JPH06163928A - Tunnel injection semiconductor device - Google Patents

Tunnel injection semiconductor device

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JPH06163928A
JPH06163928A JP31185492A JP31185492A JPH06163928A JP H06163928 A JPH06163928 A JP H06163928A JP 31185492 A JP31185492 A JP 31185492A JP 31185492 A JP31185492 A JP 31185492A JP H06163928 A JPH06163928 A JP H06163928A
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tunnel
layer
injection
quantum
tunnel injection
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JP31185492A
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Japanese (ja)
Inventor
Fuaasoru Geruharuto
ファーソル ゲルハルト
Jiyunichi Motohisa
順一 本久
Hiroyuki Sakaki
裕之 榊
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
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Abstract

PURPOSE:To provide a tunnel injection semiconductor device in which energy distribution is sharpened while realizing high speed operation and large current through the use of resonance tunnel injection. CONSTITUTION:Semiconductor layers 2-5 of modulated dope structure, each having a layer 4 doped with donar impurities, are formed on a substrate 1. Side face of the modulated dope structure is then cleaved or etched within a predetermined angular range to expose an end face 6. Semiconductor layers 5-10 of tunnel structure are then formed on the end face 6 and carriers are tunnel injected from the semiconductor layer of tunnel structure into the semiconductor layers 2-5 of modulated dope structure. This structure allows injection of high current with narrow energy distribution into a two-dimensional electron channel having modulated dope structure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高速計算やマイクロ波
通信の分野に応用できるトンネル注入半導体装置に関
し、特に、電子が2次元(量子井戸またはヘテロ接合構
造)、1次元(量子細線)、または0次元(量子箱)に
閉じこめられる量子ミクロ構造のトンネル注入半導体装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel injection semiconductor device applicable to the fields of high-speed calculation and microwave communication, and in particular, electrons are two-dimensional (quantum well or heterojunction structure), one-dimensional (quantum wire), Alternatively, the present invention relates to a tunnel injection semiconductor device having a quantum microstructure that is confined in 0 dimension (quantum box).

【0002】[0002]

【従来の技術】Leo Esaki 等[L. Esaki and R. Tsu, IB
M J. Res. Develop. 14,61(1970); L.Esaki and R. Ts
u, IBM Research Note RC-2418 (1969); L. Esaki, Phy
s. Rev. 109,603(1958; L. Esaki, Proc. IEEE62, 825
(1974), and IEEE Trans. Electron Devices ED-23, 6
44(1976)] が発明した共鳴トンネルダイオード等は、電
子のトンネル効果を利用したデバイスであり、これらは
例えばマイクロ波を発生するために使われている。
[Prior Art] Leo Esaki and others [L. Esaki and R. Tsu, IB
M J. Res. Develop. 14,61 (1970); L. Esaki and R. Ts
u, IBM Research Note RC-2418 (1969); L. Esaki, Phy
s. Rev. 109,603 (1958; L. Esaki, Proc. IEEE62, 825
(1974), and IEEE Trans. Electron Devices ED-23, 6
44 (1976)] invented a resonant tunneling diode or the like, which is a device utilizing the tunneling effect of electrons, and these are used for generating microwaves, for example.

【0003】一方、電子波干渉に基づいた量子干渉装置
が既に種々提案されている。[Fernando Sols, M. Macuc
ci, U. Ravaioli, K. Iless, 'Theory for a quantum m
odulated transistor'; N. Tsukada, A.D.Wieck, K.Plo
og, Appl. Phys. Lett 56, 2527 (1990); H. Sakaki, J
pn. J. Appl. Physics 19, L735 (1980), and Inst.of
Physics Conf. Series 63, 251, (1981); S. Datta, M.
R.Melloch, S. Bandyopadhyay, and M.S. Lundstrom,
Appl. Phys. Lett. 48, 487 (1986); M.. Yamanishi, S
uperlattices and Microstructures B6,403 (1989); A.
Shimizu, Physical Review A43, 3819 (1991); A. Yac
oby, U. Sivan, C.P.Umbach, and J.M.Hong, Phys.Rev.
Lett. 66, 1938 (1991)〕。これらの提案では、いずれ
も電子が拡散型の電極により注入されており、ほとんど
熱平衡に近いエネルギー分布にあるので、非常に低い温
度でしか働かないとされている。
On the other hand, various quantum interference devices based on electron wave interference have already been proposed. [Fernando Sols, M. Macuc
ci, U. Ravaioli, K. Iless, 'Theory for a quantum m
odulated transistor '; N. Tsukada, ADWieck, K. Plo
og, Appl. Phys. Lett 56, 2527 (1990); H. Sakaki, J
pn. J. Appl. Physics 19, L735 (1980), and Inst.of
Physics Conf. Series 63, 251, (1981); S. Datta, M.
R. Melloch, S. Bandyopadhyay, and MS Lundstrom,
Appl. Phys. Lett. 48, 487 (1986); M .. Yamanishi, S
uperlattices and Microstructures B6,403 (1989); A.
Shimizu, Physical Review A43, 3819 (1991); A. Yac
oby, U. Sivan, CPUmbach, and JMHong, Phys. Rev.
Lett. 66, 1938 (1991)]. In each of these proposals, electrons are injected by a diffusion type electrode, and the energy distribution is almost close to thermal equilibrium, so that it is said that the electrons work only at a very low temperature.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、共鳴トンネル
ダイオードの応用では、電流電圧特性のピークと谷の比
率が大きなことを必要とするが、この大きな比率を得る
ことの困難さが共鳴トンネルダイオードの作製上の問題
点となっている。
However, the application of the resonant tunneling diode requires that the peak-to-valley ratio of the current-voltage characteristic is large, but it is difficult to obtain this large ratio. This is a problem in manufacturing.

【0005】従来提案されている量子干渉装置の大きな
問題点は、非常に低い温度(通常1K以下)と非常に小
さな電流でしか動作することを望めないことである。そ
の主な障害となっているのが単一エネルギー電子の注入
の難しさである。従来の装置では、数ミリケルビンの低
温の中で作動させるか、チャンネルの幅を極端に狭めた
ポイントコンタクト装置を利用して単一エネルギーの電
子を得ていたが、いずれの方法とも電流が非常に低く制
限されるので装置の応用も限られてしまう。
A major problem of the conventionally proposed quantum interference device is that it can be expected to operate only at a very low temperature (usually 1K or less) and a very small current. The main obstacle is the difficulty of injecting monoenergetic electrons. In the conventional device, a single-energy electron was obtained by operating at a low temperature of a few millikelvin or by using a point contact device in which the width of the channel was extremely narrowed. Since it is limited to a low value, the application of the device is also limited.

【0006】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、共鳴トンネル注入を利用してエネルギー分布をシ
ャープにし、高速動作が実現でき、電流密度が高くノイ
ズに強いトンネル注入半導体装置を提供することを目的
とするものである。本発明の他の目的は、半導体装置
(ダイオード、電界効果トランジスタ、干渉装置)への
キャリヤの注入においてシャープなエネルギー分布を持
った高エネルギーの弾道性キャリヤのトンネル注入を可
能にすることである。
The present invention solves the above problems and provides a tunnel injection semiconductor device which utilizes resonance tunnel injection to sharpen the energy distribution, realize high-speed operation, high current density, and high noise resistance. The purpose is to do. Another object of the invention is to enable tunnel injection of high-energy ballistic carriers with a sharp energy distribution in the injection of carriers into semiconductor devices (diodes, field effect transistors, interferometers).

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、基
板上に1つまたは複数の2次元または1次元または結合
0次元の電子または正孔チャンネルを有する半導体層を
形成し、しかる後当該チャンネルの側面を所定の角度範
囲でへき開またはエッチングして端面を露出し、該端面
に1つまたは複数のトンネル構造の半導体層を形成して
トンネル構造の半導体層からチャンネルにキャリヤをト
ンネル注入するように構成したことを特徴とする。ま
た、基板上に1つまたは複数の2次元または1次元また
は結合0次元の電子または正孔チャンネルを有する半導
体層を形成し、しかる後当該チャンネルの対向する側面
の2ヵ所を所定の角度範囲でへき開またはエッチングし
て端面を露出し、該端面のそれぞれに1つまたは複数の
トンネル構造の半導体層を形成して一方のトンネル構造
の半導体層からチャンネルにキャリヤをトンネル注入
し、他方のトンネル構造の半導体層からキャリヤを取り
出すように構成したことを特徴とする。
To that end, the present invention provides a semiconductor layer on a substrate having one or more two-dimensional or one-dimensional or bonded zero-dimensional electron or hole channels, which are then formed. A side surface of the structure is cleaved or etched in a predetermined angle range to expose an end surface, one or more semiconductor layers having a tunnel structure are formed on the end surface, and carriers are tunnel-injected from the semiconductor layer having the tunnel structure into a channel. It is characterized by being configured. In addition, a semiconductor layer having one or more two-dimensional or one-dimensional or bond-zero electron or hole channels is formed on a substrate, and then two opposite side surfaces of the channels are formed in a predetermined angle range. Cleavage or etching exposes the end faces, one or a plurality of semiconductor layers having a tunnel structure is formed on each of the end faces, and carriers are tunnel-injected from one semiconductor layer of one tunnel structure into a channel, and another semiconductor layer of the other tunnel structure is formed. It is characterized in that the carrier is taken out from the semiconductor layer.

【0008】[0008]

【作用】本発明のトンネル注入半導体装置では、基板に
対してある角度に置かれた共鳴トンネル注入装置におい
て隣接する2次元または1次元または結合0次元のチャ
ンネルとの間に形成される量子細線(量子箱)状態を介
して電子又は正孔のキャリヤをチャンネル内にトンネル
注入するので、エネルギー分布の狭い大きな電流を注入
することができる。
In the tunnel injection semiconductor device of the present invention, the quantum thin line () formed between adjacent two-dimensional or one-dimensional or coupled zero-dimensional channels in the resonant tunneling injection device placed at an angle to the substrate ( Since electrons or holes carriers are tunnel-injected into the channel via the (quantum box) state, a large current having a narrow energy distribution can be injected.

【0009】作製法は、まず第1段階で、基板の上に1
つまたは複数の二次元電子または正孔のチャンネルまた
は量子細線または結合量子箱が形成され、この段階の
後、エッチング等により端面が露出され、露出端面に第
2段階として共鳴トンネル構造が形成される。
The manufacturing method is as follows:
One or a plurality of two-dimensional electron or hole channels or quantum wires or coupled quantum boxes are formed. After this step, end faces are exposed by etching or the like, and a resonant tunneling structure is formed on the exposed end faces as a second step. .

【0010】これらの層構造の形成は、分子線エピタキ
シー(MBE)によって行われるが、他の方法(MOC
VD等)でもよい。電子または正孔を二次元チャンネル
に閉じ込めるにはヘテロ接合(シリコン・ゲルマニウム
合金の組み合わせ、または III−V族や他の半導体の組
み合わせ)または量子井戸を使うことができ、変調ドー
ピングされた構造が好ましい。
The formation of these layer structures is performed by molecular beam epitaxy (MBE), but other methods (MOC
VD etc.). Heterojunctions (silicon-germanium alloy combinations, or III-V or other semiconductor combinations) or quantum wells can be used to confine the electrons or holes in the two-dimensional channel, and modulation-doped structures are preferred. .

【0011】また、通常、露出された端面の表面は、第
1段階で形成されるチャンネル平面に対して90゜や6
0゜の角度が使われるが他の角度も可能である。そして
その上に、共鳴トンネル構造として、バンドギャップの
大きい物質を用いたトンネル障壁層と、バンドギャップ
の小さな物質を用いたトンネル量子井戸と、さらにトン
ネル障壁層と、高濃度にドーピングされた厚いコンタク
ト層が順々に形成され、最後に拡散型のオーミック電極
が形成される。
Also, the surface of the exposed end face is usually 90 ° or 6 ° with respect to the channel plane formed in the first step.
An angle of 0 ° is used, but other angles are possible. On top of that, as a resonant tunneling structure, a tunnel barrier layer using a material with a large band gap, a tunnel quantum well using a material with a small band gap, a tunnel barrier layer, and a thickly doped thick contact. The layers are sequentially formed, and finally a diffusion type ohmic electrode is formed.

【0012】装置は、トンネル構造の両端の電圧が共鳴
トンネル効果を生じる電圧と同じになるように作動させ
る。すると、トンネル量子井戸内で第1段階で形成され
るチャンネルに隣接する点が一番低い電位になる。した
がって、量子細線(量子箱)状態がトンネル構造内に実
現するため、トンネル効果は量子細線を介しておきる。
量子細線は、その電子状態密度が持つ特別な性質のた
め、非常にシャープな電子トンネル共鳴を示すことが知
られている。したがって、共鳴時には非常に狭いエネル
ギー分布のキャリヤが装置のチャンネルに注入される。
The device operates such that the voltage across the tunnel structure is the same as the voltage that causes the resonant tunneling effect. Then, the point adjacent to the channel formed in the first stage in the tunnel quantum well has the lowest potential. Therefore, since the quantum wire (quantum box) state is realized in the tunnel structure, the tunnel effect is left through the quantum wire.
Quantum wires are known to exhibit very sharp electron tunneling resonance due to the special property of their density of states. Therefore, at resonance, carriers with a very narrow energy distribution are injected into the channel of the device.

【0013】[0013]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。 〔実施例1〕:トンネル注入ダイオード 図1はトンネル注入ダイオードによる本発明のトンネル
注入半導体装置の1実施例構成を示す図、図2はトンネ
ル注入ダイオードによる本発明のトンネル注入半導体装
置の他の実施例構成を示す図、図3は量子細線状態を介
しての電子のトンネル注入原理を示す図、図4は二重障
壁トンネル構造でのトンネル電流を説明するための図、
図5はトンネル注入ダイオードの電流電圧特性(aカー
ブ)と従来の共鳴トンネルダイオードの電流電圧特性
(bカーブ)を示す図である。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. [Embodiment 1]: Tunnel injection diode FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention using a tunnel injection diode, and FIG. 2 is another embodiment of the tunnel injection semiconductor device of the present invention using a tunnel injection diode. The figure which shows an example structure, FIG. 3 is a figure which shows the tunnel injection principle of the electron through a quantum wire state, FIG. 4 is a figure for demonstrating the tunnel current in a double barrier tunnel structure,
FIG. 5 is a diagram showing a current-voltage characteristic (a curve) of a tunnel injection diode and a current-voltage characteristic (b curve) of a conventional resonant tunneling diode.

【0014】図1(A)に示すトンネル注入ダイオード
は、GaAsの基板1の上に分子線エピタキシー(MB
E:Molecular Beam Epitaxy)や有機金属気相成長法
(MOCVD:Metalorganic Chemical Vapor Depositi
on)等を使い2段階の積層過程を経て形成される。
The tunnel injection diode shown in FIG. 1A has a molecular beam epitaxy (MB) on a GaAs substrate 1.
E: Molecular Beam Epitaxy and MOCVD: Metalorganic Chemical Vapor Depositi
on) and the like, and is formed through a two-step laminating process.

【0015】まず第1段階として、図示Aの方向にGa
Asの基板1の上にアンドープのGaAsバッファ層
(500nm)2が形成され、さらにアンドープのAl
GaAsスペーサ層(10nm)3、n型ドープのAl
GaAs層(80nm)4、一番上にGaAsの層(1
0nm)5が形成される。この第1段階の層形成によっ
てAlGaAs層にのみドナー不純物をドープした2次
元電子チャンネルを有する変調ドープ構造の半導体層が
形成される。
First, as the first step, Ga in the direction of A in the figure is used.
An undoped GaAs buffer layer (500 nm) 2 is formed on the substrate 1 of As, and further undoped Al
GaAs spacer layer (10 nm) 3, n-type doped Al
GaAs layer (80 nm) 4, GaAs layer on top (1
0 nm) 5 is formed. By this first-stage layer formation, a semiconductor layer having a modulation-doped structure having a two-dimensional electron channel in which the donor impurity is doped only in the AlGaAs layer is formed.

【0016】しかる後、真空中で(110)面または
(111)面等が露出するように変調ドープ構造の側面
を例えば図示のように90°その他所定の角度範囲でへ
き開またはエッチングして端面6を露出し、その端面6
に第2段階で二重障壁トンネル構造の層形成を行う。
After that, the side surface of the modulation-doped structure is cleaved or etched at 90 ° or another predetermined angle range, for example, as shown in the drawing so that the (110) plane or the (111) plane is exposed in a vacuum. Exposing the end face 6
In the second step, a double barrier tunnel structure layer is formed.

【0017】この第2段階では、変調ドープ構造を形成
した半導体層の向きを変え、端面6上において図示Bの
方向にアンドープのAlGaAsトンネル障壁層(4n
m)7、アンドープのGaAsトンネル量子井戸層(6
nm)8、第2のトンネル障壁層(4nm)9、n型で
ドープされたGaAsのコンタクト層(2μm)10が
順次形成される。
In the second step, the semiconductor layer having the modulation-doped structure is turned around so that the undoped AlGaAs tunnel barrier layer (4n) is formed on the end face 6 in the direction of B in the figure.
m) 7, undoped GaAs tunnel quantum well layer (6
nm) 8, a second tunnel barrier layer (4 nm) 9, and an n-type doped GaAs contact layer (2 μm) 10 are sequentially formed.

【0018】その後、基板をMBE室から取り出す。な
お、少なくとも追加の処理としてトンネル構造のn型層
10及びその反対側にある二次元電子ガス層2′に拡散
型のオーミック電極11、12を形成することが必要で
ある。
After that, the substrate is taken out from the MBE chamber. It is necessary to form diffusion type ohmic electrodes 11 and 12 in the n-type layer 10 having the tunnel structure and the two-dimensional electron gas layer 2'on the opposite side as at least an additional treatment.

【0019】この半導体装置(トンネル注入ダイオー
ド)では、キャリヤが装置基板1にある端面6の上に形
成された二重障壁トンネル構造7、8、9の中を通り、
ヘテロ接合界面、または量子井戸中の二次元電子ガス層
2’からなるチャンネルに進む。そして、二次元電子ガ
ス層2’のキャリヤは、オーミック電極をつけたドレイ
ン12に集められる。
In this semiconductor device (tunnel injection diode), carriers pass through a double barrier tunnel structure 7, 8, 9 formed on an end face 6 of the device substrate 1,
Proceed to the heterojunction interface or channel consisting of the two-dimensional electron gas layer 2'in the quantum well. Then, the carriers of the two-dimensional electron gas layer 2'are collected in the drain 12 provided with the ohmic electrode.

【0020】図1(B)に示すトンネル注入ダイオード
は、図1(A)に示した二重障壁トンネル構造7、8、
9をチャンネルの両側に設けるものであり、二重障壁ト
ンネル構造7、8、9の反対側にも図示Cの方向にアン
ドープのAlGaAsトンネル障壁層(4nm)14、
アンドープのGaAsトンネル井戸層(6nm)15、
第2のトンネル障壁層(4nm)16、n型でドープさ
れたGaAsのコンタクト層(2μm)17を順次に形
成することによって、二重障壁トンネル構造を設けた構
成を示したものである。
The tunnel injection diode shown in FIG. 1B has the double barrier tunnel structure 7, 8 shown in FIG.
9 is provided on both sides of the channel, and on the opposite side of the double barrier tunnel structures 7, 8 and 9, an undoped AlGaAs tunnel barrier layer (4 nm) 14 in the direction of C in the figure,
Undoped GaAs tunnel well layer (6 nm) 15,
This shows a structure in which a double barrier tunnel structure is provided by sequentially forming a second tunnel barrier layer (4 nm) 16 and an n-type doped GaAs contact layer (2 μm) 17.

【0021】このトンネル注入半導体装置では、キャリ
ヤが、装置基板1にある端面6の上に形成された二重障
壁トンネル構造7、8、9の中を通り、ヘテロ接合界
面、または量子井戸中の二次元電子ガス層2’からなる
チャンネルに進む。そして、キャリヤは、反対側に形成
された二重障壁トンネル構造14〜17を通してオーミ
ック電極をつけたドレインに集められる。
In this tunnel injection semiconductor device, carriers pass through the double barrier tunnel structures 7, 8 and 9 formed on the end face 6 of the device substrate 1 to the heterojunction interface or quantum well. Proceed to the channel consisting of the two-dimensional electron gas layer 2 '. The carriers are then collected in the drain with the ohmic electrode through the double barrier tunnel structures 14-17 formed on the opposite side.

【0022】図2に示すトンネル注入ダイオードは、図
1(A)のヘテロ接合のチャンネルの代わりに複数の量
子井戸からなる2次元電子のチャンネルを有する構成を
示したものである。その作製法は、前述の第1段階にお
いてGaAsバッファ層2上にn型ドープのAlGaA
s層(30nm)とアンドープのGaAs量子井戸層
(5nm)を所望の回数交互に積層し、1番上にGaA
s層(50nm)を形成する以外は、図1(A)と同様
である。
The tunnel injection diode shown in FIG. 2 has a structure having a two-dimensional electron channel composed of a plurality of quantum wells instead of the heterojunction channel shown in FIG. 1 (A). The manufacturing method is as follows: n-type doped AlGaA on the GaAs buffer layer 2 in the first step.
An s layer (30 nm) and an undoped GaAs quantum well layer (5 nm) are alternately laminated a desired number of times, and GaA is formed on the top.
1A is the same as that of FIG. 1A except that the s layer (50 nm) is formed.

【0023】本発明のトンネル注入ダイオードでは、図
3に示すようにアース電位のドレイン12に対してソー
ス11に負電圧が加えられる。論理装置やマイクロ波発
生器として使う場合には、この装置の負性抵抗特性を利
用する。加えられた電圧が共鳴条件を満たした時、電子
が効率良くソースからドレインまでトンネルし、最大の
電流が得られ、それより大きい電圧で負性抵抗が現れ
る。本発明では、上記のようにしてトンネル効果が量子
細線を介して生じるので、共鳴は、非常にシャープに現
れ散乱を抑えることができる。このため、本発明のトン
ネル注入ダイオードは、ピークと谷の比率を大きくする
ことができ、したがって負性抵抗も大きくなるので、マ
イクロ波発生器や論理回路に用いて良好な特性を得るこ
とができる。
In the tunnel injection diode of the present invention, as shown in FIG. 3, a negative voltage is applied to the source 11 with respect to the drain 12 having the ground potential. When used as a logic device or a microwave generator, the negative resistance characteristic of this device is used. When the applied voltage satisfies the resonance condition, the electrons efficiently tunnel from the source to the drain, the maximum current is obtained, and the negative resistance appears at a voltage higher than that. In the present invention, since the tunnel effect occurs through the quantum wires as described above, the resonance appears very sharply and the scattering can be suppressed. Therefore, the tunnel injection diode of the present invention can increase the peak-to-valley ratio and therefore the negative resistance, and thus can be used in a microwave generator or a logic circuit to obtain good characteristics. .

【0024】さらに動作を具体的に説明する。上記本発
明のトンネル注入ダイオードでは、印加する電圧を徐々
に上げると、図4の(A)、図5のV1に示す領域のよ
うに加えられた電圧が低い間(トンネル構造の左側の電
位が井戸内の束縛準位との共鳴に至らない間)のダイオ
ード電流もある程度は増加する。しかし、さらに電圧を
高くすると、図4の(B)、図5のV2の領域に示すよ
うにトンネル注入構造の左側の電子エネルギーと量子井
戸内の束縛エネルギー準位が共鳴してトンネル電流の急
激な増加が見られる。その後共鳴がなくなってトンネル
電流の急激な減少が起こり、その結果、図5のV2に示
すように電流のピークが現れる。このとき、理想的なト
ンネルダイオードであれば、トンネル過程での平行運動
量の保存則により電流はゼロまで下がるはずであるが、
現実には散乱(不純物散乱とフォノン散乱)によりこの
ような理想的な動作特性は乱され、ピークと谷の比率は
制限される。図4の(C)、図5のV3の領域のように
さらに高電圧になると、トンネル障壁の上を越える直接
励起が起こり、電流は急激に増加する。
The operation will be further described in detail. In the tunnel injection diode of the present invention, when the applied voltage is gradually increased, the applied voltage is low as shown in the region V1 of FIG. 4A and FIG. 5 (the potential on the left side of the tunnel structure is The diode current (before reaching resonance with the bound level in the well) increases to some extent. However, when the voltage is further increased, the electron energy on the left side of the tunnel injection structure and the bound energy level in the quantum well resonate with each other as shown in the region V2 of FIG. There is a significant increase. After that, the resonance disappears and the tunnel current sharply decreases. As a result, a current peak appears as shown by V2 in FIG. At this time, if it is an ideal tunnel diode, the current should drop to zero due to the conservation law of parallel momentum in the tunnel process,
In reality, such ideal operating characteristics are disturbed by scattering (impurity scattering and phonon scattering), and the peak-valley ratio is limited. When the voltage becomes higher as in the region of V3 in FIG. 4C and FIG. 5, direct excitation over the tunnel barrier occurs, and the current sharply increases.

【0025】上記のように本発明のトンネル注入ダイオ
ードでは、アンドープのAlGaAsトンネル障壁層
7、9からなる2つのトンネル障壁間に量子細線状態
8’が生じるためN字形状のトンネル特性においてより
シャープな共鳴が得られる。すなわち、従来の共鳴トン
ネルダイオードは、二次元電子状態を介して電子の注入
を行うが、本発明のトンネル注入ダイオードでは、一次
元量子細線状態を介して電子の注入を行うので、図5
(a)の電流電圧特性に示すように図5(b)の従来の
共鳴トンネルダイオードの特性に比べてよりシャープな
共鳴及び大きなピークと谷との比率が得られる。通常装
置の応用には、共鳴と負の微分抵抗特性が現れる範囲を
利用するので、特性のピークと谷の比率は、論理装置へ
の応用も含むほとんどの応用における共鳴トンネルダイ
オードの価値を左右するものである。
As described above, in the tunnel injection diode of the present invention, the quantum wire state 8'is generated between the two tunnel barriers composed of the undoped AlGaAs tunnel barrier layers 7 and 9, so that the N-shaped tunnel characteristic is sharper. Resonance is obtained. That is, the conventional resonant tunneling diode injects electrons through the two-dimensional electron state, whereas the tunnel injection diode of the present invention injects electrons through the one-dimensional quantum wire state.
As shown in the current-voltage characteristic of (a), sharper resonance and a larger peak-to-valley ratio are obtained as compared with the characteristic of the conventional resonant tunneling diode of FIG. 5 (b). Since the range where resonance and negative differential resistance characteristics appear is used for normal device applications, the ratio of peaks and valleys of the characteristics determines the value of resonant tunneling diodes in most applications, including logic device applications. It is a thing.

【0026】上記の実施例では、AlGaAsを用いた
が、AlGaAsの代わりにGaInAsを利用するこ
とができ、また、GaAsとAlGaAsの組み合わせ
をシリコン・ゲルマニウム等の他の適切な合金に変える
ことも可能である。
Although AlGaAs was used in the above embodiment, GaInAs can be used instead of AlGaAs, and the combination of GaAs and AlGaAs can be changed to another suitable alloy such as silicon germanium. Is.

【0027】 〔実施例2〕:トンネル注入電界効果トランジスタ 図6はトンネル注入電界効果トランジスタによる本発明
のトンネル注入半導体装置の1実施例構成を示す図であ
る。このトンネル注入電界効果トランジスタの構造は、
実施例1と同様MBE(MOCVDや他のエピタキシー
法を使ってもよい)により作られる。
Second Embodiment: Tunnel Injection Field-Effect Transistor FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention using a tunnel injection field effect transistor. The structure of this tunnel injection field effect transistor is
It is made by MBE (MOCVD or other epitaxy method may be used) as in the first embodiment.

【0028】まず、第1段階で、変調ドープ構造の半導
体層として、GaAs(100)の基板1上にアンドー
プのGaAsのバッファ層(500nm)2が形成さ
れ、続けて順にAlGaAsのアンドープ層(10n
m)3、n型ドープのAlGaAs変調ドープ層(80
nm)4、そして一番上にn型GaAsの層(10n
m)5が形成される。
First, in the first step, an undoped GaAs buffer layer (500 nm) 2 is formed on a GaAs (100) substrate 1 as a semiconductor layer having a modulation-doped structure, and then an AlGaAs undoped layer (10 n) is sequentially formed.
m) 3, n-type doped AlGaAs modulation-doped layer (80
4), and an n-type GaAs layer (10n
m) 5 is formed.

【0029】上記第1段階で変調ドープ構造の半導体層
ができた後、この半導体層を含む試料のへき開またはエ
ッチング等により端面を露出し、この端面(110)6
に〔110〕の方向に沿ってMBE法で第2段階として
共鳴トンネル構造の半導体層を形成する。
After the semiconductor layer having the modulation-doped structure is formed in the first step, the end face is exposed by cleaving or etching the sample including the semiconductor layer, and the end face (110) 6
As a second step, a semiconductor layer having a resonant tunnel structure is formed by the MBE method along the [110] direction.

【0030】第2段階では、アンドープのAlGaAs
トンネル障壁層(4nm)7、アンドープのGaAsト
ンネル井戸層(6nm)8、アンドープのAlGaAs
トンネル障壁層(4nm)9、n型ドープのGaAsコ
ンタクト層(2μm)10の順序で2重障壁トンネル構
造の半導体層が形成される。
In the second stage, undoped AlGaAs
Tunnel barrier layer (4 nm) 7, undoped GaAs tunnel well layer (6 nm) 8, undoped AlGaAs
A semiconductor layer having a double barrier tunnel structure is formed in the order of a tunnel barrier layer (4 nm) 9 and an n-type doped GaAs contact layer (2 μm) 10.

【0031】これらの半導体層が形成された後、試料を
MBE室から取り出し、リソグラフィーにより1つまた
は複数の装置を作製するための処理を行う。例えば図6
に示すように、ソース11と、ドレイン12と、ゲート
13の電極を作る。ソース11とドレイン12はオーム
性合金電極であり、ゲート13は下の層から絶縁された
アルミニウムまたはチタン、タングステン・シリサイド
などのショットキー接合を形成する金属の薄膜からなる
ものである。
After these semiconductor layers are formed, the sample is taken out from the MBE chamber and subjected to a process for producing one or a plurality of devices by lithography. For example, in FIG.
As shown in, the electrodes of the source 11, the drain 12, and the gate 13 are formed. The source 11 and the drain 12 are ohmic alloy electrodes, and the gate 13 is a thin film of a metal such as aluminum or titanium, which is insulated from the underlying layer, forming a Schottky junction such as tungsten silicide.

【0032】図6に示すトンネル注入電界効果トランジ
スタでは、キャリヤが装置基板1にある端面6の上に置
かれた二重障壁トンネル構造7、8、9の中を通り、ヘ
テロ接合界面または量子井戸中のチャンネル2’に弾道
性キャリヤとなって進む。そして、オーミック電極をつ
けたドレイン12にキャリヤが集められ、ゲート13に
よりソース・ドレイン電流が調節される。この構造では
キャリヤがフェルミ準位より高いエネルギーをもって弾
道的に動くためにこの装置では高速作動が実現できる。
In the tunnel injection field effect transistor shown in FIG. 6, the carriers pass through the double barrier tunnel structure 7, 8, 9 located on the end face 6 on the device substrate 1 to the heterojunction interface or quantum well. Proceed as a ballistic carrier to the inner channel 2 '. Then, the carriers are collected in the drain 12 provided with the ohmic electrode, and the source / drain current is adjusted by the gate 13. In this structure, the carrier moves ballistically with energy higher than the Fermi level, so that high speed operation can be realized in this device.

【0033】従来の電界効果トランジスタでは、電子が
合金電極を通して注入されているため、熱分布があり速
度も限られている。本発明では、上記のように2重障壁
トンネル構造を用いることにより、フェルミ準位以上の
高エネルギーでシャープなエネルギー分布を持つ電子を
注入することができる。このため、ゲート下での電子の
移動時間は非常に短くなる。したがって、高速スイッチ
動作が可能となりマイクロ波用のトランジスタとして適
している。また、温度変化に対する安定性の向上も期待
される。ゲートに加えられた電圧は、半導体装置に2つ
の影響を及ぼす。1つは、ゲートの電位が電子チャンネ
ル内のキャリヤを通常の電界効果トランジスタのように
空乏化してしまう。また、もう1つは、ゲートの電位に
よりできた電界が電子注入用二重障壁構造の共鳴トンネ
ル効果に影響を及ぼす。この2つの効果を組み合わせる
ことによって通常の電界効果トランジスタに比べてトラ
ンスコンダクタンスを増加させることができる。
In the conventional field effect transistor, since electrons are injected through the alloy electrode, there is a heat distribution and the speed is limited. In the present invention, by using the double barrier tunnel structure as described above, it is possible to inject electrons having a high energy and a sharp energy distribution above the Fermi level. Therefore, the electron transfer time under the gate is very short. Therefore, a high-speed switching operation is possible and it is suitable as a microwave transistor. Further, it is expected that the stability with respect to temperature change is improved. The voltage applied to the gate has two effects on the semiconductor device. First, the gate potential depletes the carriers in the electron channel, as in a normal field effect transistor. On the other hand, the electric field generated by the potential of the gate affects the resonance tunnel effect of the double barrier structure for electron injection. By combining these two effects, the transconductance can be increased as compared with a normal field effect transistor.

【0034】図7はキャリヤのトンネル注入構造を持つ
平面型の量子干渉装置の構造を示す図である。量子干渉
装置では、狭いエネルギー分布を持つ電子を注入する必
要があり、これは図に示すように図6の電界効果トラン
ジスタと同様の構成でゲート電極を狭い間隔で分割する
ことにより得ることができる。分割ゲート間のチャンネ
ルの抵抗は非常に高い(25kΩ)が、トンネル注入構
造を利用すれば、狭いエネルギー分布を持つため比較的
に大電流を注入できる。
FIG. 7 is a diagram showing the structure of a planar quantum interference device having a carrier tunnel injection structure. In the quantum interference device, it is necessary to inject electrons having a narrow energy distribution, which can be obtained by dividing the gate electrode at a narrow interval with the same configuration as the field effect transistor of FIG. 6 as shown in the figure. . The resistance of the channel between the split gates is very high (25 kΩ), but if a tunnel injection structure is used, a relatively large current can be injected due to the narrow energy distribution.

【0035】〔実施例3〕:トンネル注入構造を持つ量
子細線型の干渉装置 図8は量子細線のペアにキャリヤをトンネル注入する量
子干渉装置構造による本発明のトンネル注入半導体装置
の実施例を示す図、図9は複数の量子細線にトンネル注
入する干渉装置の実施例を示す図である。
[Embodiment 3]: Quantum wire type interference device having tunnel injection structure FIG. 8 shows an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention having a quantum interference device structure in which carriers are tunnel-injected into a pair of quantum wires. FIG. 9 and FIG. 9 are diagrams showing an embodiment of an interferometer for tunnel injection into a plurality of quantum wires.

【0036】トンネル注入構造を持つ量子細線型の干渉
装置の作製は、図8及び図9に示すように3段階のMB
E成長を必要とする。すなわち、第1段階では、GaA
s基板の上にGaAsのバッファ層(500nm)、A
lGaAs障壁層(40nm)、GaAs量子井戸層
(10nm)、次のAlGaAs障壁層(40nm)が
順次積層される。しかも、このような積層をバッファ層
を除いて所望の量子井戸周期の数だけ繰り返す。実用的
な干渉装置では、大きな電流を得るために複数の量子細
線が必要となる。そして、GaAsを一番上の層(10
0nm)として形成する。
As shown in FIGS. 8 and 9, fabrication of a quantum wire type interference device having a tunnel injection structure is carried out in three stages of MB.
E growth is required. That is, in the first stage, GaA
GaAs substrate with GaAs buffer layer (500 nm), A
An IGaAs barrier layer (40 nm), a GaAs quantum well layer (10 nm), and a next AlGaAs barrier layer (40 nm) are sequentially stacked. Moreover, such stacking is repeated for the desired number of quantum well periods except for the buffer layer. A practical interferometer requires a plurality of quantum wires to obtain a large current. Then, GaAs is placed on the top layer (10
0 nm).

【0037】第1段階で積層した層構造に対し、超高真
空の中で側面を所定の角度範囲でへき開またはエッチン
グして端面を露出し、その端面に第2段階の層形成が行
われる。
The side surface of the layer structure laminated in the first step is cleaved or etched in an ultrahigh vacuum within a predetermined angle range to expose the end surface, and the second step layer is formed on the end surface.

【0038】第2段階で積層される層構造は、変調ドー
プ構造からなり、第2段階成長界面近くの量子井戸内に
量子細線を作る役目を果たす。この層はAlGaAsス
ペーサ層(10nm)、変調ドープ用のn型AlGaA
s層(500nm)、一番上のn型GaAs層(50n
m)から形成される。そして第2段階の層構造の形成終
了後、これらの試料は、さらに真空中で前回の端面と所
定の角度をもってへき開またはエッチングされる。この
2つ目の試料の向きは図8及び図9に示されている。こ
の端面上に、トンネル注入用の構造が形成される。
The layer structure laminated in the second step is a modulation-doped structure and plays a role of forming a quantum wire in the quantum well near the growth interface of the second step. This layer is an AlGaAs spacer layer (10 nm), n-type AlGaA for modulation doping.
s layer (500 nm), top n-type GaAs layer (50 n
m). After the formation of the layered structure in the second step, these samples are further cleaved or etched at a predetermined angle with respect to the previous end face in vacuum. The orientation of this second sample is shown in FIGS. A structure for tunnel injection is formed on this end face.

【0039】このトンネル注入用の構造は、先の実施例
と同様に、アンドープのAlGaAsトンネル障壁層
(4nm)、アンドープのGaAsトンネル量子井戸層
(6nm)、2つ目のアンドープのAlGaAsトンネ
ル障壁層(4nm)、n型ドープのGaAsコンタクト
層(2μm)と続くものである。さらにここまで形成さ
れた後、図1(B)に示すようにドレイン用に二重障壁
トンネル構造をさらに積層することも可能である。
This tunnel injection structure is similar to that of the previous embodiment in that the undoped AlGaAs tunnel barrier layer (4 nm), the undoped GaAs tunnel quantum well layer (6 nm) and the second undoped AlGaAs tunnel barrier layer. (4 nm), followed by an n-type doped GaAs contact layer (2 μm). Further, after forming up to this point, it is possible to further stack a double barrier tunnel structure for the drain as shown in FIG.

【0040】図8に示す干渉装置は、左側がトンネル注
入構造を介してオーミック電極でつながれ、右側は複数
の一次元電子ガスを介してオーミック電極(または、2
つ目のトンネル構造)がつながる。また、先の実施例と
同様にショットキー接合のゲート電極が干渉装置の側面
か上側に配置される。
In the interferometer shown in FIG. 8, the left side is connected with an ohmic electrode via a tunnel injection structure, and the right side is connected with ohmic electrodes (or two electrodes) via a plurality of one-dimensional electron gases.
The second tunnel structure) is connected. Further, as in the previous embodiment, the gate electrode of the Schottky junction is arranged on the side surface or the upper side of the interference device.

【0041】干渉装置は、ゲート電極にバイアス電圧を
加えることにより作動し、バイアス電圧で各量子細線内
の電子に位相差を与え、これらによって干渉効果を起こ
す。したがって、ゲートバイアスを変えることによっ
て、干渉装置の電子透過率に最大と最小の状態が得られ
る。このような干渉装置に注入された電子エネルギー分
布は、トンネル注入構造の特性により決定されるので、
干渉装置は常温でも大電流で動作できる。
The interferometer operates by applying a bias voltage to the gate electrode and gives a phase difference to the electrons in each quantum wire by the bias voltage, thereby causing an interference effect. Therefore, by changing the gate bias, the maximum and minimum states of electron transmittance of the interferometer can be obtained. Since the electron energy distribution injected into such an interference device is determined by the characteristics of the tunnel injection structure,
The interference device can operate with a large current even at room temperature.

【0042】量子細線型の干渉装置はもうすでにいくつ
か提案されているが、いずれも実用には達していない。
その1つの問題は、エネルギー分布の小さい電子を注入
する必要上、今までの提案では分離型ゲートによる1次
元的なチャンネルを使用していたので、大電流を要する
用途に適さなかったからである。トンネル注入構造をも
つ本発明による上記の干渉装置は、共鳴トンネル効果を
利用し、この問題を解決するものである。これによって
エネルギー分布が小さくかつ大電流の電子を干渉装置の
中に注入できる。
Several quantum wire type interference devices have already been proposed, but none of them has come to practical use.
One of the problems is that the proposals so far have used a one-dimensional channel with a separated gate because of the necessity of injecting electrons having a small energy distribution, and therefore they are not suitable for applications requiring a large current. The interference device according to the present invention having the tunnel injection structure solves this problem by utilizing the resonance tunnel effect. This allows electrons with a small energy distribution and a large current to be injected into the interferometer.

【0043】 〔他の実施例〕:トンネル注入を利用した集積回路 図10は第1段階で形成したチャンネル層のエッチング
された面にトンネル注入構造を配置することにより1つ
の基板に複数の電界効果トランジスタをまとめることが
可能であることを示す断面図、図11はその斜視図であ
る。
Other Embodiments: Integrated Circuit Utilizing Tunnel Injection FIG. 10 shows a plurality of electric field effects on one substrate by arranging the tunnel injection structure on the etched surface of the channel layer formed in the first step. 11 is a cross-sectional view showing that the transistors can be put together, and FIG. 11 is a perspective view thereof.

【0044】前記の各実施例を示す図は、基板のへき開
面の上にトンネル注入構造を配置したものであり、この
方法は1つ1つの装置を作るのに適しているが、本発明
は同じ基板上に複数の装置を形成するのにも適してい
る。すなわち、トンネル注入構造を利用した集積回路の
形成例を示したのが図10、11である。
The drawings showing the above-mentioned respective embodiments show that the tunnel injection structure is arranged on the cleaved surface of the substrate, and this method is suitable for making individual devices. It is also suitable for forming multiple devices on the same substrate. That is, FIGS. 10 and 11 show an example of forming an integrated circuit using the tunnel injection structure.

【0045】1つの基板の上にいくつものトンネル注入
装置を作るには以下の方法が用いられる。第1段階で上
記各実施例で説明したように変調ドープヘテロ構造、ま
たは変調ドープ量子井戸構造を基板上に作る。次に、エ
ッチング等により45゜か60゜の角度で最初のチャン
ネル層を複数個所削る。第2段階では、削った端面に複
数共鳴トンネル注入構造を作る。さらに第3段階でこれ
ら複合積層構造に複数ゲートやオーミック電極も形成す
る。これによって、複数共鳴トンネル注入ダイオードや
トンネル注入トランジスタが半導体ウエーハー上に形成
される。
The following method is used to make several tunnel implanters on one substrate. In the first step, a modulation-doped heterostructure or a modulation-doped quantum well structure is formed on the substrate as described in each of the above embodiments. Next, the first channel layer is removed at a plurality of angles of 45 ° or 60 ° by etching or the like. In the second stage, a multiple resonance tunnel injection structure is created on the cut end face. Further, in the third step, a plurality of gates and ohmic electrodes are also formed on these composite laminated structures. As a result, multiple resonance tunnel injection diodes and tunnel injection transistors are formed on the semiconductor wafer.

【0046】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、半導体層のへき開やエッチングの角度を
90°や60°、45°で説明したが、10°〜170
°の所定の角度範囲であれば自由に選択することができ
る。また、変調ドープ構造の半導体層は、1つまたは複
数のドープされたヘテロ接合または量子井戸の組み合わ
せからなり1つまたは複数の二次元または1次元または
結合ゼロ次元の電子ガスまたは正孔ガスを含むものであ
る。本発明を構成する半導体層は、例えばIV族の元素を
基にして形成され、量子井戸とヘテロ接合物質は、シリ
コン、ゲルマニウム、またはシリコンとゲルマニウムの
合金からなり、その内いくつかの層はチャンネル層や量
子細線を形成するためにドープされている。また、量子
井戸とヘテロ接合物質は、GaAsとGax Al1-x
sや、Gax In1-x AsとAlx In1-x As、その
他III-V族の化合物半導体を用い、そのうちいくつかの
層をチャンネル層や量子細線を形成するためにドープし
てもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the cleavage and etching angles of the semiconductor layer are 90 °, 60 ° and 45 °, but 10 ° to 170 °.
It can be freely selected within a predetermined angle range of °. Also, the semiconductor layer of the modulation-doped structure is composed of a combination of one or more doped heterojunctions or quantum wells and contains one or more two-dimensional or one-dimensional or coupled zero-dimensional electron gas or hole gas. It is a waste. The semiconductor layer constituting the present invention is formed, for example, based on a Group IV element, and the quantum well and the heterojunction material are made of silicon, germanium, or an alloy of silicon and germanium, and some of them are channels. Doped to form layers and quantum wires. The quantum well and the heterojunction material are GaAs and Ga x Al 1-x A
s, Ga x In 1-x As and Al x In 1-x As, and other III-V group compound semiconductors, some of which are doped to form a channel layer or a quantum wire. Good.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来の共鳴トンネルダイオードの二次元状態
とは異なり、トンネル効果が量子細線(量子箱)状態を
介して起こり、良質な量子細線(量子箱)では状態密度
のシャープなピークがあるため、また、散乱のほとんど
は、量子細線(量子箱)内で減少するので、従来の共鳴
トンネルダイオードに比べてN字型特性のピークと谷の
比率を大きくすることができる。したがって、本発明の
トンネル注入半導体装置は、トンネルダイオード、電界
効果トランジスタ、量子干渉装置のキャリヤの注入に共
鳴トンネル注入を用いることで、装置機能を改善させる
ことができる。本発明のトンネル注入ダイオードはマイ
クロ波発生器や高速デジタル論理装置などの用途に適
し、トンネル注入電界効果トランジスタはマイクロ波の
増幅などに適している。また、本発明のトンネル注入装
置は量子干渉装置において大きな電子電流を可能にする
ものである。
As is apparent from the above description, according to the present invention, unlike the two-dimensional state of the conventional resonant tunneling diode, the tunnel effect occurs through the quantum wire (quantum box) state, and the high quality is achieved. Since the quantum wire (quantum box) has a sharp peak of the density of states, and most of the scattering is reduced in the quantum wire (quantum box), the peak of the N-shaped characteristic is higher than that of the conventional resonant tunneling diode. And the ratio of valleys can be increased. Therefore, the tunnel injection semiconductor device of the present invention can improve the device function by using the resonance tunnel injection for the injection of carriers of the tunnel diode, the field effect transistor, and the quantum interference device. The tunnel injection diode of the present invention is suitable for applications such as microwave generators and high-speed digital logic devices, and the tunnel injection field effect transistor is suitable for amplification of microwaves. Further, the tunnel injection device of the present invention enables a large electron current in the quantum interference device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 トンネル注入ダイオードによる本発明のトン
ネル注入半導体装置の1実施例構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention using a tunnel injection diode.

【図2】 トンネル注入ダイオードによる本発明のトン
ネル注入半導体装置の他の実施例構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of another embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention using a tunnel injection diode.

【図3】 量子細線状態を介した電子のトンネル注入原
理を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a principle of tunnel injection of electrons through a quantum wire state.

【図4】 二重障壁トンネル構造でのトンネル電流を説
明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a tunnel current in a double barrier tunnel structure.

【図5】 本発明によるトンネル注入ダイオードの電流
電圧特性(aカーブ)と従来の共鳴トンネルダイオード
の電流電圧特性(bカーブ)を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a current-voltage characteristic (a curve) of a tunnel injection diode according to the present invention and a current-voltage characteristic (b curve) of a conventional resonant tunneling diode.

【図6】 トンネル注入電界効果トランジスタによる本
発明のトンネル注入半導体装置の1実施例構成を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention using a tunnel injection field effect transistor.

【図7】 キャリヤのトンネル注入構造を持つ平面型量
子干渉装置による本発明のトンネル注入半導体装置の1
実施例構成を示す図である。
FIG. 7 is one of the tunnel injection semiconductor device of the present invention by a plane quantum interference device having a tunnel injection structure of carriers.
It is a figure which shows the Example structure.

【図8】 量子細線のペアにキャリヤをトンネル注入す
る量子干渉装置構造による本発明のトンネル注入半導体
装置の実施例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention having a quantum interference device structure in which carriers are tunnel-injected into a pair of quantum wires.

【図9】 複数の量子細線にトンネル注入する量子干渉
装置による本発明のトンネル注入半導体装置の実施例を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of a tunnel injection semiconductor device of the present invention by a quantum interference device that tunnel-injects into a plurality of quantum wires.

【図10】 第1段階で形成されたチャンネル層のエッ
チングされた面にトンネル注入構造を配置することによ
り1つの基板上に複数の装置をまとめることが可能であ
ることを示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing that a plurality of devices can be assembled on one substrate by disposing a tunnel injection structure on the etched surface of the channel layer formed in the first step.

【図11】 図10の斜視図である。11 is a perspective view of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…バッファ層、3…スペーサ層、4…n型
ドープのAlGaAs層、5…GaAsの層、6…へき
開面、7、9…トンネル障壁層、8…トンネル量子井戸
層、10…GaAsのコンタクト層、11…拡散型オー
ミック電極
1 ... Substrate, 2 ... Buffer layer, 3 ... Spacer layer, 4 ... N-type doped AlGaAs layer, 5 ... GaAs layer, 6 ... Cleaved surface, 7, 9 ... Tunnel barrier layer, 8 ... Tunnel quantum well layer, 10 ... GaAs contact layer, 11 ... diffusion type ohmic electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に1つまたは複数の2次元または
1次元または結合0次元の電子または正孔チャンネルを
有する半導体層を形成し、しかる後当該チャンネルの側
面を所定の角度範囲でへき開またはエッチングして端面
を露出し、該端面に1つまたは複数のトンネル構造の半
導体層を形成してトンネル構造の半導体層からチャンネ
ルにキャリヤをトンネル注入するように構成したことを
特徴とするトンネル注入半導体装置。
1. A semiconductor layer having one or more two-dimensional or one-dimensional or bonded zero-dimensional electron or hole channels is formed on a substrate, and then the side surfaces of the channels are cleaved within a predetermined angle range. A tunnel injection semiconductor characterized in that the end face is exposed by etching, one or more semiconductor layers having a tunnel structure are formed on the end face, and carriers are tunnel-injected from the semiconductor layer having the tunnel structure into a channel. apparatus.
【請求項2】 基板上に1つまたは複数の2次元または
1次元または結合0次元の電子または正孔チャンネルを
有する半導体層を形成し、しかる後当該チャンネルの対
向する側面の2ヵ所を所定の角度範囲でへき開またはエ
ッチングして端面を露出し、該端面のそれぞれに1つま
たは複数のトンネル構造の半導体層を形成して一方のト
ンネル構造の半導体層からチャンネルにキャリヤをトン
ネル注入し、他方のトンネル構造の半導体層からキャリ
ヤを取り出すように構成したことを特徴とするトンネル
注入半導体装置。
2. A semiconductor layer having one or more two-dimensional or one-dimensional or bonded zero-dimensional electron or hole channels is formed on a substrate, and then two opposite side surfaces of the channels are formed at predetermined positions. Cleavage or etching is performed in an angular range to expose the end faces, one or more semiconductor layers having a tunnel structure are formed on each of the end faces, and carriers are tunnel-injected into the channel from the semiconductor layers having one tunnel structure, A tunnel injection semiconductor device characterized in that carriers are taken out from a semiconductor layer having a tunnel structure.
【請求項3】 請求項1または2記載のトンネル注入半
導体装置において、チャンネルの上部あるいは側面に1
つまたは複数のゲートを配置したことを特徴とするトン
ネル注入半導体装置。
3. The tunnel injection semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein 1 is provided on an upper portion or a side surface of the channel.
A tunnel injection semiconductor device having one or a plurality of gates arranged therein.
JP31185492A 1992-11-20 1992-11-20 Tunnel injection semiconductor device Pending JPH06163928A (en)

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