材料系によってＲＴＤを構成しているが、基板をＩｎＰとし、基本的にＩｎＰに格子整合する材料系によってＲＴＤを構成しても良いものである。
【００４６】
また、上記の第３の実施の形態においては、各障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端の関係を、井戸層に近接する側から大−小−中としているが、この様な順序に限られるものではなく、大−中−小，中−大−小，中−小−大，小−大−中，小−中−大にしても良いものである。
【００４７】
また、上記の第３の実施の形態においては、各障壁層を三重構造としているが、四重構造以上の多層構造で形成しても良いものである。
【００４８】
また、上記の各実施の形態においては、両側の障壁層を対称構造としているが、対称構造に限られるものではなく、各障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端の関係を非対称にしても良いものであり、或いは、障壁層を構成する層数を非対称にしても良いものである。
【００４９】
また、上記の各実施の形態においては、井戸層を一層としているが、一層に限られるものではなく、多層、即ち、ＭＱＷ構造にしても良いものであり、それによって、Ｐ／Ｖ特性をさらに向上することができる。
【００５０】
また、上記の各実施の形態においては、ＲＴＤとして説明しているが、共鳴トンネル構造をトランジスタと組み合わせることにより、３端子の共鳴トンネル素子としても良いものである。
【００５１】
また、上記の各実施の形態においては、下部電極をＴｉＷ上部電極を利用して自己整合的に形成しているが、ＲＴＤ素子部を形成する際に、結晶面方位によるエッチングの異方性を利用して断面形状が逆テーパ状のＲＴＤ素子部とし、このＲＴＤ素子部の形状を利用して下部電極を自己整合的に形成しても良いものである。
【００５２】
また、上記の各実施の形態においては、単体のＲＴＤ構造として説明しているが、ＨＥＭＴ等の電界効果型化合物半導体素子或いはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のバイポーラ型化合物半導体素子とモノリシックに集積化しても良いことは言うまでもなく、その場合に、半絶縁性化合物半導体基板上に、ＨＥＭＴ構成層等の化合物半導体素子構成層を成長させたのち、引き続いてＲＴＤ構成層を成長させ、このＲＴＤ成長層に対して上述の工程を行うことによってＲＴＤを有する化合物半導体集積回路装置を構成することができる。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、ＲＴＤの下部電極を環状に形成しているが、必ずしも環状である必要はなく、ＲＴＤ素子部の少なくとも一端に近接して設ければ良いものである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、共鳴トンネル構造の障壁層を、Γ点に比べ、その他の点、例えば、Ｘ点の伝導帯エネルギー端が低い材料からなる多層構造によって構成しているので、Γ点以外の点を経由する余剰電流を減らすことが可能になり、それによって、Ｐ／Ｖ比が大きく、且つ、温度依存性の小さい化合物半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図８】従来のＲＴＤの説明図である。
【符号の説明】
１ 井戸層
２ 第１の障壁層
３ 第２の障壁層
４ 量子準位
５ スペーサ層
６ スペーサ層
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１４ ＲＴＤ構成層
１５ ｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層
１６ ｎ型ＧａＡｓスペーサ層
１７ ｉ型ＧａＡｓスペーサ層
１８ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
１９ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
２０ ｉ型ＧａＡｓ井戸層
２１ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
２２ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
２３ ｉ型ＩｎＧａＡｓスペーサ層
２４ ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層
２５ ＴｉＷ上部電極
２６ ＲＴＤ素子部
２７ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
２８ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
２９ 量子準位
３０ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
３１ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
３２ ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層
３３ ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層
５１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
５２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
５３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
５４ ＴｉＷ上部電極
５５ ＲＴＤ素子部
５６ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
５７ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
５８ ｉ型ＧａＡｓスペーサ層
５９ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
６０ ｉ型ＧａＡｓ井戸層
６１ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
６２ ｉ型ＧａＡｓスペーサ層
６３ 量子準位
【発明の属する技術分野】
本発明は共鳴トンネル半導体装置に関するものであり、例えば、高速ディジタル回路への応用が期待されている、負性微分抵抗を持つ共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）等のＰ／Ｖ特性を改善するためのバリア層の構成に特徴のある共鳴トンネル半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報処理装置の高速化・大容量化に伴い、情報処理装置を構成するディジタル回路の高速化が要請されており、この様な要請に応える高速ディジタル回路を構成する半導体デバイスとしては、負性微分抵抗を持つＲＴＤ等の共鳴トンネル現象を用いたデバイスが期待されているので、この共鳴トンネル現象を用いたデバイスの代表として、図８を参照して共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）を説明する。
【０００３】
図８（ａ）参照
図８（ａ）は、従来のＲＴＤの概略的断面図であり、半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、ｉ型ＧａＡｓバッファ層５２、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５３、及び、ＲＴＤ構成層を順次堆積させたのち、ＴｉＷ上部電極５４を形成し、このＴｉＷ上部電極５４をマスクとしてＲＴＤ構成層をエッチングすることによってＲＴＤ素子部５５を形成し、次いで、段切れ及びリフトオフを利用してＡｕＧｅ／Ａｕ層５６，５７を堆積させて、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５３上に堆積した環状のＡｕＧｅ／Ａｕ層５７を下部電極としたものである。
【０００４】
この場合、ＲＴＤ素子部５５は、ｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層、ｎ型ＧａＡｓスペーサ層、ｉ型ＧａＡｓスペーサ層５８、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層５９、ｉ型ＧａＡｓ井戸層６０、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層６１、ｉ型ＧａＡｓスペーサ層６２、及び、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層を順次堆積した積層構造からなる。
【０００５】
図８（ｂ）参照
図８（ｂ）は、ＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層５９，６１の厚みは、電子がトンネルできるように、３〜４ｎｍ程度に充分薄く設計されている。
また、ｉ型ＧａＡｓ井戸層６０の厚みは、ド・ブロイ波長と同程度かそれよりも薄く設計されており、井戸内に量子準位６３が形成される。
【０００６】
このＲＴＤの両端に電界を印加し、負電圧側のフェルミ準位とｉ型ＧａＡｓ井戸層６０内の量子準位６３が一致する点で、電子が量子準位６３を経由して、正電圧側へ輸送され、印加した電圧値がこの値からずれると電流値は減少する。
つまり、負性微分抵抗特性を示すことになり、これが共鳴トンネル現象の原理である。
【０００７】
図８（ｃ）参照
図８（ｃ）は、この様なＲＴＤのＩ−Ｖ特性図であり、共鳴トンネル現象によるトンネル電流成分と、熱励起による余剰電流特性とが重畳したＮ字型の負性抵抗特性を示すことになる。
【０００８】
この場合、２重障壁の障壁高、即ち、伝導帯端エネルギーの差ΔＥc は大きいほど熱励起による余剰電流が減少し、ピーク電流とバレイ電流の比（Ｐ／Ｖ比）が増加し、また、デバイスの温度依存性も小さくなる。
【０００９】
この様なＲＴＤを集積回路内で用いる場合は、ＲＴＤ本来の負性微分抵抗特性の大きさを示すＰ／Ｖ比がある程度大きいことが要求され、また、室温以上の高温下での特性も要求される。
【００１０】
上述のＲＴＤにおける井戸層を構成するＧａＡｓに対する障壁層を構成するＡｌＡｓのΔＥc は約１．０ｅＶと充分高く、熱励起による余剰電流を減少させるのに適しているように予想される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の構成のＲＴＤにおいては、図８（ｃ）において破線で示すように予期したＰ／Ｖ特性及び温度依存特性が得られないという問題がある。
これは、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が約０．５を超えると、Ｘ点における伝導帯の底Ｅc （Ｘ）がΓ点の伝導帯の底Ｅc （Γ）よりも低くなり、Γ−ＸのΔＥc が小さくなり、これにより、余剰電流が増加し、Ｐ／Ｖが低下するためである。
【００１２】
即ち、Γ点で見た場合には、障壁層の電位障壁は十分高いものの、Ｘ点で見た場合の電位障壁がかなり低くなるため、電子の一部はＸ点における電位障壁Ｅc （Ｘ）を超えて余剰電流が流れるためである。
また、それに伴い、電流- 電圧特性の温度依存性も大きくなってしまうという問題もある。
【００１３】
したがって、本発明は、Ｘ点を経由した電子の流れを低減して、高いＰ／Ｖ比を確保し、温度依存性を小さくすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するための、本発明は、少なくとも一層の井戸層１の両側を一対の障壁層で挟み、同一バンド間をトンネルする共鳴トンネル半導体装置において、前記一対の障壁層の少なくとも一方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層２、Γ点における伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層２のΓ点における伝導帯エネルギー端より低く且つ前記Γ点以外の点の伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層２のΓ点以外の点における伝導帯エネルギー端より高い第２の障壁層３を含む少なくとも２層の障壁層で構成することを特徴とする。
【００１５】
この様に、障壁層をΓ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さが互いに異なる２層以上の半導体層で構成することによって、エネルギーギャップの大きな単層の障壁層で構成する場合よりもΓ点以外の点、例えば、Ｘ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Ｘ）を高くすることができ、それによって、Ｘ点における電位障壁を超えて余剰電流が流れるのを抑制することができる。
【００１６】
即ち、エネルギーギャップの大きな第１の障壁層２は、井戸層１及びスペーサ層５，６に対するΓ点における伝導帯エネルギー不連続量は大きいが、Ｘ点での伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）がΓ点のそれＥc （Γ）よりも小さい。
そこで、第１の障壁層２に近接するようにＸ点の伝導帯エネルギー端Ｅc2（Ｘ）が第１の障壁層２のそれＥc1（Ｘ）よりも高い位置にある第２の障壁層３を設けることによって、障壁層のＸ点による電位障壁を超えた余剰電流を抑制することができる。
【００１７】
したがって、障壁層を多層構造にすることにより、Ｘ点を経由した電流経路を減少させることができ、量子準位４を介した共鳴トンネル現象による電流が主になるので、余剰電流減少によるＰ／Ｖ比の増加及び温度依存性低減が可能になる。
【００１８】
なお、井戸層１は単層に限られるものではなく、多層のＭＱＷ構造にしても良く、半導体装置もダイオードに限られるものではなく、トランジスタのベース構造等、トランジスタの一部として組み合わせて使用しても良く、また、一対の障壁層は対称構造である必要は必ずしもない。
【００１９】
また、一対の障壁層の双方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層２及び前記第１の障壁層２とΓ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さの高い第２の障壁層３で構成するとともに、第１の障壁層２が上記井戸層１に直接接するように設けても良いし、或いは、第２の障壁層３が上記井戸層１に直接接するように設けても良い。
【００２０】
また、一つの障壁層の双方を、互いのΓ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さが異なる３種類以上の障壁層から構成しても良く、その場合のΓ点以外の点、例えば、Ｘ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Ｘ）の配置は、任意であるが、井戸層１に近いほうがＸ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Ｘ）が小さくなるように、即ち、Γ点における伝導帯エネルギーの底の高さＥc （Γ）が高くなるように配置することが望ましい。
【００２１】
また、一つの障壁層を、Γ点以外の点の伝導帯エネルギーの底が連続的変化する半導体層、即ち、グレーデッド障壁層により構成しても良いものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態のＲＴＤを説明する。
図２（ａ）参照
まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、厚さが、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３、及び、ＲＴＤ構成層１４を順次堆積させる。
【００２３】
この場合のＲＴＤ層は、厚さが、例えば、６ｎｍのｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層１５、厚さが、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓスペーサ層１６、厚さが、例えば、３０ｎｍでアンドープのｉ型ＧａＡｓスペーサ層１７、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９、厚さが、例えば、４ｎｍのｉ型ＧａＡｓ井戸層２０、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＡｌＡｓ障壁層２１、厚さが、例えば、２ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層２２、厚さが、例えば、３０ｎｍのｉ型ＧａＡｓスペーサ層２３、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍで不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3のｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２４からなる。
なお、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２２のＩｎ組成は０．２である。
【００２４】
図３（ｂ）参照
次いで、スパッタ法を用いて厚さが、例えば、２００ｎｍのＴｉＷ層をウェハ全面に形成したのち、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてＴｉＷ層をドライエッチングすることによってＴｉＷ上部電極２５を形成する。
【００２５】
図３（ｃ）参照
次いで、レジストパターンを除去したのち、ＴｉＷ上部電極２５をマスクとして、リン酸、過酸化水素、水の混合液からなるエッチャントを用いてウェット・エッチングすることによって、ＲＴＤ構成層１４をエッチングしてＲＴＤ素子部２６を形成する。
【００２６】
この場合、ＲＴＤ構成層２６を過剰エッチングしてＴｉＷ上部電極２５にひさし状の張出部を形成するが、ＲＴＤ構成層１４の最下層のｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層１５でエッチングは停止する。
次いで、このｉ型ＩｎＧａＰエッチング停止層１５を塩酸及びリン酸の混合液を用いてエッチング除去することによって、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３を露出させる。
【００２７】
図３（ｄ）参照
次いで、新たなリフトオフ用レジストパターン（図示を省略）を設け、厚さが、例えば、２０ｎｍのＡｕＧｅ膜及び厚さが、例えば、２００ｎｍのＡｕ膜を順次蒸着したのち、リフトオフ用レジストパターンを除去することによってＡｕＧｅ／Ａｕ層２７，２８を形成する。
【００２８】
次いで、例えば、４００℃において１０分間アロイ処理することによって、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１３上に、ＴｉＷ上部電極２５に対して自己整合的に形成された環状のＡｕＧｅ／Ａｕ層２８が下部電極となり、ＲＴＤの基本構成が完成する。
【００２９】
図４参照
図４は、本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０がｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２０及びｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１の二重の障壁層に挟まれ、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０の形成された量子準位２９を介した共鳴トンネル電流が流れることになる。
【００３０】
この場合、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２２のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc2（Ｘ）は、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より高い位置にあるので、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００３１】
また、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁が従来より高くなることによって、熱励起に対して強くなるので温度依存性も小さくなり特性が向上する。
【００３２】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態のＲＴＤを説明するが、障壁層の構成が異なるだけで他の構成は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、伝導帯側のエネルギーバンドのみを示す。
【００３３】
図５参照
図５は、本発明の第２の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０をｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２０及びｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１の二重の障壁層により挟んだものであるが、この場合には、Ｘ点における伝導帯エネルギー端の高いｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２２を内側にしたものである。
【００３４】
この場合も、全体としては、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００３５】
但し、この場合には、量子井戸内に形成される第２量子準位（図示を省略）と基底準位として示した量子準位２９とのエネルギー差が上記の第１の実施の形態に比べて小さくなるので、余剰電流が多少多くなる可能性がある。
【００３６】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態のＲＴＤを説明するが、障壁層の構成が異なるだけで他の構成は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、伝導帯側のエネルギーバンドのみを示す。
【００３７】
図６参照
図６は、本発明の第３の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、この第３の実施の形態においては、障壁層を、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層１８，２０、ｉ型ＡｌＡｓ障壁層１９，２１、及び、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層３０，３１の三重の障壁層としたものである。
【００３８】
この場合のｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層３０，３１のＩｎ組成比は０．２であり、したがって、ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層３０，３１のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc3（Ｘ）は、
Ｅc1（Ｘ）＜Ｅc3（Ｘ）＜Ｅc2（Ｘ）
となる。
【００３９】
この場合も、全体としては、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００４０】
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施の形態のＲＴＤを説明するが、障壁層の構成が異なるだけで他の構成は、上記第１の実施の形態と全く同様であるので、伝導帯側のエネルギーバンドのみを示す。
【００４１】
図７参照
図７は、本発明の第４の実施の形態のＲＴＤの伝導帯におけるエネルギーバンドの概略図であり、この第４の実施の形態においては、障壁層を、ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層３２，３３で形成したものである。
【００４２】
なお、この場合のｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層３２，３３は、例えば、Ｉｎ組成比が０．２のＩｎＡｌＡｓからＡｌＡｓれ組成比が連続的に変化する。
したがって、ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層３２，３３のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc （Ｘ）は、ｉ型ＧａＡｓ井戸層２０から離れるにつれて高くなる。
【００４３】
この場合も、全体としては、Ｘ点における伝導帯エネルギー端により形成される電位障壁は、従来の均一な単層のｉ型ＡｌＡｓ障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端Ｅc1（Ｘ）より形成される電位障壁より高くなるので、熱励起による余剰電流は抑制され、バレイ電流値が小さくなるのでＰ／Ｖ特性が改善される。
【００４４】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、井戸層をｉ型ＧａＡｓ層で構成しているが、ｉ型ＩｎＧａＡｓ層で構成しても良いものであり、また、一番エネルギーギャップの大きな障壁層をＡｌＡｓで構成しているが、ＩｎＡｌＡｓとして良いものである。
【００４５】
また、上記の各実施の形態においては、基板をＧａＡｓとし、基本的にＧａＡｓに格子整合する材料系によってＲＴＤを構成しているが、基板をＩｎＰとし、基本的にＩｎＰに格子整合する材料系によってＲＴＤを構成しても良いものである。
【００４６】
また、上記の第３の実施の形態においては、各障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端の関係を、井戸層に近接する側から大−小−中としているが、この様な順序に限られるものではなく、大−中−小，中−大−小，中−小−大，小−大−中，小−中−大にしても良いものである。
【００４７】
また、上記の第３の実施の形態においては、各障壁層を三重構造としているが、四重構造以上の多層構造で形成しても良いものである。
【００４８】
また、上記の各実施の形態においては、両側の障壁層を対称構造としているが、対称構造に限られるものではなく、各障壁層のＸ点における伝導帯エネルギー端の関係を非対称にしても良いものであり、或いは、障壁層を構成する層数を非対称にしても良いものである。
【００４９】
また、上記の各実施の形態においては、井戸層を一層としているが、一層に限られるものではなく、多層、即ち、ＭＱＷ構造にしても良いものであり、それによって、Ｐ／Ｖ特性をさらに向上することができる。
【００５０】
また、上記の各実施の形態においては、ＲＴＤとして説明しているが、共鳴トンネル構造をトランジスタと組み合わせることにより、３端子の共鳴トンネル素子としても良いものである。
【００５１】
また、上記の各実施の形態においては、下部電極をＴｉＷ上部電極を利用して自己整合的に形成しているが、ＲＴＤ素子部を形成する際に、結晶面方位によるエッチングの異方性を利用して断面形状が逆テーパ状のＲＴＤ素子部とし、このＲＴＤ素子部の形状を利用して下部電極を自己整合的に形成しても良いものである。
【００５２】
また、上記の各実施の形態においては、単体のＲＴＤ構造として説明しているが、ＨＥＭＴ等の電界効果型化合物半導体素子或いはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のバイポーラ型化合物半導体素子とモノリシックに集積化しても良いことは言うまでもなく、その場合に、半絶縁性化合物半導体基板上に、ＨＥＭＴ構成層等の化合物半導体素子構成層を成長させたのち、引き続いてＲＴＤ構成層を成長させ、このＲＴＤ成長層に対して上述の工程を行うことによってＲＴＤを有する化合物半導体集積回路装置を構成することができる。
【００５３】
また、上記の各実施の形態においては、ＲＴＤの下部電極を環状に形成しているが、必ずしも環状である必要はなく、ＲＴＤ素子部の少なくとも一端に近接して設ければ良いものである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、共鳴トンネル構造の障壁層を、Γ点に比べ、その他の点、例えば、Ｘ点の伝導帯エネルギー端が低い材料からなる多層構造によって構成しているので、Γ点以外の点を経由する余剰電流を減らすことが可能になり、それによって、Ｐ／Ｖ比が大きく、且つ、温度依存性の小さい化合物半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のＲＴＤの伝導帯のエネルギーバンドの概略図である。
【図８】従来のＲＴＤの説明図である。
【符号の説明】
１ 井戸層
２ 第１の障壁層
３ 第２の障壁層
４ 量子準位
５ スペーサ層
６ スペーサ層
１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１４ ＲＴＤ構成層
１５ ｎ型ＩｎＧａＰエッチング停止層
１６ ｎ型ＧａＡｓスペーサ層
１７ ｉ型ＧａＡｓスペーサ層
１８ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
１９ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
２０ ｉ型ＧａＡｓ井戸層
２１ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
２２ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
２３ ｉ型ＩｎＧａＡｓスペーサ層
２４ ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層
２５ ＴｉＷ上部電極
２６ ＲＴＤ素子部
２７ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
２８ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
２９ 量子準位
３０ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
３１ ｉ型ＩｎＡｌＡｓ障壁層
３２ ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層
３３ ｉ型ＩｎＡｌＡｓグレーデッド障壁層
５１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板
５２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層
５３ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
５４ ＴｉＷ上部電極
５５ ＲＴＤ素子部
５６ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
５７ ＡｕＧｅ／Ａｕ層
５８ ｉ型ＧａＡｓスペーサ層
５９ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
６０ ｉ型ＧａＡｓ井戸層
６１ ｉ型ＡｌＡｓ障壁層
６２ ｉ型ＧａＡｓスペーサ層
６３ 量子準位
Claims (5)
- 少なくとも一層の井戸層の両側を一対の障壁層で挟み、同一バンド間をトンネルする共鳴トンネル半導体装置において、前記一対の障壁層の少なくとも一方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層及び、Γ点における伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層のΓ点における伝導帯エネルギー端より低く且つ前記Γ点以外の点の伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層のΓ点以外の点における伝導帯エネルギー端より高い第２の障壁層を含む少なくとも２層の障壁層で構成することを特徴とする共鳴トンネル半導体装置。
- 上記一対の障壁層の双方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層及び、Γ点における伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層のΓ点における伝導帯エネルギー端より低く且つ前記Γ点以外の点の伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層のΓ点以外の点における伝導帯エネルギー端より高い第２の障壁層で構成するとともに、前記第１の障壁層が上記井戸層に直接接するように設けたことを特徴とする請求項１記載の共鳴トンネル半導体装置。
- 上記一対の障壁層の双方をΓ点以外の点に伝導帯エネルギーの底を有する第１の障壁層及び、Γ点における伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層のΓ点における伝導帯エネルギー端より低く且つ前記Γ点以外の点の伝導帯エネルギー端が前記第１の障壁層のΓ点以外の点における伝導帯エネルギー端より高い第２の障壁層で構成するとともに、前記第２の障壁層が上記井戸層に直接接するように設けたことを特徴とする請求項１記載の共鳴トンネル半導体装置。
- 少なくとも一層の井戸層の両側を一対の障壁層で挟み、同一バンド間をトンネルする共鳴トンネル半導体装置において、前記一対の障壁層の双方が、Γ点以外の点における伝導帯エネルギーの底の高さが互いに異なる３種類以上の障壁層からなることを特徴とする共鳴トンネル半導体装置。
- 少なくとも一層の井戸層の両側を一対の障壁層で挟み、同一バンド間をトンネルする共鳴トンネル半導体装置において、前記一対の障壁層の双方をΓ点以外の点の伝導帯エネルギーの底が連続的変化する半導体層により構成したことを特徴とする共鳴トンネル半導体装置。
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