JPH02246378A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPH02246378A
JPH02246378A JP6833889A JP6833889A JPH02246378A JP H02246378 A JPH02246378 A JP H02246378A JP 6833889 A JP6833889 A JP 6833889A JP 6833889 A JP6833889 A JP 6833889A JP H02246378 A JPH02246378 A JP H02246378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
tunnel
type
current
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6833889A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasumi Hikosaka
康己 彦坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP6833889A priority Critical patent/JPH02246378A/ja
Publication of JPH02246378A publication Critical patent/JPH02246378A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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、半導体装置に関し、詳しくは、負性抵抗を有
する2端子素子であって、特に負性抵抗が生じる方法に
ついて、従来のトンネル・ダイオードの半導体構成とは
異なる新しい方法の半導体構成を用いて負性抵抗を実現
するようにした半導体装置に関する。
近年の機能素子の発展に伴い、これら素子の安定性と幅
広い自由度が要求される。特に負性抵抗型素子において
も、使用目的により幅広い素子特性と安定性がますます
重要となる。
〔従来の技術〕
p fil域とn領域の不純物濃度が何れも極めて大き
いpn接合(G e % S i接合でl Q ” a
m −”以上)では、半導体は縮退状態となり、空乏層
はトンネル効果を生ずる程度に薄(なる(100A程度
)、この状態では、通常の順方向立上り特性の前にトン
ネル電流による電圧制御形の負性抵抗が現れる。
このような特性を示す接合をトンネル接合(tunne
l junction)といい、トンネル接合による真
性抵抗素子をトンネル・ダイオードと呼ぶ。
トンネル・ダイオードは、負性抵抗が電子のトンネル現
象に由来するため、高速動作が可能である。適当な負荷
抵抗時には2安定素子として動作するので、高速パルス
発生、カウンタなどの応用が考えられる。また、トンネ
ル効果自身は本質的に温度に依存しないので、ダイオー
ドの特性も温度保存性が少ないのが特長である。トンネ
ル・ダイオードはスイッチングデバイスとしての応用や
マイクロ波領域での発振、増幅などの応用が可能である
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来のトンネル・ダイオード
にあっては、単一の半導体材料を用いてp型、n型領域
を形成し、半導体のエネルギ・ギャップ中を通過するト
ンネル効果を利用して食性抵抗を得るという構成となっ
ていたため、充分量の空の準位を作る必要があることか
ら、p、n各々縮退状態が実現できる相当量のドーピン
グ濃度(約I XIO”ell−”以上)が必要とされ
ていた。さらにトンネル確率が、エネルギ・ギャップに
よってほぼ決まるため、−旦材料が決まればトンネル電
流量は余り変化させることができなかった。したがって
、高濃度を実現するために用いる半導体材料に対して活
性化率が高く、固溶度の大きい不純物を選択する必要が
あり、また不純物の拡散によるダイオードの接合領域の
制御性に関する懸念もある。さらにトンネル電流量に自
由度が少ないため、広範囲の特性をもつダイオードが得
られにくい欠点がある。
そこで本発明は、従来のトンネル・ダイオードのような
高濃度のドーピングを必要とせず、通常のト′−ピング
濃度で動作が可能な負性抵抗型のダイオードを提供し、
かつ第三の半導体の膜厚を変えることにより、トンネル
電流量を変化させることが可能な新しい構成のトンネル
・ダイオードを提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体装置は上記目的達成のため、第一の
半導体と第二の半導体との組み合わせによるペテロ接合
を存する半導体装置であって、前記ヘテロ接合は2次元
電子と2次元ホールとが同時に形成され、半金属的性質
を持つ第二種ヘテロ接合系からなり、該ヘテロ接合系を
構成する前記第一の半導体と前記第二の半導体との間に
該第−第二の半導体よりも電子親和力が小さく薄い第三
の半導体を挿入し、該第三の半導体内のトンネル効果に
基づいて前記電子と前記ホールのエネルギ準位間での電
流の授受の有無により負性抵抗が生じるようにしている
〔作用〕
本発明では、第二種のヘテロ接合系を構成する第一の半
導体と前記第二の半導体との間に、該第一、第二の半導
体よりも電子親和力が小さく薄い第三の半導体が挿入さ
れる。
したがって、該第一、第二の半導体に所定の電圧を印加
すると、バイアスが小さい時は、2次元電子が第三の半
導体をトンネル通過し、2次元ホールである空の準位に
入り、トンネル電流が流れる(ホールについて逆の過程
も同様である)0次に、バイアスが大きくなると、p型
半導体では禁止帯に入るため、空の準位がなく電子から
のトンネル電流は流れない。さらに十分にバイアスが大
きくなると、p型半導体では、伝導帯の領域に入り、新
たに空の準位ができ再びトンネル電流が流れる(ホール
についてもp型からn型に同様なメカニズムにより電流
のオン・オフが生じる)、その結果、負性抵抗型の電圧
−電流特性が得られる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
皿理説所 本発明は、第二種のヘテロ接合系が形成できる2つの半
導体材料を用いて、そのヘテロ界面に生じる2次元電子
と2次元ホールの準位間のやりとりを、第三の薄い半導
体中を通過するトンネル効果を利用して、負性抵抗型の
ダイオード特性を得るようにしたものである。
上記基本原理を第1〜3図を用いて具体的に説明する。
第1図は、本発明の原理説明図である。
第1図(a)は、第二種のヘテロ接合系lにおいて、電
子親和力の大きい材料をn型の領域2にドーピングし、
電子親和力の小さい材料をp型の領域3にドーピングし
たものを直接接続したバンド図を示しており、この状態
で2次元電子ガス(2DEG)と2次元ホールガス(2
DHG)が形成される。しかし、この状態で電圧を印加
すると、第2図に示すようなオーミック伝導のみが得ら
れる。
次に、このヘテロ接合系lの間に、新たにトンネルが可
能な程度に薄い、電子親和力の小さい第三の半導体4を
挿入したものが第1図(b)である、この状態では、第
1図(a)の場合とは異なり、電圧を印加すると、電圧
が第三の半導体4のみに集中するため、バイアスにより
2次元電子と2次元ホールのエネルギ準位を自由に変化
させることができ、トンネル電流の制御が可能となる。
このときの熱平衡状態の電圧−電流特性は第3図(1)
で示される。
本発明では、第1図(b)に示すように、2次元電子と
2次元ホールとが形成されるヘテロ接合系lにおいて、
第三の薄い半導体4を導入することにより、両エネルギ
準位をバイアスにより変化させて、トンネル電流を制御
するものである。
このヘテロ接合系1において、n型の領域2に負の電圧
を印加し、p型の領域3に正の電圧を印加すると、バイ
アスが小さいときは第1図(b)に示すように2次元電
子が第三の半導体4をトンネル通過し、2次元ホールで
ある空の準位に入り、トンネル電流が流れる(第3図(
1)参照)、また、ホールについて逆の過程も同様であ
る。そして、バイアスが大きくなると、第1図(C)に
示すようにp型半導体では禁止帯に入るため、空の単位
がなく電子からのトンネル電流は流れない(第3図(I
I)参照)、さらに十分にバイアスが大きくなると、p
型半導体では、第1図(d)に示すように伝導帯の領域
に入り、新たに空の準位ができ再びトンネル電流が流れ
る(第3図(III)参照)。ホールについてもp型か
らn型に同様なメカニズムにより電流のオン・オフが生
じる(但し、オン・オフの電圧が異なる場合もある)。
以上により、負性抵抗型の電圧−電流特性が得られるこ
ととなる0本発明による半導体装置の負性抵抗型の電圧
−電流特性は特性的には従来の単一の半導体材料を用い
て作られるトンネル・ダイオードと同様であるが、従来
のダイオードに比ベバイアス電圧がかなり小さく、微小
電圧(例えば、100mV)で動作可能である。
二実笠■ 以下、上記基本原理に基づいて実施例を説明する。第4
図は本発明に係る半導体装置の一実施例を示す図であり
、第二種のヘテロ結合系としてInAs (インジウム
・ヒ素)とGaSb (ガリウム・アンチモン)を用い
た例である。第4図において、11は負性抵抗ダイオー
ド(半導体装置)であり、負性抵抗ダイオード11は1
−GaAs (真性半導体−ガリウム・ヒ素)からなる
基板12と、膜厚が0.5.crmで1−AISb (
真性半導体−アルミニウム・アンチモン)からなるバッ
ファ層13と、第二種のヘテロ接合系14として膜厚が
0.1μmでn−1nAs(n型インジウム・ヒ素)か
らなる第一の半導体15および膜厚が0.1μmでp−
GaSb (p型ガリウム・アンチモン)からなる第二
の半導体16と、第一の半導体15と第二の半導体16
との間に挿入される膜厚が3nmの薄い絶縁性の1−A
JSb (真性半導体−アルミニウム・アンチモン)か
らなる第三の半導体17と、第一の半導体15とオーミ
ックコンタクトをとるためのオーミック電極(AuGe
/Au)1Bと、第二の半導体16とオーミックコンタ
クトをとるためのオーミック電極(AuSn/Au)1
9.20と、により構成されている。
本実施例では、第二種のヘテロ接合系14としては、T
nAsとGaSbを用いており、T nAsをn型とし
、GaSbをp型とする。しかし両材料では、アン・ド
ープでも各々、n型、p型からなる場合が多い。また第
三の半導体17としては、ノン・ドープのAjSbを用
いている。/l!Sb膜の厚みは、lnmから10nm
程度である。
この場合、他の半導体材料の組み合わせてとしては、I
nAsSb%GaSbAs、Al5bASなどの3元素
を組み合わせることも可能である。
但し、2次元電子と2次元ホールが形成されるような第
二種のヘテロ接合組成の組み合わせが必要である。
このように、本実施例では2次元電子と2次元ホールが
同時に形成され半金属的性質がある第二種のヘテロ接合
を有する第一の半導体15および第二の半導体16が設
けられ、第一の半導体15と第二の半導体16の間に前
半導体よりも電子親和力が小さくトンネルできる程度の
薄い第三の半導体17が挿入される。
したがって、単に第一の半導体15と第二の半導体16
を組み合わせると第2図に示すようなオーミック電流が
流れるだけだが、第三の半導体17内のトンネル効果を
通して2次元電子と2次元ホールのエネルギ準位間で電
流のやりとりが生じることになり第3図に示す負性抵抗
特性が得られる。すなわち、最初、電圧を余り加えない
状態では第1図(b)に示すように互いの、例えば電子
が第三の半導体4をトンネル通過して、p型の領域3の
空きの準位に入るという状況で電流が流れる(第3図(
1)Wl域)、そして、少しバイアスを加えると、第1
図(C)に示すように禁止帯に入るためトンネルする空
きの準位がなく、電流はカントオフされる(第3図(n
)t+Jf域)、さらに、バイアスを大きくすると、第
1図(d)に示すように伝導帯の領域に入り、空きの準
位ができるため再びトンネルできるようになる(第3図
(m)SJI域)。
以上説明したように、本実施例によれば、従来のトンネ
ル・ダイオードのように、高ドーピングの必要がなく、
また間に挟む半導体層の厚みを変えることにより、トン
ネル電流量も制御できるため、負性抵抗型のダイオード
素子への性能幅向上に寄与することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来のトンネル・ダイオードのような
高濃度のドーピングを必要とせず、通常のドーピゾグ濃
度での動作を可能にするとともに、かつ第三の半導体の
膜厚を変えることにより、トンネル電流量を変化させる
ことが可能な新しい構成のトンネル・ダイオードを実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明の詳細な説明するための図であり、 第1図はそのバンド図、 第2図はその第二種のヘテロ接合系の電圧−電流特性図
、 第3図はその負性抵抗型の電圧−電流特性図、第4図は
本発明に係る半導体装置の一実施例を示すその構造を示
す断面図である。 l、14・・・・・・第二種のヘテロ接合系、2・・・
・・・n型の領域、 3・・・・・・p型の領域、 4.17・・・・・・第三の半導体、 11・・・・・・負性抵抗ダイオード 12・・・・・・基板、 13・・・・・・バッファ層、 15・・・・・・第一の半導体、 16・・・・・・第二の半導体、 18〜20・・・・・・オーミック電極。 (半導体装置) (a) 原理説明のためのバンド図 第1図 /

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第一の半導体と第二の半導体との組み合わせによるヘテ
    ロ接合を有する半導体装置であって、前記ヘテロ接合は
    2次元電子と2次元ホールとが同時に形成され、半金属
    的性質を持つ第二種のヘテロ接合系からなり、 該ヘテロ接合系を構成する前記第一の半導体と前記第二
    の半導体との間に該第一、第二の半導体よりも電子親和
    力が小さく薄い第三の半導体を挿入し、 該第三の半導体内のトンネル効果に基づいて前記電子と
    前記ホールのエネルギ準位間での電流の授受の有無によ
    り負性抵抗が生じるようにしたことを特徴とする半導体
    装置。
JP6833889A 1989-03-20 1989-03-20 半導体装置 Pending JPH02246378A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6833889A JPH02246378A (ja) 1989-03-20 1989-03-20 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6833889A JPH02246378A (ja) 1989-03-20 1989-03-20 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH02246378A true JPH02246378A (ja) 1990-10-02

Family

ID=13370955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6833889A Pending JPH02246378A (ja) 1989-03-20 1989-03-20 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH02246378A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518326A (ja) * 1999-11-17 2003-06-03 エイチアールエル ラボラトリーズ,エルエルシー タイプiiインターバンド異質構造体後方ダイオード
JP2010251689A (ja) * 2009-03-27 2010-11-04 Fujitsu Ltd 半導体素子
JP2011523208A (ja) * 2008-05-27 2011-08-04 ユニヴァーシティー オブ ノートル ダム デュ ラック Sb化合物ベースのバックワードダイオードによるミリ波検出器に係る方法及び装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518326A (ja) * 1999-11-17 2003-06-03 エイチアールエル ラボラトリーズ,エルエルシー タイプiiインターバンド異質構造体後方ダイオード
JP2011523208A (ja) * 2008-05-27 2011-08-04 ユニヴァーシティー オブ ノートル ダム デュ ラック Sb化合物ベースのバックワードダイオードによるミリ波検出器に係る方法及び装置
JP2010251689A (ja) * 2009-03-27 2010-11-04 Fujitsu Ltd 半導体素子

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2773487B2 (ja) トンネルトランジスタ
JP2773474B2 (ja) 半導体装置
JPS6331173A (ja) 半導体装置
JPH02231777A (ja) 共鳴トンネル光電素子
US5561306A (en) Hetero-bipolar transistor having a plurality of emitters
JPH02246378A (ja) 半導体装置
US5021863A (en) Semiconductor quantum effect device having negative differential resistance characteristics
US4334311A (en) Transverse junction stripe semiconductor laser device
JP2734435B2 (ja) トンネルトランジスタ及び記憶回路
JPS62298181A (ja) 半導体装置
US4994882A (en) Semiconductor device and method
JPH0878432A (ja) 半導体電子デバイス装置
Zhu et al. A Si bistable diode utilizing interband tunneling junctions
JP2765607B2 (ja) トンネル効果型半導体装置
Collins et al. Experimental observation of large room‐temperature current gains in a Stark effect transistor
JP2755233B2 (ja) 高注入効率半導体接合
JPS63155772A (ja) 電界効果トランジスタ
JP2778447B2 (ja) トンネルトランジスタおよびその製造方法
JP2004200286A (ja) 共鳴トンネル障壁構造
JPS61161774A (ja) ダイオ−ド
JPS63142864A (ja) 半導体装置
JPS63193546A (ja) 複合半導体装置
JPH0226078A (ja) 電子干渉素子
JPH05175514A (ja) トンネルトランジスタ
JPH07169945A (ja) 電界効果トランジスタ