JPH01241870A

JPH01241870A - 共鳴トンネル素子

Info

Publication number: JPH01241870A
Application number: JP7060588A
Authority: JP
Inventors: Akio Furukawa; 昭雄古川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1988-03-23
Publication date: 1989-09-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、共鳴トンネル現象を利用する半導体装置すな
わち共鳴トンネル素子構造に関するものである。

（従来の技術）共鳴トンネル現象を利用する素子には、共鳴トン　ネ　
ル　ダ　イ　オ　−　ド　（Ｒ，Ｔｓｕニアブライド・
フィジクスレター２４巻（１９７３）Ｐ、５［ｉ２　Ａ
ｐｐｌ、ｐｈｙｓ　Ｌｅｔｔ　　２２（＋９７３）Ｐ、
５Ｅｉ２）、共鳴トンネルホット・エレクトロン・トラ
ンジスタ（積山：ジャパニーズ・ジャーナル・オン・ア
プライド・フィックス２４巻（１９８５）　Ｐ、８５３
．　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐ
ｌｊｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　２４（＋９８５）　＋８５
３）などが提案されており、どれも量子井戸とポテンシ
ャル障壁をもっている。これらの素子の材料としては、
従来、量子井戸部分にはＧａＡｓ又は１ｎＧａＡｓ、ボ
テンンヤル障壁部分にはＡＩＧａＡ又はＡｌＡｓ又は、
ＩｎＡｌＡｓが用いられていた。共鳴トンネル現象をよ
り良く発現するために必要な条件は、熱的に励起された
電子又は、結晶格子の乱れに起因するエネルギー分布の
広がった電子による伝導をなるべく少なくすることであ
る。そのためには、ポテンシャル障壁の高さをより高く
できる材料の組み合わせを選択する必要がある。従来材
料の場合、ポテンシャル障壁の高さは、ＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓの場合０．３ｅＶ　、　１ｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓの場合０．５ｅＶであり、共鳴トンネル現象の特
性としては、それはと良くないものであった。従来の例
としてＧａＡｓ／Ａ　１（ｉａＡｓの場合のポテンシャ
ル構造を第２図に示す。

（発明か解決しようとする問題点）従来の共鳴トンネル素子構造に用いている材料において
は、そのポテンシャル障壁の高さか０．５ｅＶ以下と低
いためにその特性、例えば電流争電圧特性におけるピー
ク・バレー比が室温で１０以下と、それはと良くないも
のであった。

本発明は、より特性の良い共鳴トンネル素子を実現する
ために、その材料を提供することにある。

（問題を解決するための手段）共鳴トンネル現象を利用する素子において、共鳴トンネ
ル現象を発現する部分の構造が、１つ以上の量子井戸と
、井戸の数より１つ多いボテンンヤル障壁から形成され
る構造を有する場合、その材料として量子井戸部分にｌ
　ｎ　Ａ　ｓ　ｘ　Ｓ　ｂ　１−　ｘ　（０９≦ｘ≦１
）を用い、ポテンシャル障壁部分にＡＩｚＧａ、−２５
ｂｙＡＳ＋−ｙ（０，９≦ｙ≦１及び０≦Ｚ≦１）を用
いる。

（作用）共鳴トンネル現象は、その素子の両端に電圧を印加した
とき、ある離散的な電圧か印加されたときに限り、電流
か良（流れ、それ以外の電流では、電流量か少なくなる
現象である。そしてその特性は電流の良く流れる時と、
少ない時の比（ピーク・バレー比）で評価でき、この比
か大きい方が特性は良い。ピーク・バレー比を決める要
因は、共鳴トンネルによる電流と、それ以外の電流の寄
与が考えられ、後者をいかにして減少させるかが良い共
鳴トンネル素子を実現する決め手となる。

本発明による材料の組合わせ、すなわち、量子井戸に１
ｎＡｓｘＳｔｚ−ｘ（０，９≦ｘ≦１）、ポテンンヤル
障壁にＡｌ□Ｇａ、２Ｓｂ、、Ａｓ、−ｙ（０，９≦ｙ
≦１，０≦２≦１）を用いた場合、ポテンンヤル障壁の
高さはＡｌＳｂの場合、最大で約１．３ｅＶと大きくて
きるために、先に述べた共鳴トンネル電流以外の成分、
特にその大きな部分を占める熱的に励起された電子の電
流による寄与を著しく減少することができる。一方陣壁
高さの最も低いＧａＳｂＡｓても、ポテンシャル障壁の
高さは０．８ｅＶと大きい。従ってＡ１□Ｇａ、２Ｓｂ
、＃Ａｓ、−，（０，９≦ｙ≦１．０≦Ｚ≦１）はポテ
ンシャル障壁として用いて、十分大きな障壁となる。な
お、１ｎＡｓｘＳｂ　、−ｘは０．９≦ｘ≦１の範囲で
はバンドギャップの変化は１％程度であり、この影響は
無視てきる。これらの材料は格子定数がわずかに異なる
ため、ミスフィツト転位などの格子欠陥の生成を抑制す
るために、組成Ｘ＋　　ｙは上記定数の差も０．６％以
内であるために基板として、ＧａＳｂやＩｎＡｓを用い
ることにより、格子欠陥の非常に少ないものが得られる
。格子欠陥も、共鳴トンネル電流以外の電流成分の増加
に寄与するために、本材料の選択により、この点でも仔
利となり、ピーク・バレー比が室温でも１０以上という
特性の良い、共鳴トンネル素子が実現できる。これらの
構造の結晶は例えば、分子線エピタキシー法によって作
製することが可能である。

（実施例）第１図に、本発明による材料を用いた場合の２重障壁の
共鳴トンネル構造のポテンシャル構造を示す。１：量子
井戸部分は、ＩｎＡｓを用い、厚さを例えば１００Ａと
し、２：障壁はＡｌＳｂを用い厚さは、２つの障壁とも
２ＯＡとした。量子井戸は多重量子井戸でも単一でも構
わない。そして、これらの両端は電極層としてＩｎＡｓ
を用いる。格子定数は、１ｎＡｓとＡｌＳｂは約１％異
なるか、ＡｌＳｂ層は薄いために、格子欠陥は入らない
。なお、障壁層の膜厚は１００Ａまで、またＡｌＳｂ、
Ａｓ、、Ｖ（０，９≦ｙ≦１）を障壁としても、ピーク
・バレー比１０以上が再現性良く得られ特性は良好であ
った。またこの他に厚さ５０ＡのＧａＳｂＡｓ層を障壁
層として用いたがピーク・バレー比は１０以上の値が得
られた。基板としては、ＧａＳｂ又は１ｎＡｓを用いる
ことができる。この材料の組合わせの場合、ポテンシャ
ル障壁の高さは０．８ｅＶから１．３ｅＶ程度になり、
ＧａＡｓ／Ａ　ｌＧａＡｓの０．３ｅＶと比較して数倍
の高さの障壁となり、特性の良いものが期待できる。第
１図では量子井戸にＩｎＡｓを用いたが、ＩｎＡｓｘ５
ｔ＋＋−ｘ（０，９≦ｘ≦１）でも良い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明による材料を共鳴トンネル
素子に適用した場合、共鳴トンネル現象の特性として、
従来のものに比較して格段に特性の良いものができ、室
温でピーク・バレー比か１０以上のものか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の材料を用いたときの、共鳴トンネル構
造と、そのポテンシャルを示す図、第２図は従来のＧａ
Ａｓ／Ａ　ｌＧａＡｓを用いた時の共鳴トンネル構造と
そのポテンシャルを示す図である。図において、１・・・・・・量子井戸２・・・・・・ポテンシャル障壁３・・・・・・伝導帯４・・・・・・価電子帯である。

Claims

【特許請求の範囲】

　量子井戸構造とポテンシャル障壁を有し、共鳴トンネ
ル現象を利用する共鳴トンネル素子において、量子井戸
部分の材料としてＩｎＡｓ＿ｘＳｂ＿１＿−＿ｘを用い
、ポテンシャル障壁部分はＡｌ＿ｚＧａ＿１＿−＿ｚＳ
ｂ＿ｙＡｓ＿１＿−＿ｙを用いてあり、これらの材料の
組成ｘ、ｙ、ｚは０．９≦ｘ≦１、０．９≦ｙ≦１及び
０≦ｚ≦１を満たすことを特徴とする共鳴トンネル素子
。