JPH03241875A - 半導体共鳴トンネルダイオード - 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、半導体共鳴トンネルダイオードに関する。

【従来の技術】

従来、第５図及び第６図を伴って次に述べる半導体共鳴
トンネルダイオードが提案されている。 すなわち、ＧａＡｓでなり且つｎ型を有する半導体基板
１上に、■ＧａＡＳでなり且つｎ型を有する第１のコン
タクト層としての第１の半導体層２と、（２）ＩｎＧａ
ＡＳ（ただし、１−ｘ　　　ｘ ０≦ｘ≦１）でなり且つｎ　型またはｉ型を有する井戸
層としてのｎ個（ただし、ｎは１以上の整数）の半導体
層Ａ　、Ａ２・・・・・・・・・Ａｎと、ＡＩ　　Ｇａ
　　　Ａｓ（ただし、Ｏ＜ｙ≦１）でＶ　　　１−Ｖ なり且つｎ−型またはｉ型を有する障壁層としての（ｎ
＋１）個の半導体層Ｂ　　、Ｂ　　・・・・・・・・・
２ Ｂ　　とが、半導体層Ｂ　　、Ａ　　、Ａ　　、Ｂ　　
、ｎ＋１　　　　　　　　１　　１　　２　　２Ｂ３・
・・・・・・・・Ｂ　　、Ａ　　、Ｂ、＋１の順に順次
積層ｎ されている半導体積層体３（ただし、図においては、ｎ
＝１の場合が示されている〉と、（３）ＧａＡｓでなり
且つｎ型を有する第２のコンタクト層としての第２の半
導体層４とが、それらの順に積層されている。 この場合、半導体積層体３を構成している井戸層として
の半導体層Ａ・　（ｉ−１，２・・・・・・・・・ｎ）
は、障壁層としての半導体層Ｂ・及びＢ・１十 、によるポテンシャル障壁によって、半導体層Ａｎ内に
おける伝導電子が、２次元的量子止車位を形成している
のに十分な薄い厚さを有している。 また、半導体基板１の第１の半導体層２側とは反対側の
面上に、第１の電極層５がオーミックに付され、また、
第２の半導体層４の半導体積層体３側とは反対側の面上
に第２の電極層６がオーミックに付されている。 以上が、従来提案されている半導体共鳴トンネルダイオ
ードの構成である。 このような構成を有する従来の半導体共鳴トンネルダイ
オードによれば、電極層５及び６問に直流電源を接続し
、その電圧を零の値から高い値に上げていけば、第１の
コンタクト層としての第１の半導体層２（または第２の
コンタクト層としての第２の半導体層４）の伝導電子の
エネルギが、半導体積層体３を構成している井戸層とし
ての半導体層ＡｎＡ２・・・・・・・・・Ａｎの伝導電
子が形成している２次元的量子化準位のエネルギと一致
するようになり、そして、そのようになれば、第１の半
導体層２〈または第２の半導体層４）から半導体積層体
３を構成している井戸層としての半導体ｍＡｎＡ２・・
・・・・・・・Ａｎへの伝導電子のトンネル確率が急激
に増大し、いわゆる共鳴トンネル現象が生じ、従って、
電極層５及び６を通じるトンネル電流が得られる。 また、この共鳴トンネル現象によって生ずるトンネルＮ
流は、電極層５及び６間の電圧を上げることによって、
第１のコンタクト層としての第１の半導体層２（または
第２のコンタクト層としての第２の半導体１１４）の伝
導帯の底のエネルギが、井戸層としての半導体層Ａ１、
Ａ２・・・・・・・・・Ａｎの伝導電子が形成している
２次元的量子止車位のエネルギと一致するまでは増大す
るが、第１の半導体層２（または第２の半導体層４〉の
伝導電子の底のエネルギがそれよりも高くすれば、急激
に低下する。 従って、第５図及び第６図に示す従来の半導体共鳴トン
ネルダイオードは、第７図の電圧電流特性で示すように
、負性微分抵抗特性を呈する。 従って、第５図及び第６図に示す従来の半導体共鳴トン
ネルダイオードは、負性抵抗素子として使用して好適で
ある。 また、従来、第８図及び第９図を伴って、次に述べる半
導体共鳴トンネルダイオードも提案されている。 第８図及び第９図において、第５図及び第６図との対応
部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第８図及び第９図に示す従来の半導体共鳴トンネルダイ
オードは、次の事項を除いて、第５図及び第６図で前述
した従来の半導体共鳴トンネルダイオードの場合と同様
の構成を有する。 すなわち、第５図及び第６図で上述した従来の半導体共
鳴トンネルダイオードの構成における第１のコンタクト
層としての第１の半導体層２と、半導体積層体３と、第
２のコンタクト層としての第２の半導体層４との積層体
が、第１の半導体層２を底とするメサ型に形成され、そ
して、ぞのメサ７が、例えばポリイミドでなる絶縁層８
によって側方から埋め込まれ、そして、第２の電極層５
が、第２の半導体層４及び絶縁層８上に連続延長してい
る。 この場合、メサ７は、その厚さ方向と直交する面上でみ
て、円形を有するが、半導体積層体３の井戸層としての
半導体ＭＡ　１Ａ２・・・・・・・・・Ａｎにおける伝
導電子が、絶縁層８とメサ７との界面からメサ７内に拡
がる空乏層による第１０図でＵで示すように得られる障
壁ポテンシャルにもとすくポテンシャル障壁によって、
零次比的量子化準位を有するのに十分な、微細パターン
を有する。 以上が、従来提案されている半導体共鳴トンネルダイオ
ードの他の構成である。 このような構成を有する第８図及び第９図に示ず従来の
半導体共鳴トンネルダイオードによれば、メサ７と絶縁
層８との間の界面からメサ側に拡がる空乏層による障壁
ポテンシャルが第１０図に示すように得られ、また、そ
の障壁ポテンシャルによって零次比的量子化準位Ｅ。、
Ｅｌ、Ｅ２・・・・・・・・・が形成され、そして、そ
の量子化単位が、鋸歯関数形またはデルタ関数形の離数
的な状態密度を有している。 このため、第８図及び第９図に示す従来の半導体共鳴ト
ンネルダイオードの場合、第１１図の電圧−電流特性に
示すように、第５図及び第６図で前述した従来の半導体
共鳴トンネルダイオードの場合に比し優れた負性微分抵
抗特性が得られる。

【発明が解決しようとする課題】

第８図及び第９図に示す従来の半導体共鳴トンネルダイ
オードの場合、第５図及び第６図で前述した従来の半導
体共鳴トンネルダイオードの場合に比し優れた負性微分
抵抗特性が得られるとしても、第１の半導体層２と、半
導体積層体３と、第２の半導体層４との積層体を、メサ
型に形成し、次に、そのメサ７を、絶縁膜８によって側
方から埋めるようにして半導体共鳴トンネルダイオード
を製造する必要がある。 また、メサ７を上述したように微細に形成する必要があ
ることから、電極層６をメサ７の頂面上から、絶縁！！
８上に延長させる必要があり、そして、この場合、絶縁
膜８の上面が、メサ７の頂面とほぼ等しい高さ位置を有
していなければ、電極層６に図示のように段差が生じ、
そこに切断が生ずるおそれがある、などの欠点を有して
いた。 よって、本発明は、上述した欠点のない、新奇な半導体
共鳴トンネルダイオードを提案せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

本発明による半導体共鳴トンネルダイオードは、第１図
で前述した従来の半導体共鳴トンネルダイオードの場合
と同様に、（イ〉第１の導電型を有する半導体基板上に
、（１）ＧａＡｓでなり且つ第１の導電型を有する第１
のコンタクト層としての第１の半導体層と、■ｌｎ　　
　Ｑａｌ−× ｘＡＳ（ただし、０≦ｘ≦１）でなるｎ個（ただしｎは
１以上の整数）の井戸層としての半導体層Ａ１、Ａ２・
・・・・・・・・Ａｎと、ＡＩ、Ｇａ１−。 Ａｓ（ただし、Ｏ＜ｙ≦１）でなる障壁層としての（ｎ
＋１）個の半導体層Ｂ１、Ｂ２・・・・・・・・・Ｂｏ
＋１とが、半導体層Ｂ１、Ａ１、Ｂ２、Ａ２、Ｂ３・・
・・・・・・・Ｂｏ、Ａ　、Ｂｎ＋１の順に積層されで
いる半導体積層体と、■ＧａＡｓでなり且つ第１の導電
型を有する第２のコンタクト層としての第２の半導体層
とがそれらの順に順次積層されている構成を有し、そし
て、（ロ）上記半導体基板に、上記第１の半導体層側と
は反対側の面上において、第１の電極層がオーミックに
付され、また、（ハ）上記第２の半導体層に、上記半導
体積層体側とは反対側の面上において、第２の電極層が
オーミックに付されている構成を有する。 しかしながら、本発明による半導体共鳴トンネルダイオ
ードは、このような構成を有する半導体共鳴トンネルダ
イオードにおいて、（ニ）上記第１の半導体層と、上記
半導体積層体と、上記第２の半導体層とを有する積層体
内に、上記第１の半導体層側から、イオン注入領域でな
る絶縁化領域が、イオン未注入領域でなるメサ型領域を
形成するように、形成され、ぞして、（ホ）上記メサ型
領域が、その厚さ方向と直交する面上でみて、上記井戸
層としての半導体層Ａ１、Ａ２・・・・・・・・・Ａｎ
における伝導電子が、上記絶縁化領域と上記メサ型領域
との界面から上記メサ型領域内に拡がる空乏層によるポ
テンシャル障壁によって１次元的または零次比的量子化
単位を有するのに十分な、微細パターンを有する。

【作用・効果Ｊ 本発明による半導体共鳴トンネルダイオードによれば、
メサ型領域が第８図及び第９図で前述した従来の半導体
共鳴トンネルダイオードのメサ７に対応し、また、絶縁
化領域が、第８図及び第９図で前述した従来の半導体共
鳴トンネルダイオードの絶縁ＷＩＡ８に対応しているの
で、詳細説明は省略するが、第８図及び第９図で前述し
た従来の半導体共鳴トンネルダイオードの場合と同様に
、第８図及び第９図で前述した従来の半導体共鳴トンネ
ルダイオードの場合に比し優れた負性微分特性を呈する
。 しかしながら、本発明による半導体共鳴トンネルダイオ
ードの場合、第１の半導体層ど、半導体積層体と、第２
の半導体層との積層体内にイオンを打込むことによって
、メサ型領域と絶縁化領域とを容易に形成することがで
きる。 従って、本発明による半導体共鳴トンネルダイオードに
よれば、優れた負性微分抵抗特性を有する半導体共鳴ト
ンネルダイオードを、第８図及び第９図で前述した従来
の半導体共鳴トンネルダイオードの場合に比し容易に提
供することができる。 【実施例１】 次に、第１図及び第２図を伴って本発明による半導体共
鳴トンネルダイオードの第１の実施例を述べよう。 第１図及び第２図において、第５図及び第６図との対応
部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第１図及び第２図に示す本発明による半導体共鳴トンネ
ルダイオードは、第５図及び第６図で前述した従来の半
導体共鳴トンネルダイオードの構成において、第１の半
導体ＷＪ２と、半導体積層体３と、第２の半導体１１４
との積層体内に、第２の半導体層４側から、イオン打込
領域でなる絶縁化領域１０が、イオン未注入領域でなる
メサ型領域１１を形成するように、形成されている。 この場合、メサ型領域１１は、その厚さ方向と直交する
面上でみて、例えば四角形を有するが、井戸層としての
半導体層Ａ４、Ａ２・・・・・・・・・Ａｎにおける伝
導電子が、絶縁化領域１０とメサ型領域１１との界面か
らメサ型領域１１内に拡がる空乏層によるポテンシャル
障壁によって、零次比的量子化単位を有するのに十分な
、微細パターンを有する。 以上が、本発明による半導体共鳴トンネルダイオードの
第１の実施例の構成である。 このような構成を有する本発明による半導体共鳴トンネ
ルダイオードによれば、メサ型領域１１が第８図及び第
９図で前述した従来の半導体共鳴トンネルダイオードの
メサ７に対応し、また、絶縁化領域１０が第８図及び第
９図で前述した従来の半導体共鳴トンネルダイオードの
絶縁！！８に対応しているので、詳細説明は省略するが
、第８図及び第９図で前述した従来の半導体共鳴トンネ
ルダイオードの場合と同様に、優れた負性微分特性を呈
する。 しかしながら、第１図及び第２図に示す本発明による半
導体共鳴トンネルダイオードの場合、メサ型領域１１及
び絶縁他領［１０を、第１の半導体層２と、半導体積層
体３と、第２の半導体層４との１層体内へのイオン打込
によって容易に形成することができるので、優れた負性
微分特性を有する半導体共鳴トンネルダイオードを容易
に提供することができるとともに、メサ型領域１１の頂
面の面積が小であることによって、電極層６を絶縁化領
域１０上に延長させて形成させても、その絶縁化領域１
０の上面がメサ型領域１１の頂面と同じ高さ位置に延長
しているので、電極層６を良好に形成することができる
。 【実施例２） 次に、第３図及び第４図を伴って本発明による半導体共
鳴トンネルダイオードの他の実施例を述べよう。 第３図及び第４図において、第１図及び第２図との対応
部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。 第３図及び第４図に示す本発明による半導体共鳴トンネ
ルダイオードは、メサ型領域１１が、その厚さ方向と直
交する面上でみて、井戸層としての半導体層ＡｎＡ２・
・・・・・・・・Ａｎにおける伝導電子が絶縁化領域１
０とメサ型領域１１との界面からメサ型領域１１内に拡
がる空乏層によるポテンシャル障壁によって零次先約量
子化準位を有するのに十分な、四角形の微細パターンを
有している第１図及び第２図の場合に代え、細長く微細
に形成され、このため、メサ型領域１１が、その厚さ方
向と直交する面上でみて、井戸層としての半導体層Ａｎ
Ａ２・・・・・・・・・Ａ。 における伝導電子が絶縁他領ｗｔｉｏとメサ型領域１１
との界面からメサ型領域１１内に拡がる空乏層によるポ
テンシャル障壁によって１次元的量子化率位を有するの
に十分な、細長い形の微細パターンを有する。 以上が、本発明による半導体共鳴トンネルダイオードの
第２の実施例の構成である。 このような構成を有する本発明による半導体共鳴トンネ
ルダイオードによれば、上述した事項を除いて、第１図
及び第２図で前述した本発明による半導体共鳴トンネル
ダイオードと同様の構成を有するので、詳１Ｉｌｌ説明
は省略するが、第１図及び第２図で前述した本発明によ
る半導体共鳴トンネルダイオードの場合に準じた負性微
分特性を呈するとともに、第１図及び第２図で前述した
本発明による半導体共鳴トンネルダイオードで述べたと
同様の理由で、第１図及び第２図で前述した場合と同様
に、半導体共鳴トンネルダイオードを容易に製造するこ
とができる。 なお、上述においては、絶縁化領域１０を、第２の半導
体Ｂ２内に達する深さに形成した場合を述べたが、絶縁
化領域１０とメサ型領域１１との界面から伸びる空乏層
が、井戸層としての半導体層ＡｎＡ２・・・・・・・・
・Ａｎまで伸びればよいことから、絶縁化領域１０を半
導体層２内に達しない半導体積層体３内に終絡する深さ
。 さらには、第２の半導体層４内に終絡する深さ明＃ｌ書
の浄書（内容に変更なし〉 に形成することもでき、その他、本発明の精神を脱する
ことなしに、種々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明による半導体共鳴トンネル
ダイオードの第１の実施例を示す路線的平面図及びその
２−２線上の断面図である。 第３図及び第４図は、本発明による半導体共鳴トンネル
ダイオードの第２の実施例を示す路線的平面図及びその
４−４線上の断面図である。 第５図及び第６図は、従来の半導体共鳴トンネルダイオ
ードを示す路線的平面図及びその６６線上の断面図であ
る。 第７図は、その説明に供する電圧−電流特性図である。 第８図及び第９図は、従来の他の半導体共鳴トンネルダ
イオードを示す路線的平面図及びその９−９線上の断面
図である。 第１０図及び第１１図は、その説明に供する井戸層とし
ての半導体層における障壁ボテンシ明細書の浄ｔＦ（内
容に変更なしン ヤル及び量子化単位、及び電圧−電流特性図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・半導体基板２・・・
・・・・・・・・・・・・第１のコンタクト層としての
半導体層 ３・・・・・・・・・・・・・・・半導体積層体Ａ１・
・・・・・・・・・・・井戸層としての半導体層Ｂ１、
Ｂ２・・・障壁層としての半導体層４・・・・・・・・
・・・・・・・第２のコンタクト層としての半導体層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導電型を有する半導体基板上に、（１）ＧａＡｓ
   でなり且つ第１の導電型を有する第１のコンタクト層と
   しての第１の半導体層と、（２）Ｉｎ＿１＿−＿ｘＧａ
   ＿ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）でなるｎ個（ただしｎ
   は１以上の整数）の井戸層としての半導体層Ａ＿１、Ａ
   ＿２・・・・・・・・・Ａ＿ｎと、Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿
   −＿ｙＡｓ（ただし、０＜ｙ≦１）でなる障壁層として
   の（ｎ＋１）個の半導体層Ｂ＿１、Ｂ＿２・・・・・・
   ・・・Ｂ＿ｎ＿＋＿１とが、半導体層Ｂ＿１、Ａ＿１、
   Ｂ＿２、Ａ＿２、Ｂ＿３・・・・・・・・・Ｂ＿ｎ、Ａ
   ＿ｎ、Ｂ＿ｎ＿＋＿１の順に順次積層されている半導体
   積層体と、（３）ＧａＡｓでなり且つ第１の導電型を有
   する第２のコンタクト層としての第２の半導体層とがそ
   れらの順に順次積層されている構成を有し、 上記半導体基板に、上記第１の半導体層側とは反対側の
   面上において、第１の電極層がオーミックに付され、 上記第２の半導体層に、上記半導体積層体側とは反対側
   の面上において、第２の電極層がオーミックに付されて
   いる半導体共鳴トンネルダイオードにおいて、 上記第１の半導体層と、上記半導体積層体と、上記第２
   の半導体層とを有する積層体内に、上記第２の半導体層
   側から、イオン注入領域でなる絶縁化領域が、イオン未
   注入領域でなるメサ型領域を形成するように、形成され
   、 上記メサ型領域が、その厚さ方向と直交する面上でみて
   、上記井戸層としての半導体層Ａ＿１、Ａ＿２・・・・
   ・・・・・Ａ＿ｎにおける伝導電子が、上記絶縁化領域
   と上記メサ型領域との界面から上記メサ型領域内に拡が
   る空乏層によるポテンシャル障壁によって１次元的また
   は零次元的量子化準位を有するのに十分な、微細パター
   ンを有することを特徴とする半導体共鳴トンネルダイオ
   ード。