JPH04296059A - 共鳴トンネル・デバイス - Google Patents
共鳴トンネル・デバイスInfo
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- JPH04296059A JPH04296059A JP3344107A JP34410791A JPH04296059A JP H04296059 A JPH04296059 A JP H04296059A JP 3344107 A JP3344107 A JP 3344107A JP 34410791 A JP34410791 A JP 34410791A JP H04296059 A JPH04296059 A JP H04296059A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/122—Single quantum well structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
- H01L29/7376—Resonant tunnelling transistors
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/7606—Transistor-like structures, e.g. hot electron transistor [HET]; metal base transistor [MBT]
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体共鳴トンネル構造
に関する。特に本発明は、基板上に設けられた間接バン
ドギャップ障壁層を含み、この基板は障壁層の格子定数
とは異なる格子定数を有し、障壁層に二軸引張応力を発
生し、この応力は改良されたピーク対バレー電流比を形
成する共鳴トンネル・デバイスに関する。
に関する。特に本発明は、基板上に設けられた間接バン
ドギャップ障壁層を含み、この基板は障壁層の格子定数
とは異なる格子定数を有し、障壁層に二軸引張応力を発
生し、この応力は改良されたピーク対バレー電流比を形
成する共鳴トンネル・デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】半導体製造の分野は、重
要で日毎に複雑になっていく技術であり、固体電子デバ
イス技術の絶えざる発展にとって、絶対的に必要である
。広範囲の半導体および、その半導体物質の各々に関す
る種々の電気特性によって、回路設計者は、種々の電気
特性を有するデバイスを設計するに際し、必要に応じて
大きく変更できるようになった。
要で日毎に複雑になっていく技術であり、固体電子デバ
イス技術の絶えざる発展にとって、絶対的に必要である
。広範囲の半導体および、その半導体物質の各々に関す
る種々の電気特性によって、回路設計者は、種々の電気
特性を有するデバイスを設計するに際し、必要に応じて
大きく変更できるようになった。
【０００３】最近までオプトエレクトロニクス・デバイ
スおよび高速固体デバイスがヘテロ接合構造で製造され
るのはまれであった。ヘテロ接合では異なる物質の自然
な格子定数は概して等しくなく、逆に、有効な基板と便
利に等しい。格子整合要件は物質選択を２つの主要な系
、すなわち、ＧａＡｓ基板上に成長するＡｌｘ Ｇａ１
−ｘ Ａｓ−ＧａＡｓと、ＩｎＰ基板上に成長するＩｎ
ＧａＡｓ−ＩｎＡｌＡｓとに厳密に限定する。残念なが
ら、多数のデバイスに対する最適な物質パラメータは、
これらまたは他の有効なバルク基板に格子整合しない物
質系または合金組成に対して得られる。
スおよび高速固体デバイスがヘテロ接合構造で製造され
るのはまれであった。ヘテロ接合では異なる物質の自然
な格子定数は概して等しくなく、逆に、有効な基板と便
利に等しい。格子整合要件は物質選択を２つの主要な系
、すなわち、ＧａＡｓ基板上に成長するＡｌｘ Ｇａ１
−ｘ Ａｓ−ＧａＡｓと、ＩｎＰ基板上に成長するＩｎ
ＧａＡｓ−ＩｎＡｌＡｓとに厳密に限定する。残念なが
ら、多数のデバイスに対する最適な物質パラメータは、
これらまたは他の有効なバルク基板に格子整合しない物
質系または合金組成に対して得られる。
【０００４】半導体技術の進歩とともに、不整合格子定
数を有するデバイス製造における便利で実際的な方法は
、デバイスの種々の電気的および機械的特性の増大をも
たらした。そのような電気的および機械的効果の１つは
、異なる格子定数を持つ２つの半導体物質が互いに隣接
するときに発生する二軸応力の効果である。文献“Ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａ
ｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎｅｄ ＧａＩｎＡ
ｓ／ＡｌＩｎＡｓ ａｎｄ ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎ
ｓｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇａｓ Ｆｉ
ｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”，
Ｓｅｖｅｎｔｈ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ， Ｃａｍｂ
ｒｉｄｇｅ，Ｍａ，２０−２２ Ｏｃｔ．１９８６は
、量子井戸のデバイス特性を変更する欠陥のない引張層
エピタクシーを教示している。不整合格子定数の構成に
関する自由度の増大は、伝導帯エッジの不連続性および
電子の有効質量のような特定の構造の所定の特性を最適
化することを可能にする。
数を有するデバイス製造における便利で実際的な方法は
、デバイスの種々の電気的および機械的特性の増大をも
たらした。そのような電気的および機械的効果の１つは
、異なる格子定数を持つ２つの半導体物質が互いに隣接
するときに発生する二軸応力の効果である。文献“Ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａ
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ｓｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｇａｓ Ｆｉ
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Ｅｐｉｔａｘｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ， Ｃａｍｂ
ｒｉｄｇｅ，Ｍａ，２０−２２ Ｏｃｔ．１９８６は
、量子井戸のデバイス特性を変更する欠陥のない引張層
エピタクシーを教示している。不整合格子定数の構成に
関する自由度の増大は、伝導帯エッジの不連続性および
電子の有効質量のような特定の構造の所定の特性を最適
化することを可能にする。
【０００５】江崎他による米国特許第４，６６５，４１
５号明細書が開示するＦＥＴは、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物
からなり結晶格子構造を有する物質の層内に伝導チャネ
ルを設ける。この物質層は、第ＩＩＩ−Ｖ族の別の化合
物からなりより大きな格子間隔を有するより厚くて硬い
支持層上でのエピタキシャル成長により、２次元に応力
を受ける。伝導チャネルを有する層が広がると、この層
内の正孔のエネルギー準位をシフトし、存在する縮退状
態が除去され、それによって軽い正孔は、増大した移動
度によって特徴づけられるエネルギー準位に持ち上げら
れる。基本的に、２次元応力が正孔の移動度を増大する
のに利用されると、正孔の水平移動が増大し、正孔電流
は増大する。
５号明細書が開示するＦＥＴは、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物
からなり結晶格子構造を有する物質の層内に伝導チャネ
ルを設ける。この物質層は、第ＩＩＩ−Ｖ族の別の化合
物からなりより大きな格子間隔を有するより厚くて硬い
支持層上でのエピタキシャル成長により、２次元に応力
を受ける。伝導チャネルを有する層が広がると、この層
内の正孔のエネルギー準位をシフトし、存在する縮退状
態が除去され、それによって軽い正孔は、増大した移動
度によって特徴づけられるエネルギー準位に持ち上げら
れる。基本的に、２次元応力が正孔の移動度を増大する
のに利用されると、正孔の水平移動が増大し、正孔電流
は増大する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は改良されたピー
ク対バレ−比を有する共鳴トンネル・デバイスを提供す
る。本発明の共鳴トンネル・デバイスは、第１および第
２の半導体物質の仮像障壁層と、前記第１および第２の
障壁層の間に設けられた半導体物質の量子井戸層と、前
記第１および第２の障壁層に隣接して前記第１および第
２の障壁層を二軸引張応力にさらす手段とを含んでいる
。前記第１および第２の障壁層は、第ＩＩＩ族および第
Ｖ族元素の第１の化合物半導体からなる間接バンドギャ
ップ物質である。量子井戸層は、第ＩＩＩ族および第Ｖ
族元素の第２の化合物半導体からなる。この第１の障壁
層に隣接する前記手段は、基板または、第ＩＩＩ族およ
び第Ｖ族元素の第３の化合物半導体を含む基板上に設け
たバッファ層である。このバッファ層は量子井戸層と同
じ物質からなることが多い。
ク対バレ−比を有する共鳴トンネル・デバイスを提供す
る。本発明の共鳴トンネル・デバイスは、第１および第
２の半導体物質の仮像障壁層と、前記第１および第２の
障壁層の間に設けられた半導体物質の量子井戸層と、前
記第１および第２の障壁層に隣接して前記第１および第
２の障壁層を二軸引張応力にさらす手段とを含んでいる
。前記第１および第２の障壁層は、第ＩＩＩ族および第
Ｖ族元素の第１の化合物半導体からなる間接バンドギャ
ップ物質である。量子井戸層は、第ＩＩＩ族および第Ｖ
族元素の第２の化合物半導体からなる。この第１の障壁
層に隣接する前記手段は、基板または、第ＩＩＩ族およ
び第Ｖ族元素の第３の化合物半導体を含む基板上に設け
たバッファ層である。このバッファ層は量子井戸層と同
じ物質からなることが多い。
【０００７】二軸引張応力は第１の障壁層において、障
壁層の格子定数より大きい格子定数を有する基板上にデ
バイスを作製することにより、発生することができる。 障壁層が十分に薄いと、障壁層自身の格子構造は歪めら
れ、より厚くより硬い基板の格子構造に一致する。障壁
層は成長が仮像的で応力が一様になるように、十分薄く
なければならない。さらに、障壁層は歪または応力を保
持するのに十分薄くなければならない。もし層が厚すぎ
ると、生起された応力が結果的に緩んでしまう。薄い障
壁層は分子線エピタクシーのような標準エピタキシャル
処理によって成長させることができる。
壁層の格子定数より大きい格子定数を有する基板上にデ
バイスを作製することにより、発生することができる。 障壁層が十分に薄いと、障壁層自身の格子構造は歪めら
れ、より厚くより硬い基板の格子構造に一致する。障壁
層は成長が仮像的で応力が一様になるように、十分薄く
なければならない。さらに、障壁層は歪または応力を保
持するのに十分薄くなければならない。もし層が厚すぎ
ると、生起された応力が結果的に緩んでしまう。薄い障
壁層は分子線エピタクシーのような標準エピタキシャル
処理によって成長させることができる。
【０００８】共鳴トンネル・デバイスにおいては、電荷
キャリアは、正味電流を発生するために、エネルギー障
壁を通過または貫通しなければならない。半導体デバイ
スの所望の電流はピーク電流または共鳴電流であり、周
囲環境からの熱励起または構造における非弾性散乱プロ
セスによって発生する不所望の漏れ電流は、バレー電流
または非共鳴電流である。共鳴時のピーク対バレー電流
比は、トンネル・デバイスの長所を表す重要な数字であ
る。例えば、ピーク・トンネル電流およびバレー電流の
値は、トンネル・ダイオードに対する負性抵抗曲線の大
きさを決定する。トンネル・ダイオードの負性抵抗は、
高機能スイッチング／発振，増幅，および他の回路機能
を達成するための様々な方法で使用することができる。
キャリアは、正味電流を発生するために、エネルギー障
壁を通過または貫通しなければならない。半導体デバイ
スの所望の電流はピーク電流または共鳴電流であり、周
囲環境からの熱励起または構造における非弾性散乱プロ
セスによって発生する不所望の漏れ電流は、バレー電流
または非共鳴電流である。共鳴時のピーク対バレー電流
比は、トンネル・デバイスの長所を表す重要な数字であ
る。例えば、ピーク・トンネル電流およびバレー電流の
値は、トンネル・ダイオードに対する負性抵抗曲線の大
きさを決定する。トンネル・ダイオードの負性抵抗は、
高機能スイッチング／発振，増幅，および他の回路機能
を達成するための様々な方法で使用することができる。
【０００９】ピーク対バレー電流比を改良するには、２
つの方法がある。すなわち、ピーク電流を増大させるか
、バレー電流を減少させるかである。本発明の共鳴トン
ネル・デバイスは、バレー電流を減少させてピーク対バ
レー電流比を改良している。バレー電流または漏れ電流
は、電荷キャリアが貫通しなければならないポテンシャ
ル障壁を増大させることによって、減少させることがで
きる。障壁層において発生した歪または応力によって、
特定のデバイスに、種々の電気的および機械的変化が発
生する。応力によって生じる主要で望ましい電気的効果
は、ブリュアン帯における当量点ｘの縮退の停止である
。バレー縮退の分離により、２つの（００１）表面軸（
ｘ軸およびｙ軸）またはチャネルのポテンシャル障壁は
数ＭｅＶずつ増大し、残りの軸（ｚ軸）またはチャネル
における有効質量は３つの軸すべての電流が十分小さく
なるように増大する。
つの方法がある。すなわち、ピーク電流を増大させるか
、バレー電流を減少させるかである。本発明の共鳴トン
ネル・デバイスは、バレー電流を減少させてピーク対バ
レー電流比を改良している。バレー電流または漏れ電流
は、電荷キャリアが貫通しなければならないポテンシャ
ル障壁を増大させることによって、減少させることがで
きる。障壁層において発生した歪または応力によって、
特定のデバイスに、種々の電気的および機械的変化が発
生する。応力によって生じる主要で望ましい電気的効果
は、ブリュアン帯における当量点ｘの縮退の停止である
。バレー縮退の分離により、２つの（００１）表面軸（
ｘ軸およびｙ軸）またはチャネルのポテンシャル障壁は
数ＭｅＶずつ増大し、残りの軸（ｚ軸）またはチャネル
における有効質量は３つの軸すべての電流が十分小さく
なるように増大する。
【００１０】本発明の共鳴トンネル・デバイスは、障壁
層の二軸応力を利用して、ピーク対バレー比を改良しよ
うとするものであり、この比は高周波低漏洩マイクロ波
発振器，量子井戸フォトディテクタ，または他の同様の
装置につながる。本発明の共鳴トンネル・デバイスは周
知の技術を用いて製造され、室温操作における低レベル
の漏れ電流に関してコスト効果の高いデバイスを実現す
る。
層の二軸応力を利用して、ピーク対バレー比を改良しよ
うとするものであり、この比は高周波低漏洩マイクロ波
発振器，量子井戸フォトディテクタ，または他の同様の
装置につながる。本発明の共鳴トンネル・デバイスは周
知の技術を用いて製造され、室温操作における低レベル
の漏れ電流に関してコスト効果の高いデバイスを実現す
る。
【００１１】
【実施例】本発明は、改良されたピーク対バレー電流比
を有する共鳴トンネル・デバイスおよび量子井戸フォト
ディテクタを開示する。ピーク・トンネル電流の値Ｉｐ
およびバレー電流の値Ｉｖ は、特定の物質からなる
半導体デバイスの動的抵抗または負性抵抗の大きさを決
定する。負性抵抗が大きくなると、特定のデバイスの応
答が速くなる。例えば、このデバイスがソリッドステー
ト・マイクロ波発生器として利用されると、負性抵抗の
増大によって、高い周波数がデバイスから発生する。デ
バイスがフォトディテクタとして利用されると、負性抵
抗の増大によって、検出感度が増大する。その結果、ピ
ーク対バレー電流比は、このような共鳴トンネル半導体
デバイスの長所を示す重要な数字を与える。
を有する共鳴トンネル・デバイスおよび量子井戸フォト
ディテクタを開示する。ピーク・トンネル電流の値Ｉｐ
およびバレー電流の値Ｉｖ は、特定の物質からなる
半導体デバイスの動的抵抗または負性抵抗の大きさを決
定する。負性抵抗が大きくなると、特定のデバイスの応
答が速くなる。例えば、このデバイスがソリッドステー
ト・マイクロ波発生器として利用されると、負性抵抗の
増大によって、高い周波数がデバイスから発生する。デ
バイスがフォトディテクタとして利用されると、負性抵
抗の増大によって、検出感度が増大する。その結果、ピ
ーク対バレー電流比は、このような共鳴トンネル半導体
デバイスの長所を示す重要な数字を与える。
【００１２】ピーク対バレー電流比は二様に改良される
。すなわち、ピーク電流の増大、またはバレー電流の減
少によってである。本発明の共鳴トンネル・デバイスお
よび量子井戸フォトディテクタは、このデバイスが室温
で利用されるとき、特定のデバイスの障壁層において、
二軸応力障壁シフトを利用しバレー電流または漏れ電流
を減少させる。
。すなわち、ピーク電流の増大、またはバレー電流の減
少によってである。本発明の共鳴トンネル・デバイスお
よび量子井戸フォトディテクタは、このデバイスが室温
で利用されるとき、特定のデバイスの障壁層において、
二軸応力障壁シフトを利用しバレー電流または漏れ電流
を減少させる。
【００１３】半導体デバイスにおけるバレーまたは漏れ
電流は、室温では、周囲環境からの熱励起によって移動
させられた電荷キャリアの流れによって支配され、ポテ
ンシャル障壁に対する、温度非依存性非共鳴トンネルに
はあまり支配されない。半導体デバイスの大半は室温ま
たは室温に近い温度で利用されるので、無視できない漏
れ電流が典型的に存在する。漏れ電流を減少させてデバ
イスの動作や効率を改良するには、電荷キャリアが通過
するかまたは適切に貫通する障壁のエネルギーまたは高
さは、熱励起によって電荷キャリアに供給されるエネル
ギーより高い準位まで増大せねばならない。障壁の高さ
を上げるために、ＡｌＡｓのような間接バンドギャップ
半導体を利用しなければならないことが多い。これらの
物質は欠点を有している。すなわち、電荷キャリアが貫
通するための付加的な“間接”障壁は、比較的低い。し
かし、１つのキャリアがこの間接チャネルまたは通路を
取る確率は低い。それは、そのキャリアの運動量が変化
しなければならないからである。注目したいのは、エネ
ルギー障壁がいかに高かろうと、または電荷キャリアが
受けねばならない運動量の変化がいかに大きかろうと、
電荷キャリアは常に、ある程度まではポテンシャル障壁
を通過または貫通しなければならないことである。
電流は、室温では、周囲環境からの熱励起によって移動
させられた電荷キャリアの流れによって支配され、ポテ
ンシャル障壁に対する、温度非依存性非共鳴トンネルに
はあまり支配されない。半導体デバイスの大半は室温ま
たは室温に近い温度で利用されるので、無視できない漏
れ電流が典型的に存在する。漏れ電流を減少させてデバ
イスの動作や効率を改良するには、電荷キャリアが通過
するかまたは適切に貫通する障壁のエネルギーまたは高
さは、熱励起によって電荷キャリアに供給されるエネル
ギーより高い準位まで増大せねばならない。障壁の高さ
を上げるために、ＡｌＡｓのような間接バンドギャップ
半導体を利用しなければならないことが多い。これらの
物質は欠点を有している。すなわち、電荷キャリアが貫
通するための付加的な“間接”障壁は、比較的低い。し
かし、１つのキャリアがこの間接チャネルまたは通路を
取る確率は低い。それは、そのキャリアの運動量が変化
しなければならないからである。注目したいのは、エネ
ルギー障壁がいかに高かろうと、または電荷キャリアが
受けねばならない運動量の変化がいかに大きかろうと、
電荷キャリアは常に、ある程度まではポテンシャル障壁
を通過または貫通しなければならないことである。
【００１４】共鳴トンネル・プロセスのピーク対バレー
電流比の改良の鍵は、漏れ電流または非共鳴電流の減少
である。障壁が“間接”であるなら、間接障壁を引き上
げるブリュアン帯（ＡｌＡｓに対するＸ）の当量点にお
けるバレー縮退の二軸引張応力による分離は、改良され
たピーク対バレー電流比をもたらす。先行技術において
周知のブリュアン帯は、空間での運動速度を定める。障
壁に発生した歪が高いほど、漏れ電流または非共鳴電流
は小さくなる。
電流比の改良の鍵は、漏れ電流または非共鳴電流の減少
である。障壁が“間接”であるなら、間接障壁を引き上
げるブリュアン帯（ＡｌＡｓに対するＸ）の当量点にお
けるバレー縮退の二軸引張応力による分離は、改良され
たピーク対バレー電流比をもたらす。先行技術において
周知のブリュアン帯は、空間での運動速度を定める。障
壁に発生した歪が高いほど、漏れ電流または非共鳴電流
は小さくなる。
【００１５】図１（ａ）は、共鳴トンネル・デバイスの
断面図である。基本共鳴トンネル・デバイス１０は基板
層１２，第１障壁層１４および第２障壁層１６，量子井
戸層１８を有している。前述のように、ピーク対バレー
電流比の改良の鍵は、デバイス１０の第１障壁層１４お
よび第２障壁層１６における二軸引張応力によってバレ
ー縮退の分離を引き起こすことである。二軸引張応力は
、第１および第２の障壁層１４，１６を含む化合物半導
体の格子定数よりも大きな格子定数を有する化合物半導
体を含む基板を利用してデバイス１０を製造することに
より、障壁層１４，１６において達成できる。格子定数
または格子間隔は、単位格子における原子とそれの最も
近くにある同等物との距離である。格子の構造は結晶の
機械的特性を決定するのみならず、電気的特性も決定す
る。第１および第２の障壁層１４，１６は間接バンドギ
ャップ化合物半導体を含む。
断面図である。基本共鳴トンネル・デバイス１０は基板
層１２，第１障壁層１４および第２障壁層１６，量子井
戸層１８を有している。前述のように、ピーク対バレー
電流比の改良の鍵は、デバイス１０の第１障壁層１４お
よび第２障壁層１６における二軸引張応力によってバレ
ー縮退の分離を引き起こすことである。二軸引張応力は
、第１および第２の障壁層１４，１６を含む化合物半導
体の格子定数よりも大きな格子定数を有する化合物半導
体を含む基板を利用してデバイス１０を製造することに
より、障壁層１４，１６において達成できる。格子定数
または格子間隔は、単位格子における原子とそれの最も
近くにある同等物との距離である。格子の構造は結晶の
機械的特性を決定するのみならず、電気的特性も決定す
る。第１および第２の障壁層１４，１６は間接バンドギ
ャップ化合物半導体を含む。
【００１６】第１および第２の障壁層１４，１６が十分
薄いと、それらの成長は仮像的（ずれを生じない）で、
発生する応力もほぼ一様である。薄い第１および第２の
障壁層１４，１６は、例えば第１および第２の障壁層の
物質の格子定数とは異なる結晶格子定数を有する半導体
物質の、比較的厚く硬い基板層の上に成長していて、そ
こでは厚く硬い基板層１２の格子間隔は薄い障壁層１４
および１６の格子間隔より大きい。基板層１２に隣接す
る薄いエピタキシャル第１障壁層１４は十分薄く、その
ため第１の障壁層１４は、硬く厚い基板層１２の格子間
隔を形成するように歪められる。典型的に障壁層１４，
１６の厚さは１００オングストローム以下であり、基板
の厚さは少なくとも１ミクロンはある。第１の障壁層１
４における歪または応力は、硬く厚い基板層１２との界
面における第１の障壁層の２次元引張応力として表され
る。もし第１の障壁層１４が成長して厚くなりすぎると
、発生した応力が緩み、結晶構造は通常の状態および格
子間隔を得る。第１および第２の障壁層１４，１６は、
分子線エピタクシー，ＭＢＥのような任意の標準的エピ
タキシャル成長法を用いて成長させることができる。
薄いと、それらの成長は仮像的（ずれを生じない）で、
発生する応力もほぼ一様である。薄い第１および第２の
障壁層１４，１６は、例えば第１および第２の障壁層の
物質の格子定数とは異なる結晶格子定数を有する半導体
物質の、比較的厚く硬い基板層の上に成長していて、そ
こでは厚く硬い基板層１２の格子間隔は薄い障壁層１４
および１６の格子間隔より大きい。基板層１２に隣接す
る薄いエピタキシャル第１障壁層１４は十分薄く、その
ため第１の障壁層１４は、硬く厚い基板層１２の格子間
隔を形成するように歪められる。典型的に障壁層１４，
１６の厚さは１００オングストローム以下であり、基板
の厚さは少なくとも１ミクロンはある。第１の障壁層１
４における歪または応力は、硬く厚い基板層１２との界
面における第１の障壁層の２次元引張応力として表され
る。もし第１の障壁層１４が成長して厚くなりすぎると
、発生した応力が緩み、結晶構造は通常の状態および格
子間隔を得る。第１および第２の障壁層１４，１６は、
分子線エピタクシー，ＭＢＥのような任意の標準的エピ
タキシャル成長法を用いて成長させることができる。
【００１７】基板および障壁物質の適切な選択によって
、かなり大きな二軸引張応力、すなわち１０１０ｄｙｎ
ｅｓ／ｃｍ２ 以上の応力が第１および第２の障壁層１
４および１６にて発生し、共鳴時に数ＭｅＶのポテンシ
ャル障壁エネルギーのシフトを引き起こす。このエネル
ギーのシフトにより、共鳴トンネル・デバイスのピーク
対バレー電流比が部分的に増大する。これは後に詳しく
説明する。典型的構造はヘテロ接合デバイスで、ポテン
シャル障壁として動作し周期表の第ＩＩＩ族および第Ｖ
族元素からなる化合物を含む間接バンドギャップ半導体
物質から作られる。これが適用される最も一般的なエピ
タキシャル半導体系は、ＩｎＧａＡｓの基板層１２と、
ＡｌＧａＡｓの障壁層１４および１６と、ＧａＡｓの量
子井戸層１８とからなる。基板層１２の構成物の一部で
あるＩｎＡｓの格子定数は、ＡｌＡｓの格子定数より６
％大きいため、ＩｎＧａＡｓ基板上に成長しＡｌＧａＡ
ｓ障壁を有するデバイスは、この応力およびエネルギー
・シフト現象を示す。
、かなり大きな二軸引張応力、すなわち１０１０ｄｙｎ
ｅｓ／ｃｍ２ 以上の応力が第１および第２の障壁層１
４および１６にて発生し、共鳴時に数ＭｅＶのポテンシ
ャル障壁エネルギーのシフトを引き起こす。このエネル
ギーのシフトにより、共鳴トンネル・デバイスのピーク
対バレー電流比が部分的に増大する。これは後に詳しく
説明する。典型的構造はヘテロ接合デバイスで、ポテン
シャル障壁として動作し周期表の第ＩＩＩ族および第Ｖ
族元素からなる化合物を含む間接バンドギャップ半導体
物質から作られる。これが適用される最も一般的なエピ
タキシャル半導体系は、ＩｎＧａＡｓの基板層１２と、
ＡｌＧａＡｓの障壁層１４および１６と、ＧａＡｓの量
子井戸層１８とからなる。基板層１２の構成物の一部で
あるＩｎＡｓの格子定数は、ＡｌＡｓの格子定数より６
％大きいため、ＩｎＧａＡｓ基板上に成長しＡｌＧａＡ
ｓ障壁を有するデバイスは、この応力およびエネルギー
・シフト現象を示す。
【００１８】この基板は、ＧａＡｓのバルク基板１３と
、図１（ｂ）に示したＧａＡｓ基板上に成長したＩｎｘ
Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）の厚いバッファ層１
５からも形成できる。本発明の共鳴トンネル・デバイス
は、基板１２またはバッファ層１５と同じ半導体物質か
らなる電極を有し、この実施例ではＩｎｘ Ｇａ１−ｘ
Ａｓ（０＜ｘ＜１）である。典型的に、電極はキャリ
アを供給するために高濃度にドープされる。この実施例
では、電極はｎ型物質で高濃度にドープされている。第
１および第２の障壁層１４，１６および量子井戸層１８
は、おおよそ同じ格子間隔を有する。第１および第２の
障壁層が与える二軸応力は、バッファ層１５および電極
１７に利用されるＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜
１）の格子間隔が原因である。
、図１（ｂ）に示したＧａＡｓ基板上に成長したＩｎｘ
Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）の厚いバッファ層１
５からも形成できる。本発明の共鳴トンネル・デバイス
は、基板１２またはバッファ層１５と同じ半導体物質か
らなる電極を有し、この実施例ではＩｎｘ Ｇａ１−ｘ
Ａｓ（０＜ｘ＜１）である。典型的に、電極はキャリ
アを供給するために高濃度にドープされる。この実施例
では、電極はｎ型物質で高濃度にドープされている。第
１および第２の障壁層１４，１６および量子井戸層１８
は、おおよそ同じ格子間隔を有する。第１および第２の
障壁層が与える二軸応力は、バッファ層１５および電極
１７に利用されるＩｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜
１）の格子間隔が原因である。
【００１９】前述のように、半導体物質は直接バンドギ
ャップ物質または間接バンドギャップ物質のいずれかで
ある。２つの直接バンドギャップ物質からなるヘテロ接
合において、電荷キャリアはギャップの小さな物質を経
てギャップの大きな物質に貫通する。電荷キャリアが通
過または貫通するギャップまたはポテンシャル障壁は、
典型的に、ブリュアン帯のガンマポイント（運動量０）
に関係している。間接バンドギャップ物質では、電荷キ
ャリアは運動量が変化し、ギャップまたはポテンシャル
障壁を通過または貫通するために、エネルギーも変化す
る。電荷キャリアが間接バンドギャップ物質において通
過または貫通するポテンシャル障壁は、ブリュアン帯の
Ｘ点に関係しているので、Ｘ点障壁と呼ばれる。全ての
半導体物質は存在する２種類の状態を有している。しか
し、間接バンドギャップ半導体では、ガンマ状態はエネ
ルギーが低く、そのため漏れ電流またはバレー電流がこ
の障壁によって制御される。本発明の第１および第２の
障壁層１４，１６を含む化合物のような間接バンドギャ
ップ半導体においては、Ｘ点状態は低障壁で、そのため
漏れ電流またはバレー電流はこの障壁によって制御され
る。
ャップ物質または間接バンドギャップ物質のいずれかで
ある。２つの直接バンドギャップ物質からなるヘテロ接
合において、電荷キャリアはギャップの小さな物質を経
てギャップの大きな物質に貫通する。電荷キャリアが通
過または貫通するギャップまたはポテンシャル障壁は、
典型的に、ブリュアン帯のガンマポイント（運動量０）
に関係している。間接バンドギャップ物質では、電荷キ
ャリアは運動量が変化し、ギャップまたはポテンシャル
障壁を通過または貫通するために、エネルギーも変化す
る。電荷キャリアが間接バンドギャップ物質において通
過または貫通するポテンシャル障壁は、ブリュアン帯の
Ｘ点に関係しているので、Ｘ点障壁と呼ばれる。全ての
半導体物質は存在する２種類の状態を有している。しか
し、間接バンドギャップ半導体では、ガンマ状態はエネ
ルギーが低く、そのため漏れ電流またはバレー電流がこ
の障壁によって制御される。本発明の第１および第２の
障壁層１４，１６を含む化合物のような間接バンドギャ
ップ半導体においては、Ｘ点状態は低障壁で、そのため
漏れ電流またはバレー電流はこの障壁によって制御され
る。
【００２０】図２は、ここに開示した間接バンドギャッ
プ第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のバンド構造を示す図で
ある。図はＸ点で最小伝導帯を持つ最小伝導帯エネルギ
ーの楕円を示している。図２は、デバイス１０の第１お
よび第２の障壁層１４，１６を含む半導体物質に存在す
る最小伝導帯エネルギーの３つの可能な楕円である。こ
の３つの楕円は、３次元空間を表わす軸ｘ，ｙ，ｚのそ
れぞれに対して１つずつ、正の半分および負の半分とし
て示され、ｘ軸楕円は半楕円２０および２０′からなり
、ｙ軸楕円は半楕円２２および２２′からなり、ｚ軸楕
円は半楕円２４および２４′からなる。
プ第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のバンド構造を示す図で
ある。図はＸ点で最小伝導帯を持つ最小伝導帯エネルギ
ーの楕円を示している。図２は、デバイス１０の第１お
よび第２の障壁層１４，１６を含む半導体物質に存在す
る最小伝導帯エネルギーの３つの可能な楕円である。こ
の３つの楕円は、３次元空間を表わす軸ｘ，ｙ，ｚのそ
れぞれに対して１つずつ、正の半分および負の半分とし
て示され、ｘ軸楕円は半楕円２０および２０′からなり
、ｙ軸楕円は半楕円２２および２２′からなり、ｚ軸楕
円は半楕円２４および２４′からなる。
【００２１】図２に示した最小エネルギーの楕円は、障
壁層１４，１６の伝導帯を占有する電子のエネルギーま
たは速度が等しい空間内の点を示す。図２は、二軸応力
にさらされる以前の第１の障壁層１４を示し、このよう
に全ての楕円はエネルギーが等しいので、この楕円は縮
退状態にあると言われる。
壁層１４，１６の伝導帯を占有する電子のエネルギーま
たは速度が等しい空間内の点を示す。図２は、二軸応力
にさらされる以前の第１の障壁層１４を示し、このよう
に全ての楕円はエネルギーが等しいので、この楕円は縮
退状態にあると言われる。
【００２２】２つの原子が互いから完全に離れていると
き、電子波関数の相互作用はなく、それらは同じ電子構
造を有することができる。２つの電子の間隔が小さくな
ると、この電子波関数はオーバーラップし始める。しか
し、排他原理は、一定の系における２つの電子は同じ量
子状態に存在できないことを示しており、分離原子対の
離散エネルギー準位をその対に属する新しい準位に分離
しなければならない。固体物質において、分離エネルギ
ー準位は本質的に伝導帯，および価電子帯の連続エネル
ギー帯を構成する。縮退状態は帯がオーバーラップする
ときに存在する。ｎ型半導体に対してフェルミ準位は伝
導帯となり、ｐ型半導体に対しては価電子帯になる。基
本的に、２つの電子は同じ量子状態に存在できない。し
かし、縮退半導体は同じエネルギーを有する２つの量子
状態の電子を有することができる。
き、電子波関数の相互作用はなく、それらは同じ電子構
造を有することができる。２つの電子の間隔が小さくな
ると、この電子波関数はオーバーラップし始める。しか
し、排他原理は、一定の系における２つの電子は同じ量
子状態に存在できないことを示しており、分離原子対の
離散エネルギー準位をその対に属する新しい準位に分離
しなければならない。固体物質において、分離エネルギ
ー準位は本質的に伝導帯，および価電子帯の連続エネル
ギー帯を構成する。縮退状態は帯がオーバーラップする
ときに存在する。ｎ型半導体に対してフェルミ準位は伝
導帯となり、ｐ型半導体に対しては価電子帯になる。基
本的に、２つの電子は同じ量子状態に存在できない。し
かし、縮退半導体は同じエネルギーを有する２つの量子
状態の電子を有することができる。
【００２３】前述のように、基板層１２に隣接する第１
の障壁層１４は二軸引張応力を受け、この応力は内部応
力も外部応力も、第１の障壁層１４を含む物質または化
合物の機械的および電気的特性に変化を生ぜしめる。二
軸応力がｘ−ｙ平面に存在すると、ｘ楕円およびｙ楕円
はｘ軸およびｙ軸方向に等しく歪められる。言い換えれ
ば、これらはｘ軸およびｙ軸方向に応力を受けるので、
これらが与える全エネルギーは互いに等しく、全体とし
て増加する。基本的に、ｘ楕円およびｙ楕円は互いに依
然として縮退状態にあるので、それらのエネルギー準位
は増加する。しかしｚ楕円は、直接にはｘ−ｙ平面の応
力にさらされないので、それが以前占有していた低いエ
ネルギー準位に押しやられ、３つの楕円間に存在した全
体的縮退は破られる。
の障壁層１４は二軸引張応力を受け、この応力は内部応
力も外部応力も、第１の障壁層１４を含む物質または化
合物の機械的および電気的特性に変化を生ぜしめる。二
軸応力がｘ−ｙ平面に存在すると、ｘ楕円およびｙ楕円
はｘ軸およびｙ軸方向に等しく歪められる。言い換えれ
ば、これらはｘ軸およびｙ軸方向に応力を受けるので、
これらが与える全エネルギーは互いに等しく、全体とし
て増加する。基本的に、ｘ楕円およびｙ楕円は互いに依
然として縮退状態にあるので、それらのエネルギー準位
は増加する。しかしｚ楕円は、直接にはｘ−ｙ平面の応
力にさらされないので、それが以前占有していた低いエ
ネルギー準位に押しやられ、３つの楕円間に存在した全
体的縮退は破られる。
【００２４】ピーク対バレー電流比はバレー電流または
漏れ電流の減少とともに増大でき、間接バンドギャップ
半導体のＸ点障壁はこの漏れ電流を制御することを思い
起こすと、ｘおよびｙ楕円のエネルギー準位を増大させ
ることにより、これらの方向またはチャネルの漏れ電流
が減少することがわかる。漏れ電流は、電子が通過また
は貫通する高い障壁エネルギーを有しているので、減少
する。しかし、ｚ楕円は低エネルギーに移動するので、
電子はこのチャネルを通過または貫通することができ、
漏れ電流を増大させる傾向がある。これは、電子の有効
質量を考慮しなければならないことを除いては、事実で
ある。電子の有効質量は短軸上でより小さく、長軸上で
より大きくなり、このためｚ軸方向の有効質量はｘおよ
びｙ楕円上で小さく、ｚ軸方向の有効質量はｚ楕円上で
大きくなる。このため、二軸引張応力はｘおよびｙ楕円
を、より高いエネルギー準位に移動させ、これによりｘ
およびｙチャネルにおける漏れ電流を減少させ、ｚ楕円
に支配されるｚ軸方向の有効質量を増加させる。このよ
うにして障壁を通過または貫通する電子は減少する。
漏れ電流の減少とともに増大でき、間接バンドギャップ
半導体のＸ点障壁はこの漏れ電流を制御することを思い
起こすと、ｘおよびｙ楕円のエネルギー準位を増大させ
ることにより、これらの方向またはチャネルの漏れ電流
が減少することがわかる。漏れ電流は、電子が通過また
は貫通する高い障壁エネルギーを有しているので、減少
する。しかし、ｚ楕円は低エネルギーに移動するので、
電子はこのチャネルを通過または貫通することができ、
漏れ電流を増大させる傾向がある。これは、電子の有効
質量を考慮しなければならないことを除いては、事実で
ある。電子の有効質量は短軸上でより小さく、長軸上で
より大きくなり、このためｚ軸方向の有効質量はｘおよ
びｙ楕円上で小さく、ｚ軸方向の有効質量はｚ楕円上で
大きくなる。このため、二軸引張応力はｘおよびｙ楕円
を、より高いエネルギー準位に移動させ、これによりｘ
およびｙチャネルにおける漏れ電流を減少させ、ｚ楕円
に支配されるｚ軸方向の有効質量を増加させる。このよ
うにして障壁を通過または貫通する電子は減少する。
【００２５】伝導帯のバレー縮退が二軸応力によって破
られるという事実は、ＡｌＡｓのような間接バンドギャ
ップ障壁物質、または直接および間接バンドギャップが
おおよそ等しい障壁の貫通に依存するデバイスにおいて
は、特に重要である。直接ギャップまたはガンマ状態に
入る際の、トンネル電流に対する共鳴または弾性の貢献
は、直接ギャップまたはガンマ障壁のエネルギーによっ
て決定される。一方、非共鳴または非弾性電流は主とし
て、ｘおよびｙ軸方向のそれらの長軸または主軸を有す
る間接バンドギャップ楕円によって発生する。ｚ軸方向
に長軸を持つ楕円による非共鳴電流は、他の楕円による
非共鳴電流よりも極めて小さい。なぜなら、ｚ軸方向、
すなわち電流方向の有効質量は、ｚ軸方向したがって他
の楕円における質量よりも約６倍大きい。前述のように
、共鳴トンネル・プロセスのピーク対バレー電流比の改
良の鍵は、非弾性または非共鳴電流の減少である。バレ
ー縮退を二軸引張応力によって分離すると、非弾性また
は非共鳴電流の減少を達成できる。なぜなら、ｘおよび
ｙ軸方向の長軸を持つバレーは、高エネルギーにシフト
し、非弾性電流に対するトンネル障壁は大きくなり、電
流は減少するからである。ｚ軸方向に長軸を持つ楕円は
低エネルギーにシフトするが、有効質量が非常に大きい
ので、このチャネルによる電流は無視できる小ささであ
る。その結果、デバイスのピーク対バレー電流比が改良
される。
られるという事実は、ＡｌＡｓのような間接バンドギャ
ップ障壁物質、または直接および間接バンドギャップが
おおよそ等しい障壁の貫通に依存するデバイスにおいて
は、特に重要である。直接ギャップまたはガンマ状態に
入る際の、トンネル電流に対する共鳴または弾性の貢献
は、直接ギャップまたはガンマ障壁のエネルギーによっ
て決定される。一方、非共鳴または非弾性電流は主とし
て、ｘおよびｙ軸方向のそれらの長軸または主軸を有す
る間接バンドギャップ楕円によって発生する。ｚ軸方向
に長軸を持つ楕円による非共鳴電流は、他の楕円による
非共鳴電流よりも極めて小さい。なぜなら、ｚ軸方向、
すなわち電流方向の有効質量は、ｚ軸方向したがって他
の楕円における質量よりも約６倍大きい。前述のように
、共鳴トンネル・プロセスのピーク対バレー電流比の改
良の鍵は、非弾性または非共鳴電流の減少である。バレ
ー縮退を二軸引張応力によって分離すると、非弾性また
は非共鳴電流の減少を達成できる。なぜなら、ｘおよび
ｙ軸方向の長軸を持つバレーは、高エネルギーにシフト
し、非弾性電流に対するトンネル障壁は大きくなり、電
流は減少するからである。ｚ軸方向に長軸を持つ楕円は
低エネルギーにシフトするが、有効質量が非常に大きい
ので、このチャネルによる電流は無視できる小ささであ
る。その結果、デバイスのピーク対バレー電流比が改良
される。
【００２６】共鳴トンネル・デバイスがいかに動作する
かについての上述の理論および説明は、感度の改良を共
鳴トンネル・プロセスに依存している量子井戸フォトデ
ィテクタに関しても成り立つ。量子井戸フォトディテク
タでは、所望の光電流は共鳴電流に相当し、不所望な暗
電流は非弾性または非共鳴プロセスから生じる。したが
って、典型的にそれぞれＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓで
ある量子井戸および障壁をＩｎＧａＡｓ基板上に成長さ
せることによって、引張応力はまた暗電流を減少させ、
感度を改良する。
かについての上述の理論および説明は、感度の改良を共
鳴トンネル・プロセスに依存している量子井戸フォトデ
ィテクタに関しても成り立つ。量子井戸フォトディテク
タでは、所望の光電流は共鳴電流に相当し、不所望な暗
電流は非弾性または非共鳴プロセスから生じる。したが
って、典型的にそれぞれＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓで
ある量子井戸および障壁をＩｎＧａＡｓ基板上に成長さ
せることによって、引張応力はまた暗電流を減少させ、
感度を改良する。
【００２７】現在、最良の共鳴トンネル・デバイスおよ
びフォトディテクタはＡｌＧａＡｓ障壁を有するが、い
くつかの応用に対してはＡｌＡｓの方がより良い障壁物
質である。この場合、二軸引張応力の存在はより明白な
効果を有する。例えば、もし共鳴がＡｌＡｓにおいて間
接バンドギャップ状態によって発生し、単一の障壁が用
いられるなら、ガンマ状態はなく、共鳴電流はｚ軸方向
に長軸を持つ楕円を流れる。非共鳴電流はｚ軸方向と垂
直な長軸を持つ楕円を流れる。このように、二軸応力は
非共鳴トンネルに必要なエネルギーを引き上げ、共鳴プ
ロセスに必要なエネルギーを引き下げる。また、その結
果、電流のピーク対バレー電流比が改良される。
びフォトディテクタはＡｌＧａＡｓ障壁を有するが、い
くつかの応用に対してはＡｌＡｓの方がより良い障壁物
質である。この場合、二軸引張応力の存在はより明白な
効果を有する。例えば、もし共鳴がＡｌＡｓにおいて間
接バンドギャップ状態によって発生し、単一の障壁が用
いられるなら、ガンマ状態はなく、共鳴電流はｚ軸方向
に長軸を持つ楕円を流れる。非共鳴電流はｚ軸方向と垂
直な長軸を持つ楕円を流れる。このように、二軸応力は
非共鳴トンネルに必要なエネルギーを引き上げ、共鳴プ
ロセスに必要なエネルギーを引き下げる。また、その結
果、電流のピーク対バレー電流比が改良される。
【００２８】図３は上述のＡｌＡｓ障壁層を利用したデ
バイスである。図３のデバイスは、第ＩＩＩ−Ｖ族元素
の第２の化合物半導体の第２層２８と第３層３０の間に
挟まれた第ＩＩＩ−Ｖ族元素の第１の化合物半導体の第
１層２６を有している。前述のように、このデバイスは
第３の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の基板またはバッフ
ァ層３２上に作製され、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
電極３４を有している。ある特定の実施例においては、
第１層２６はＡｌＡｓからなり、第２層および第３層２
８，３０はＩｎＧａＡｓからなり、基板３２はＧａＡｓ
からなる。ＡｌＡｓからなる第１層２６は、間接バンド
ギャップと、第２および第３層２８，３０および基板３
２の格子定数と異なる格子定数とを有している。そのた
め、上述のように、二軸応力がこの第１層に発生する。 第１層２６は非共鳴ガンマ状態に対する電荷キャリアの
流れに対する障壁となる。さらに、共鳴Ｘ点状態に対し
て、第１層２６は量子井戸となり、第２および第３層２
８，３０は電荷キャリアの流れに対する障壁となる。
バイスである。図３のデバイスは、第ＩＩＩ−Ｖ族元素
の第２の化合物半導体の第２層２８と第３層３０の間に
挟まれた第ＩＩＩ−Ｖ族元素の第１の化合物半導体の第
１層２６を有している。前述のように、このデバイスは
第３の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の基板またはバッフ
ァ層３２上に作製され、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
電極３４を有している。ある特定の実施例においては、
第１層２６はＡｌＡｓからなり、第２層および第３層２
８，３０はＩｎＧａＡｓからなり、基板３２はＧａＡｓ
からなる。ＡｌＡｓからなる第１層２６は、間接バンド
ギャップと、第２および第３層２８，３０および基板３
２の格子定数と異なる格子定数とを有している。そのた
め、上述のように、二軸応力がこの第１層に発生する。 第１層２６は非共鳴ガンマ状態に対する電荷キャリアの
流れに対する障壁となる。さらに、共鳴Ｘ点状態に対し
て、第１層２６は量子井戸となり、第２および第３層２
８，３０は電荷キャリアの流れに対する障壁となる。
【００２９】本発明を好適な実施例に関して説明したが
、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱す
ることなく、変形，変更が可能なことは明らかである。
、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱す
ることなく、変形，変更が可能なことは明らかである。
【００３０】
【発明の効果】本発明により、改良されたピーク対バレ
ー比を有する共鳴トンネル・デバイスが得られる。
ー比を有する共鳴トンネル・デバイスが得られる。
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の共鳴トンネル・
デバイスの２つの実施例の断面図である。
デバイスの２つの実施例の断面図である。
【図２】本発明の共鳴トンネル・デバイスの障壁層の最
小エネルギーの伝導帯楕円の図である。
小エネルギーの伝導帯楕円の図である。
【図３】本発明の共鳴トンネル・デバイスの第３の実施
例の断面図である。
例の断面図である。
１２，１３ 基板
１４ 第１障壁層
１５ バッファ層
１６ 第２障壁層
１７ 電極
１８ 量子井戸層
Claims (26)
- 【請求項１】（ａ）半導体物質の第１および第２の障壁
層を備え、前記障壁層の前記半導体物質は間接バンドギ
ャップを有するとともに第１の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなり、（ｂ）前記第１および第２の障壁層間に
設けた半導体物質の量子井戸層を備え、前記量子井戸層
の前記半導体物質は第２の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなり、（ｃ）前記第１および第２の障壁層を二軸引
張応力にさらすために前記第１および第２の障壁層に隣
接する手段とを備える、共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２】前記第１の障壁層に隣接する前記手段は、
第１の格子定数を有する半導体物質を含み、前記第１お
よび第２の障壁層は第２の格子定数を有し、前記第１お
よび第２の格子定数は互いに異ならすことにより、前記
第１の層において前記二軸引張応力を発生させる、請求
項１記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項３】前記第１の格子定数を前記第２の格子定数
より大きくして、バンドエッジ・エネルギー・シフトを
発生させることにより、前記デバイスのピーク対バレー
電流比を対応して増加させる、請求項２記載の共鳴トン
ネル・デバイス。 - 【請求項４】前記第１および第２の障壁層は、前記第１
および第２の障壁層に隣接する前記手段に対して仮像で
ある、請求項３記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項５】前記第１の障壁層に隣接する前記手段の前
記半導体物質は、第３の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
含む、請求項３記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項６】前記第３の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は
、前記第２の第ＩＩＩ−Ｖ化合物と同じ化合物である、
請求項３記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項７】前記第１の障壁層に隣接する前記手段は、
前記デバイスの基板である、請求項５記載の共鳴トンネ
ル・デバイス。 - 【請求項８】前記第１の障壁層に隣接する前記手段は、
基板上に設けた厚いバッファ層である、請求項５記載の
共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項９】前記第１の障壁層に隣接する前記手段は、
前記第１および第２の障壁層の厚さより少なくとも厚さ
において大きい次数または大きさの前記第１の格子定数
の前記半導体物質の層を含み、前記第１および第２の障
壁層は十分に薄く、前記第１および第２の格子定数の相
違によって発生する二軸応力を保持できる、請求項５記
載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１０】前記第１の障壁層に隣接する前記手段は
典型的に、少なくとも１ミクロンの厚さを有する、請求
項９記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１１】前記第１および第２の障壁層は、厚さが
１００オングストローム以下である、請求項１０記載の
共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１２】前記第３の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
は、Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる
、請求項５記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１３】前記第１および第２の障壁層は、Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘ Ａｓ（０．３５＜ｘ＜１）からなる、請
求項１２記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１４】前記量子井戸層は、ＧａＡｓからなる、
請求項１３記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１５】前記量子井戸層は、Ｉｎｘ Ｇａ１−ｘ
Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる、請求項１３記載の共鳴
トンネル・デバイス。 - 【請求項１６】前記第２の障壁層に隣接して設けた電極
を有する、請求項５記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１７】前記電極は、前記第３の第ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体である半導体物質を含む、請求項１６記載
の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項１８】前記電極はさらに、高濃度にドープされ
たｎ型物質を含む、請求項１７記載の共鳴トンネル・デ
バイス。 - 【請求項１９】前記デバイスは量子井戸フォトディテク
タである、請求項１７記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２０】前記デバイスは高周波発振器である、請
求項１７記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２１】半導体物質の第１の層は半導体物質の第
２および第３の層の間に挟まれた第１の第ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体を含み、前記第２および第３の層はそれぞ
れ第２の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、前記第１
層は間接バンドギャップと前記第２および第３の層の格
子定数と異なる格子定数とを有する前記第１の層におい
て二軸応力を発生し、前記第１層は非共鳴ガンマ状態に
対する電荷キャリアの流れに対する障壁となり、前記第
１層は量子井戸となり、前記第２および第３の層は共鳴
Ｘ点状態の電荷キャリアの流れに対する障壁となる、共
鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２２】前記第１の格子定数は前記第２の格子定
数よりも大きく、そのため共鳴時にバンドエッジ・エネ
ルギー・シフトが前記デバイスのピーク対バレー電流比
を比例的に増大させる、請求項２１記載の共鳴トンネル
・デバイス。 - 【請求項２３】前記第１の層は仮像である、請求項２２
記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２４】前記第１の層はＡｌＡｓである、請求項
２３記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２５】前記第２および第３の層はＩｎＧａＡｓ
である、請求項２４記載の共鳴トンネル・デバイス。 - 【請求項２６】前記第２および第３層はＩｎＡｓである
、請求項２４記載の共鳴トンネル・デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US07/637,397 US5132746A (en) | 1991-01-04 | 1991-01-04 | Biaxial-stress barrier shifts in pseudomorphic tunnel devices |
| US637397 | 1991-01-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296059A true JPH04296059A (ja) | 1992-10-20 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3344107A Pending JPH04296059A (ja) | 1991-01-04 | 1991-12-03 | 共鳴トンネル・デバイス |
Country Status (3)
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|---|---|
| US (1) | US5132746A (ja) |
| EP (1) | EP0493706A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04296059A (ja) |
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- 1991-12-09 EP EP91121057A patent/EP0493706A1/en not_active Withdrawn
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