JPH02199881A - 負性抵抗素子 - Google Patents

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、半導体構成の負性抵抗素子に係り。

特に、室温においても大きな負性抵抗電圧領域を持つ共
鳴トンネル型多重量子井戸構造の負性抵抗素子に関する
。

（従来の技術〕 共鳴トンネル型負性抵抗素子は、きわめて高速の動作が
可能なことから、高速電子デバイス及び光デバイスへの
応用が盛んに研究されている。特に、多重量子井戸構造
を有する負性抵抗素子を用いることにより、大きな負性
抵抗電圧領域を得ることができることを２本呂願人等は
提案した（特開昭６３−１４７３８２）。

第４図にその素子構造の断面図を示す、ここで。

１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＡｆｉＡｓ半導体層
。

３はバッファ層となるＩｎＡ１Ａｓ層ａ　（厚さ６７オ
ングストローム）と井戸層となるＩｎＧａＡｓ層ｂ（厚
さ６７オングストローム）を交互に、それぞれ４０層ず
つ合わせて８０層だけ、積層した構造を有するアンドー
プの多重量子井戸層、４はｐ型ＩｎＡｆｉＡｓ層である
。また、５はｎ型電極、６はｐ型電極であり、素子の長
さは２００Ｉｎａ、幅は８０μである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した第４図構造を持つ素子の温度７７にでの電流−
電圧特性は第５図に示すとおりであり、きわめて大きな
負性抵抗電圧領域Ｖ、が得られている。しかしながら、
この素子では、高温においてはピーク電流値が著しく減
少し、室温における電流−電圧特性は第６図に示すよう
なものとなり。

負性抵抗特性が消失してしまうという問題があった。こ
れは、高温では、多重量子井戸構造中をトンネル効果で
通過する電子が格子振動により散乱を受はトンネル電流
が著しく減少してしまうためである。このため、この素
子を室温で動作させることは不可能であった。

本発明の目的は、室温においても大きな負性抵抗電圧領
域を有する共鳴トンネル型多重量子井戸構造負性抵抗素
子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、第１の導電型の半導体基板上に。

（イ）第１の導電型の第１の半導体層と、（ロ）バリア
層となる第２の半導体層と井戸層となる第３の半導体層
の積層構造で形成される多重量子井戸構造層と、（ハ）
第２の導電型あるいは第１の導電型の第４の半導体層と
を順次積層した構造の負性抵抗素子において、井戸層と
なる第３の半導体層に第１の導電型を有する不純物がド
ープされている構造とすることにより、達成される。

〔作用〕

共鳴トンネル型多重量子井戸構造負性抵抗素子における
各量子井戸層にｎ型不純物をドーピングすることにより
、高温においても格子振動による散乱の影響がほとんど
無く、室温においてもきわめて大きな負性抵抗電圧領域
を有する電流−電圧特性が得られる。

〔実施例〕

以下２本発明の一実施例と、その作用、効果を第１図、
第２図、第３図により説明する。第１図は実施例の断面
図で、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＡｌｌＡｓ半
導体層、３はバリア層となるアンドープＩｎＡｊＬＡｓ
層ａと井戸層となるｎ型ドープＩｎＧａＡｓ層すを交互
に積層した多重量子井戸層。

４はｐ型ＩｎＡｊＬＡｓ半導体層である。また、５はＡ
ｕＧ５Ｎｉ層で形成したｎ電極、６はＡｕＺｎＮｉ層で
形成したｐ電極である。多重量子井戸層３内のバリア層
となるＩｎＡＩＩＡｓＪｌｌａの厚さは６７オングスト
ローム、井戸層となるＩｎＧａＡｓＪＩＦｂの厚さは６
５オングストロームである。また、井戸層の数は４０と
した。ｎ形ドーパントとしてはＳｉ、ｐ形ドーパントと
してはＢｅを用いた。井戸層のＳｉドーピング濃度はＩ
　Ｘ　１０”ｃｍ−”とした、また、ｎ型ＩｎＡｆｉＡ
ｓ半導体層２のＳｉドーピング濃度は２Ｘ１０１″ｃａ
ｍ−’、　ｐ型ＩｎＡｌｌＡｓ半導体層４のＢｅドーピ
ング濃度は２　Ｘ　１０”ｃｍ−”である、なお、各層
は電界が均一に印加されるようにメサ型にエツチング処
理しである。メサの幅は８０１１ｍである。

この素子は第２図に示すようなバンド構造のもとに動作
する。即ち、印加電圧Ｖ、がフラットバンド電圧ｖＩ）
より小さい場合は第２図（ａ）のような状態であり電流
は流れにくい、印加電圧Ｖ。

が増加し、フラットバンド電圧Ｖｂに近くなると。

各量子井戸層は共鳴トンネル状態となり電流が急激に増
加する（第２図（ｂ））、ここで、各井戸層にはあらか
じめドーピングにより電子が存在するため、各井戸層中
の電子が同時に右となりの井戸層にトンネル効果で移動
することになる。即ち。

１つ１つの電子は単にとなりの井戸層へ移動するだけで
あるから格子振動の散乱の影響はきわめて小さい、これ
に対し、井戸層にドーピングがなされていない場合は、
１つの電子がすべての井戸層をトンネル効果で通過しな
ければならないため。

格子振動の散乱を受ける確率が高くなり、実効的なトン
ネル電流が小さくなってしまう。

さて、印加電圧Ｖ、がフラットバンド電圧Ｖｂを越えて
大きくなると、多重量子井戸の１つの井戸に余分の電圧
が加わり、共鳴トンネル状態が破壊され、電流が急激に
減少し、負性抵抗が生じる（第２図（ｃ））、さらに印
加電圧Ｖ、が大きくなると、高次の準位との間のトンネ
ル電流のため電流が若干増加しはじめる（第２図（ｄ）
）が、さらに印加電圧ｖ１１が大きくなると、別の井戸
に余分の電圧が加わり、そこでの共鳴トンネル状態が破
れ、電流は再び減少し、負性抵抗状態を保つ（第２図（
ｅ））。この効果は量子井戸の数だけ繰り返されるため
、きわめて大きい負性抵抗領域を室温においても得るこ
とが可能となる。

第３図に、この素子の室温における電流−電圧特性を示
す、室温においても、負性抵抗領域が約５ｖと、きわめ
て大きい値の負性抵抗特性が得られている。注目すべき
ことは、この負性抵抗領域の値は量子井戸数を変えるこ
とにより、自由に調整できるということである。

なお９本実施例では、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡＡＡｓ系の
場合について説明したがｓ　ＧａＡｓ／ＡＡＧａＡｓ系
等の他の材料のものでも同様の作用、効果を生じ。

また、第１図中のｐ型Ｉ　ｎ　ｕ　Ａ　ｓ半導体層４を
、ｎ型ＩｎＡｆｌＡｓ半導体層２と同じ導電型にしてｎ
型ＩｎＡＱＡｇ半導体層としても良いことは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように９本発明による共鳴トンネル型多重
量子井戸構造の負性抵抗素子を用いれば。

室温においてもきわめて大きな負性抵抗電圧領域を有す
る負性抵抗特性を得ることができる。この特性は、共鳴
トンネル型負性抵抗素子を電子デバイス、光デバイスに
応用する上で、きわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造を示す断面図。 第２図は本発明の詳細な説明するバンド構造図。 第３図は本発明の素子の室温における電流−電圧特性例
を示す図、第４図は従来例の構造を示す断面図、第５図
は従来素子の温度７７Ｋにおける電流−電圧特性図、第
６図は従来素子の室温における電流−電圧特性図である
。 符号の説明 １・・・ｎ型ＩｎＰ基板 ２・・・ｎ型Ｉ　ｎ　ＭＩ　Ａ　ｓ半導体層３・・・多
重量子井戸層 ４・・・ｐ型Ｉ　ｎ　Ａｎ　Ａ　ｓ半導体層５・・・ｎ
電極　　　　　　６・・・ｐ電極ａ・・・バリア層（ア
ンドープＩｎＡｊｌＡｓ層）ｂ・・・井戸層（第１図の
本実施例ではＳｉドープＩｎＧａＡｓ層、第４図の従来
例ではアンドープＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層） 特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人弁理士　　中　村　純之助 第１図 ３−一一一多皇！３社戸層 ａ−ｍ−バリア層　　ｂ−ｍ−井戸す費ｅ−＋ ｅ−一一一 −一 ０−一一一ノでリア層 ｂ−一一一井所 第４ 図 第３ 図 電圧　（ボルト） 第５図 電圧　（ボルト） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、第１の導電型の半導体基板上に、（イ）第１の導電
   型の第１の半導体層と、（ロ）バリア層となる第２の半
   導体層と井戸層となる第３の半導体層の積層構造で形成
   される多重量子井戸構造層と、（ハ）第２の導電型ある
   いは第１の導電型の第４の半導体層とを順次積層した構
   造の負性抵抗素子において、井戸層となる第３の半導体
   層に第１の導電型を有する不純物がドープされているこ
   とを特徴とする負性抵抗素子。