JPH11214712A - 半導体デバイス - Google Patents
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- JPH11214712A JPH11214712A JP10305552A JP30555298A JPH11214712A JP H11214712 A JPH11214712 A JP H11214712A JP 10305552 A JP10305552 A JP 10305552A JP 30555298 A JP30555298 A JP 30555298A JP H11214712 A JPH11214712 A JP H11214712A
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-
- 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- 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
- H01L29/772—Field effect transistors
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】高いピーク電流と低いバレー電流を呈する半導
体デバイスを提供する。 【解決手段】半導体デバイスはバンド間及びバンド内ト
ンネル現象の両者を示す。本デバイスは２つのバリア層
３、５間に挟まれた２つの活性層２１、２３を有する。
これらの層は第１及び第２ターミナル７、９間に配設さ
れる。活性層２１、２３は、第１活性層２１の伝導帯エ
ッジ２７が第２活性層２３の価電子帯エッジ２５よりも
低いエネルギーを有するように選択される。第１活性層
２１はその伝導帯エッジ２７よりも高いエネルギーの、
第１の伝導帯量子化エネルギーレベル２９を有する。第
２活性層２３はその価電子帯エッジ２５よりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベル３３
を有する。第１の価電子帯量子化エネルギーレベル３３
と第１の伝導帯量子化エネルギーレベル２９とは、整列
した単一エネルギーレベルを形成するように同じエネル
ギーに配置される。
体デバイスを提供する。 【解決手段】半導体デバイスはバンド間及びバンド内ト
ンネル現象の両者を示す。本デバイスは２つのバリア層
３、５間に挟まれた２つの活性層２１、２３を有する。
これらの層は第１及び第２ターミナル７、９間に配設さ
れる。活性層２１、２３は、第１活性層２１の伝導帯エ
ッジ２７が第２活性層２３の価電子帯エッジ２５よりも
低いエネルギーを有するように選択される。第１活性層
２１はその伝導帯エッジ２７よりも高いエネルギーの、
第１の伝導帯量子化エネルギーレベル２９を有する。第
２活性層２３はその価電子帯エッジ２５よりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベル３３
を有する。第１の価電子帯量子化エネルギーレベル３３
と第１の伝導帯量子化エネルギーレベル２９とは、整列
した単一エネルギーレベルを形成するように同じエネル
ギーに配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスに関
する。この半導体デバイスは、トンネルデバイス、特に
共鳴トンネルデバイスと通常呼ばれるタイプのものであ
る。
する。この半導体デバイスは、トンネルデバイス、特に
共鳴トンネルデバイスと通常呼ばれるタイプのものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】共鳴トンネルデバイスは、最初、L.L. C
hang等によるAppl. Phys. Lett., 24595 (1974)に記載
された。この従来の共鳴トンネルデバイスは、そのター
ミナルがしばしば「コレクタ」及び「エミッタ」と呼ば
れてはいるが、ダイオードの形態をなしている。典型的
には、このデバイスは量子井戸層（例えばＧａＡｓ）を
有し、その両側にバリア層（例えばＡｌＧａＡｓ）が夫
々配設される。
hang等によるAppl. Phys. Lett., 24595 (1974)に記載
された。この従来の共鳴トンネルデバイスは、そのター
ミナルがしばしば「コレクタ」及び「エミッタ」と呼ば
れてはいるが、ダイオードの形態をなしている。典型的
には、このデバイスは量子井戸層（例えばＧａＡｓ）を
有し、その両側にバリア層（例えばＡｌＧａＡｓ）が夫
々配設される。
【０００３】この従来のタイプのデバイスによれば、エ
ミッタ及びコレクタ間にバイアス電圧が印加されると、
上記層が導通する。低電圧では少量の電流のみが流れ
る。しかし、バイアス電圧が増加すると、電流も増加す
る。エネルギーが量子井戸の準束縛状態のエネルギーと
適合すると、電子がバリア層をトンネル現象で通り抜け
ることができ、エミッタからコレクタに電流が自由に流
れる。このバイアス電圧において、量子井戸は共鳴して
いるといわれ、このバイアスの値を「共鳴電圧」と呼ぶ
ことができる。
ミッタ及びコレクタ間にバイアス電圧が印加されると、
上記層が導通する。低電圧では少量の電流のみが流れ
る。しかし、バイアス電圧が増加すると、電流も増加す
る。エネルギーが量子井戸の準束縛状態のエネルギーと
適合すると、電子がバリア層をトンネル現象で通り抜け
ることができ、エミッタからコレクタに電流が自由に流
れる。このバイアス電圧において、量子井戸は共鳴して
いるといわれ、このバイアスの値を「共鳴電圧」と呼ぶ
ことができる。
【０００４】バイアス電圧が共鳴電圧を越えて増加する
につれ、エネルギーは準束縛状態のエネルギーよりも高
くなり、トンネル現象が阻止される。これは、ＩＶ特性
において共鳴ピークを越えた電圧領域で負性微分抵抗特
性をもたらす。つまり、コレクタ−エミッタバイアス電
圧を、共鳴電圧より下の電圧から共鳴電圧より上の電圧
まで変化させると、共鳴電圧を中心とするトンネル電流
のピークが現れ、このピークはトンネルピークと呼ばれ
る。
につれ、エネルギーは準束縛状態のエネルギーよりも高
くなり、トンネル現象が阻止される。これは、ＩＶ特性
において共鳴ピークを越えた電圧領域で負性微分抵抗特
性をもたらす。つまり、コレクタ−エミッタバイアス電
圧を、共鳴電圧より下の電圧から共鳴電圧より上の電圧
まで変化させると、共鳴電圧を中心とするトンネル電流
のピークが現れ、このピークはトンネルピークと呼ばれ
る。
【０００５】トンネル現象は電荷移送の非常に速いメカ
ニズムであるため、共鳴トンネルデバイスは非常に高速
の動作の可能性を提供する。これらデバイスは、今迄、
発振器（例えば、T.C.L.G Sollner 等によるAppl. Phy
s. Lett., 45 1319 (1984) ）及びスイッチ（例えば、
S.K. Diamond等によるAppl. Phys. Lett., 54 153 (198
9)）として記載されている。そして、７１２Ｇｈｚまで
の発振周波数が報告されている。また、これらデバイス
は遠赤外線ディテクタとして作製可能である。この分野
の進歩は、M. Henini 等によるIII-Vs Review, 7 33 (1
994) (Part 1) 及びIII-Vs Review, 7 46 (1994) (Part
1) の２編に批評されている。
ニズムであるため、共鳴トンネルデバイスは非常に高速
の動作の可能性を提供する。これらデバイスは、今迄、
発振器（例えば、T.C.L.G Sollner 等によるAppl. Phy
s. Lett., 45 1319 (1984) ）及びスイッチ（例えば、
S.K. Diamond等によるAppl. Phys. Lett., 54 153 (198
9)）として記載されている。そして、７１２Ｇｈｚまで
の発振周波数が報告されている。また、これらデバイス
は遠赤外線ディテクタとして作製可能である。この分野
の進歩は、M. Henini 等によるIII-Vs Review, 7 33 (1
994) (Part 1) 及びIII-Vs Review, 7 46 (1994) (Part
1) の２編に批評されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】良好なＲＴＤを形成す
るため、トンネルピーク特性の最適化が必要となる。ピ
ーク／バレー比と呼ばれる、共鳴時及び非共鳴時のトン
ネル電流値の大きな相違が必要となる。高速動作はま
た、デバイスがピーク電流からバレー電流への切替えを
行う電圧範囲が小さいことを必要とする。
るため、トンネルピーク特性の最適化が必要となる。ピ
ーク／バレー比と呼ばれる、共鳴時及び非共鳴時のトン
ネル電流値の大きな相違が必要となる。高速動作はま
た、デバイスがピーク電流からバレー電流への切替えを
行う電圧範囲が小さいことを必要とする。
【０００７】従来、このタイプのデバイスの殆どは、電
子がエミッタの伝導帯から量子井戸の伝導帯エネルギー
状態へ注入される、バンド内共鳴トンネル現象の原理に
基づいて機能する。しかし、電子が上記伝導帯から量子
井戸の価電子帯へ注入される、バンド間共鳴トンネルデ
バイスも提案されている。このタイプのデバイスにおい
ては、共鳴トンネル現象は、キャリアが上記価電子帯の
束縛状態のエネルギーに対応するエネルギーで注入され
た時に起きる。価電子帯のエッジの上方にはバンドギャ
ップが横たわる。ここで、キャリアがトンネル現象で入
ることのできる状態はない。従って、注入されたキャリ
アエネルギーが価電子帯のエッジよりも上まで一旦増加
すると、トンネル現象はバンドギャップにより抑制され
る。
子がエミッタの伝導帯から量子井戸の伝導帯エネルギー
状態へ注入される、バンド内共鳴トンネル現象の原理に
基づいて機能する。しかし、電子が上記伝導帯から量子
井戸の価電子帯へ注入される、バンド間共鳴トンネルデ
バイスも提案されている。このタイプのデバイスにおい
ては、共鳴トンネル現象は、キャリアが上記価電子帯の
束縛状態のエネルギーに対応するエネルギーで注入され
た時に起きる。価電子帯のエッジの上方にはバンドギャ
ップが横たわる。ここで、キャリアがトンネル現象で入
ることのできる状態はない。従って、注入されたキャリ
アエネルギーが価電子帯のエッジよりも上まで一旦増加
すると、トンネル現象はバンドギャップにより抑制され
る。
【０００８】これらのデバイスはアンチモン化合物系を
用いて提案されている（J.R. Sderstrm 等によるAppl.
Phys. Lett., 55 1094 (1989) ）。これらのデバイス
は、非常に低いバレー電流と、従って高いピーク／バレ
ー比とを呈することが見出されている。この理由は、バ
ンドギャップより低い状態（即ち価電子帯）のみに、電
子が注入されるからである。電子の注入エネルギーが増
加するにつれ、同エネルギーはバンドギャップのエネル
ギーのレベルとなる。電子は、それらがトンネル現象で
入ることができる状態がないため、バンドギャップをト
ンネル現象で通り抜けることができない。従って、トン
ネル現象は効果的に抑制される。
用いて提案されている（J.R. Sderstrm 等によるAppl.
Phys. Lett., 55 1094 (1989) ）。これらのデバイス
は、非常に低いバレー電流と、従って高いピーク／バレ
ー比とを呈することが見出されている。この理由は、バ
ンドギャップより低い状態（即ち価電子帯）のみに、電
子が注入されるからである。電子の注入エネルギーが増
加するにつれ、同エネルギーはバンドギャップのエネル
ギーのレベルとなる。電子は、それらがトンネル現象で
入ることができる状態がないため、バンドギャップをト
ンネル現象で通り抜けることができない。従って、トン
ネル現象は効果的に抑制される。
【０００９】アンチモン化合物系に基づく光学デバイス
が米国特許第５，５８８，０１５に開示される。本発明
は、バンド内トンネル現象からの高いピーク電流と共
に、バンド間トンネル現象に伴うバンドギャップ・ブロ
ック効果による低いバレー電流を呈することが可能なデ
バイスを提供する。
が米国特許第５，５８８，０１５に開示される。本発明
は、バンド内トンネル現象からの高いピーク電流と共
に、バンド間トンネル現象に伴うバンドギャップ・ブロ
ック効果による低いバレー電流を呈することが可能なデ
バイスを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従って、第１の視点にお
いて、本発明は半導体デバイスを提供し、これは、第１
及び第２半導体活性層と、第１及び第２バリア層と、第
１及び第２ターミナルと、を具備する。ここで、前記第
１バリア層は前記第１ターミナル上に横たわって配設さ
れ、前記第１活性層は前記第１バリア層上に横たわって
配設され、前記第２活性層は前記第１活性層上に横たわ
って配設され、前記第２バリア層は前記第２活性層上に
横たわって配設され、前記第２ターミナルは前記第２バ
リア層上に横たわって配設される。
いて、本発明は半導体デバイスを提供し、これは、第１
及び第２半導体活性層と、第１及び第２バリア層と、第
１及び第２ターミナルと、を具備する。ここで、前記第
１バリア層は前記第１ターミナル上に横たわって配設さ
れ、前記第１活性層は前記第１バリア層上に横たわって
配設され、前記第２活性層は前記第１活性層上に横たわ
って配設され、前記第２バリア層は前記第２活性層上に
横たわって配設され、前記第２ターミナルは前記第２バ
リア層上に横たわって配設される。
【００１１】前記第１活性層の伝導帯エッジは前記第２
活性層の価電子帯エッジよりも低いエネルギーを有す
る。前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジの
エネルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子
化エネルギーレベルを有する。前記第２活性層は前記第
２活性層の価電子帯エッジのエネルギーよりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベルを有
する。ここで、前記第１の価電子帯量子化エネルギーレ
ベルと前記第１の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、
整列した単一エネルギーレベルを形成するように同じエ
ネルギーに配置される。
活性層の価電子帯エッジよりも低いエネルギーを有す
る。前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジの
エネルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子
化エネルギーレベルを有する。前記第２活性層は前記第
２活性層の価電子帯エッジのエネルギーよりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベルを有
する。ここで、前記第１の価電子帯量子化エネルギーレ
ベルと前記第１の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、
整列した単一エネルギーレベルを形成するように同じエ
ネルギーに配置される。
【００１２】疑義を避けるため、第１層が第２層上に横
たわってと記述されている場合、前記第１層は、前記第
２層の、基板とは反対の側の上に配設されているものと
する。また、「横たわって」という用語は、横たわって
いる複数の層が互いに接触することを必ずしも意味して
いない。
たわってと記述されている場合、前記第１層は、前記第
２層の、基板とは反対の側の上に配設されているものと
する。また、「横たわって」という用語は、横たわって
いる複数の層が互いに接触することを必ずしも意味して
いない。
【００１３】本発明の第１の視点に係るデバイスは整列
した単一エネルギーレベルを有する。この整列した単一
エネルギーレベルは、バイアスが印加されていない時、
或いは望ましくはバイアスがデバイスを横切って印加さ
れている時に形成可能となる。疑義を避けるため、「こ
こで、前記第１の価電子帯量子化エネルギーレベルと前
記第１の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、整列した
単一エネルギーレベルを形成するように同じエネルギー
に配置される」という表現は、バイアスの印加なしで２
つの量子化エネルギーレベルが整列して単一となる場合
と、バイアスの印加によってのみ２つの量子化エネルギ
ーレベルが整列して単一となる場合と、の両者を含むと
解釈されるものとする。
した単一エネルギーレベルを有する。この整列した単一
エネルギーレベルは、バイアスが印加されていない時、
或いは望ましくはバイアスがデバイスを横切って印加さ
れている時に形成可能となる。疑義を避けるため、「こ
こで、前記第１の価電子帯量子化エネルギーレベルと前
記第１の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、整列した
単一エネルギーレベルを形成するように同じエネルギー
に配置される」という表現は、バイアスの印加なしで２
つの量子化エネルギーレベルが整列して単一となる場合
と、バイアスの印加によってのみ２つの量子化エネルギ
ーレベルが整列して単一となる場合と、の両者を含むと
解釈されるものとする。
【００１４】バイアスの印加は２つの機能を満足するこ
とができる。即ち、注入されたキャリアのエネルギーを
変調することができると共に、第１の価電子帯量子化状
態と第１の伝導帯量子化状態との相対的な分離を変更す
ることができる。キャリアが整列した単一エネルギーレ
ベルで注入されるようにバイアスが前記デバイスを横切
って印加されている時、キャリアはエミッタからコレク
タへ共鳴的にトンネル現象で通り抜ける。このバイアス
において、デバイスはピークトンネル電流を呈する。
とができる。即ち、注入されたキャリアのエネルギーを
変調することができると共に、第１の価電子帯量子化状
態と第１の伝導帯量子化状態との相対的な分離を変更す
ることができる。キャリアが整列した単一エネルギーレ
ベルで注入されるようにバイアスが前記デバイスを横切
って印加されている時、キャリアはエミッタからコレク
タへ共鳴的にトンネル現象で通り抜ける。このバイアス
において、デバイスはピークトンネル電流を呈する。
【００１５】最少電流は、前記第２活性層のバンドギャ
ップ内のエネルギーでキャリアが注入されるように、印
加されるエミッタ−コレクタ・バイアスを変更すること
により達成可能となる。前記バンドギャップ内には、注
入されたキャリアがトンネル現象で入ることができる状
態がない。従って、トンネル現象は大幅に抑制され、非
常に低いバレー電流が観察される。
ップ内のエネルギーでキャリアが注入されるように、印
加されるエミッタ−コレクタ・バイアスを変更すること
により達成可能となる。前記バンドギャップ内には、注
入されたキャリアがトンネル現象で入ることができる状
態がない。従って、トンネル現象は大幅に抑制され、非
常に低いバレー電流が観察される。
【００１６】前記２つの状態はオン状態及びオフ状態と
夫々呼ぶことができる。従って、第２の視点において、
本発明はオン及びオフ状態を有する半導体トンネルデバ
イスを提供し、これは、第１及び第２半導体活性層と、
第１及び第２バリア層と、第１及び第２ターミナルと、
を具備する。ここで、前記第１バリア層は前記第１ター
ミナル上に横たわって配設され、前記第１活性層は前記
第１バリア層上に横たわって配設され、前記第２活性層
は前記第１活性層上に横たわって配設され、前記第２バ
リア層は前記第２活性層上に横たわって配設され、前記
第２ターミナルは前記第２バリア層上に横たわって配設
される。
夫々呼ぶことができる。従って、第２の視点において、
本発明はオン及びオフ状態を有する半導体トンネルデバ
イスを提供し、これは、第１及び第２半導体活性層と、
第１及び第２バリア層と、第１及び第２ターミナルと、
を具備する。ここで、前記第１バリア層は前記第１ター
ミナル上に横たわって配設され、前記第１活性層は前記
第１バリア層上に横たわって配設され、前記第２活性層
は前記第１活性層上に横たわって配設され、前記第２バ
リア層は前記第２活性層上に横たわって配設され、前記
第２ターミナルは前記第２バリア層上に横たわって配設
される。
【００１７】前記第１活性層の伝導帯エッジは前記第２
活性層の価電子帯エッジよりも低いエネルギーを有す
る。前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジの
エネルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子
化エネルギーレベルを有する。前記第２活性層は前記第
２活性層の価電子帯エッジのエネルギーよりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベルを有
する。ここで、前記第１の価電子帯量子化エネルギーレ
ベルと前記第１の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、
整列した単一エネルギーレベルを形成するように同じエ
ネルギーに配置可能である。
活性層の価電子帯エッジよりも低いエネルギーを有す
る。前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジの
エネルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子
化エネルギーレベルを有する。前記第２活性層は前記第
２活性層の価電子帯エッジのエネルギーよりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベルを有
する。ここで、前記第１の価電子帯量子化エネルギーレ
ベルと前記第１の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、
整列した単一エネルギーレベルを形成するように同じエ
ネルギーに配置可能である。
【００１８】印加されるバイアスに依存して異なるエネ
ルギーでキャリアを注入するように、バイアスが前記デ
バイスを横切って印加され、前記バイアスは前記デバイ
スをオン状態とオフ状態との間で切替えるように印加さ
れる。
ルギーでキャリアを注入するように、バイアスが前記デ
バイスを横切って印加され、前記バイアスは前記デバイ
スをオン状態とオフ状態との間で切替えるように印加さ
れる。
【００１９】ここで、前記オフ状態において、前記第２
活性層の伝導帯及び価電子帯のエッジ間のエネルギーレ
ベルでキャリアが注入され、また、前記オン状態におい
て、前記整列した単一エネルギーレベルが形成され且つ
前記整列した単一エネルギーレベルに対応するエネルギ
ーレベルでキャリアが注入されるようにバイアスが印加
される。
活性層の伝導帯及び価電子帯のエッジ間のエネルギーレ
ベルでキャリアが注入され、また、前記オン状態におい
て、前記整列した単一エネルギーレベルが形成され且つ
前記整列した単一エネルギーレベルに対応するエネルギ
ーレベルでキャリアが注入されるようにバイアスが印加
される。
【００２０】上述の利点は、前記第１の伝導帯量子化エ
ネルギーレベルと前記第１の価電子帯量子化エネルギー
レベルとが、注入キャリアのエネルギーで整列しない
時、即ち２つのレベル間に僅かなオフセットがある時、
部分的に実現される。このようなデバイスにおいて、２
つの「オン状態」があり、第１のオン状態ではトンネル
電流が主にバンド内トンネル現象に起因し、第２のオン
状態ではトンネル電流が主にバンド間トンネル現象に起
因し、また、オフ状態では前記第２活性層のバンドギャ
ップによりトンネル電流が抑制される。
ネルギーレベルと前記第１の価電子帯量子化エネルギー
レベルとが、注入キャリアのエネルギーで整列しない
時、即ち２つのレベル間に僅かなオフセットがある時、
部分的に実現される。このようなデバイスにおいて、２
つの「オン状態」があり、第１のオン状態ではトンネル
電流が主にバンド内トンネル現象に起因し、第２のオン
状態ではトンネル電流が主にバンド間トンネル現象に起
因し、また、オフ状態では前記第２活性層のバンドギャ
ップによりトンネル電流が抑制される。
【００２１】従って、第３の視点において、本発明は半
導体トンネルデバイスを提供し、これは、第１及び第２
半導体活性層と、第１及び第２バリア層と、第１及び第
２ターミナルと、を具備する。ここで、前記第１バリア
層は前記第１ターミナル上に横たわって配設され、前記
第１活性層は前記第１バリア層上に横たわって配設さ
れ、前記第２活性層は前記第１活性層上に横たわって配
設され、前記第２バリア層は前記第２活性層上に横たわ
って配設され、前記第２ターミナルは前記第２バリア層
上に横たわって配設される。
導体トンネルデバイスを提供し、これは、第１及び第２
半導体活性層と、第１及び第２バリア層と、第１及び第
２ターミナルと、を具備する。ここで、前記第１バリア
層は前記第１ターミナル上に横たわって配設され、前記
第１活性層は前記第１バリア層上に横たわって配設さ
れ、前記第２活性層は前記第１活性層上に横たわって配
設され、前記第２バリア層は前記第２活性層上に横たわ
って配設され、前記第２ターミナルは前記第２バリア層
上に横たわって配設される。
【００２２】前記第１活性層の伝導帯エッジは前記第２
活性層の価電子帯エッジよりも低いエネルギーを有す
る。前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジの
エネルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子
化エネルギーレベルを有する。前記第２活性層は前記第
２活性層の価電子帯エッジのエネルギーよりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベルを有
する。
活性層の価電子帯エッジよりも低いエネルギーを有す
る。前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジの
エネルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子
化エネルギーレベルを有する。前記第２活性層は前記第
２活性層の価電子帯エッジのエネルギーよりも低いエネ
ルギーの、第１の価電子帯量子化エネルギーレベルを有
する。
【００２３】印加されるバイアスに依存して異なるレベ
ルでキャリアを注入するように、バイアスが前記デバイ
スを横切って印加され、前記バイアスは前記デバイスを
第１及び第２電流流通状態とオフ状態との間で切替える
ように印加される。
ルでキャリアを注入するように、バイアスが前記デバイ
スを横切って印加され、前記バイアスは前記デバイスを
第１及び第２電流流通状態とオフ状態との間で切替える
ように印加される。
【００２４】ここで、前記オフ状態において、前記第２
活性層の伝導帯及び価電子帯のエッジ間のエネルギーレ
ベルでキャリアが注入され、また、前記第１電流流通状
態において、前記第１の価電子帯量子化状態に対応する
エネルギーレベルでキャリアが注入され、また、前記第
２電流流通状態において、前記第１の伝導帯量子化状態
のエネルギーレベルでキャリアが前記デバイスに注入さ
れる。
活性層の伝導帯及び価電子帯のエッジ間のエネルギーレ
ベルでキャリアが注入され、また、前記第１電流流通状
態において、前記第１の価電子帯量子化状態に対応する
エネルギーレベルでキャリアが注入され、また、前記第
２電流流通状態において、前記第１の伝導帯量子化状態
のエネルギーレベルでキャリアが前記デバイスに注入さ
れる。
【００２５】従って、バイアス電圧を変化させることに
より、前記デバイスは、バンド間トンネル現象（第１電
流流通状態）と、バンド内トンネル現象（第２電流流通
状態）と、前記第２活性層のバンドギャップにより提供
されるバリアにより電流がブロックされるオフ状態と、
の間で切替え可能となる。
より、前記デバイスは、バンド間トンネル現象（第１電
流流通状態）と、バンド内トンネル現象（第２電流流通
状態）と、前記第２活性層のバンドギャップにより提供
されるバリアにより電流がブロックされるオフ状態と、
の間で切替え可能となる。
【００２６】上述の点を明確にするため、前記デバイス
の層に対して実質的に直角に垂直移送が行われるよう
に、前記デバイスを横切ってバイアスが印加される。共
鳴トンネル現象が行われるように、前記バリア層は十分
薄く、前記活性層内において単数または複数のエネルギ
ーレベルが注入されるキャリアのエネルギーと整列する
時、キャリアが前記バリア層を通過できるようでなけれ
ばならない。従って、前記バリア層は、望ましく１０ｎ
ｍ幅未満、より望ましくは５ｎｍ幅未満に設定される。
の層に対して実質的に直角に垂直移送が行われるよう
に、前記デバイスを横切ってバイアスが印加される。共
鳴トンネル現象が行われるように、前記バリア層は十分
薄く、前記活性層内において単数または複数のエネルギ
ーレベルが注入されるキャリアのエネルギーと整列する
時、キャリアが前記バリア層を通過できるようでなけれ
ばならない。従って、前記バリア層は、望ましく１０ｎ
ｍ幅未満、より望ましくは５ｎｍ幅未満に設定される。
【００２７】アンチモン化合物を基礎とする系は、その
大きなバンドオフセット故に望ましい。アンチモン化合
物系はまた、低抵抗コンタクトを形成できる点で特に望
ましい。従って、前記第１半導体活性層がＩｎＡｓで、
前記第２半導体活性層がＧａＳｂであることが望まし
い。更に、前記第１及び第２バリア層がＡｌＳｂである
ことがより望ましい。
大きなバンドオフセット故に望ましい。アンチモン化合
物系はまた、低抵抗コンタクトを形成できる点で特に望
ましい。従って、前記第１半導体活性層がＩｎＡｓで、
前記第２半導体活性層がＧａＳｂであることが望まし
い。更に、前記第１及び第２バリア層がＡｌＳｂである
ことがより望ましい。
【００２８】場合によって、キャリア波動関数を、バリ
アにより前記２つの活性層のいずれかに更に閉じ込める
ことが必要となるかもしれない。従って、前記デバイス
が前記第１及び第２半導体活性層間に配設された第３バ
リア層を更に具備することが望ましい。より望ましくは
この層はＡｌＳｂからなる。
アにより前記２つの活性層のいずれかに更に閉じ込める
ことが必要となるかもしれない。従って、前記デバイス
が前記第１及び第２半導体活性層間に配設された第３バ
リア層を更に具備することが望ましい。より望ましくは
この層はＡｌＳｂからなる。
【００２９】このようなデバイスにおいて、前記ターミ
ナルの一方がｎ型ＩｎＡｓであることが望ましい。より
望ましくは両ターミナルがｎ型ＩｎＡｓからなる。前記
量子化エネルギーレベル間の分離は、（もしあれば）前
記デバイスに印加されるバイアスと、作製中の前記第１
及び第２活性層の幅とにより決定される。しかし、前記
量子化エネルギーレベル間の分離は、前記デバイスに対
して圧力を負荷することにより、作製後に更に調整可能
である。従って、微調整のため、本発明に係るデバイス
に圧力が負荷されることが望ましい場合がある。
ナルの一方がｎ型ＩｎＡｓであることが望ましい。より
望ましくは両ターミナルがｎ型ＩｎＡｓからなる。前記
量子化エネルギーレベル間の分離は、（もしあれば）前
記デバイスに印加されるバイアスと、作製中の前記第１
及び第２活性層の幅とにより決定される。しかし、前記
量子化エネルギーレベル間の分離は、前記デバイスに対
して圧力を負荷することにより、作製後に更に調整可能
である。従って、微調整のため、本発明に係るデバイス
に圧力が負荷されることが望ましい場合がある。
【００３０】前記第２活性層がＧａＳｂの場合、前記量
子化エネルギーレベルの位置は、この層の形成中にこの
ＧａＳｂ層中にＩｎまたはＡｌを添加することにより、
作製中に更に変更することができる。
子化エネルギーレベルの位置は、この層の形成中にこの
ＧａＳｂ層中にＩｎまたはＡｌを添加することにより、
作製中に更に変更することができる。
【００３１】上述の記載及び以下の詳細な記述は、通
常、電子がキャリアである系を参照して記載される。し
かし、当業者によれば、前記第１及び／または第２ター
ミナルがｐ型で、ホールが系を横切って注入されるよう
な場合も容易に想到することができるであろう。
常、電子がキャリアである系を参照して記載される。し
かし、当業者によれば、前記第１及び／または第２ター
ミナルがｐ型で、ホールが系を横切って注入されるよう
な場合も容易に想到することができるであろう。
【００３２】また、当業者によれば、前記デバイスを横
切って印加されるバイアスに依存して、前記第１及び第
２ターミナルのいずれかがエミッタ（即ちキャリア注
入）として作用できることを容易に想到することができ
るであろう。
切って印加されるバイアスに依存して、前記第１及び第
２ターミナルのいずれかがエミッタ（即ちキャリア注
入）として作用できることを容易に想到することができ
るであろう。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。以下の説明において、電子がキャリアである例に
ついて主に記載される。しかし、当業者によれば、本発
明に係るデバイスをホールの注入に採用する場合も容易
に想到することができるであろう。
する。以下の説明において、電子がキャリアである例に
ついて主に記載される。しかし、当業者によれば、本発
明に係るデバイスをホールの注入に採用する場合も容易
に想到することができるであろう。
【００３４】図１は典型的なバンド内共鳴トンネルダイ
オードを示す。本ダイオードは２つのバリア３、５間に
配設された量子井戸１を有する。本ダイオードの構造の
外側には、２つのターミナル、即ちエミッタ７及びコレ
クタ９が配設される。
オードを示す。本ダイオードは２つのバリア３、５間に
配設された量子井戸１を有する。本ダイオードの構造の
外側には、２つのターミナル、即ちエミッタ７及びコレ
クタ９が配設される。
【００３５】図１（ａ）はバイアスが印加されていない
構造、図１（ｂ）はバイアスが印加されている構造を示
す。バイアスが印加されると、注入される電子の電子エ
ネルギーが量子井戸の束縛状態１１のエネルギーと等し
くなるまで、エミッタ内の電子のエネルギーが増加す
る。エネルギーが等しくなると、電子は共鳴的にトンネ
ル現象で量子井戸を通り抜けてコレクタ９に至る。
構造、図１（ｂ）はバイアスが印加されている構造を示
す。バイアスが印加されると、注入される電子の電子エ
ネルギーが量子井戸の束縛状態１１のエネルギーと等し
くなるまで、エミッタ内の電子のエネルギーが増加す
る。エネルギーが等しくなると、電子は共鳴的にトンネ
ル現象で量子井戸を通り抜けてコレクタ９に至る。
【００３６】バイアスが更に増加すると、注入電子のエ
ネルギーが量子井戸のエネルギーよりも高くなり、共鳴
トンネル現象が抑制される。単一レベル１１よりも高い
エネルギーレベルが存在すると、非共鳴トンネル電流は
ゼロとならない。従って、このようなデバイスでは、良
好なピーク／バレー比を得ることは難しい。
ネルギーが量子井戸のエネルギーよりも高くなり、共鳴
トンネル現象が抑制される。単一レベル１１よりも高い
エネルギーレベルが存在すると、非共鳴トンネル電流は
ゼロとならない。従って、このようなデバイスでは、良
好なピーク／バレー比を得ることは難しい。
【００３７】図２は図１図示のデバイスと動作が類似す
るデバイスを示す。図２（ａ）はバイアスが印加されて
いない構造、図２（ｂ）はバイアスが印加されている構
造を示す。ここでは、注入電子のエネルギーレベルは価
電子帯エネルギー状態１１と整列する必要がある。この
構造の利点は、注入電子のエネルギーが共鳴準位を越え
て増加するにつれ、注入電子のエネルギーが活性層のバ
ンドギャップ内へ上昇することである。ここには状態が
存在せず、トンネル現象が抑制される。従って、このよ
うなデバイスではバレー電流が抑えられる。
るデバイスを示す。図２（ａ）はバイアスが印加されて
いない構造、図２（ｂ）はバイアスが印加されている構
造を示す。ここでは、注入電子のエネルギーレベルは価
電子帯エネルギー状態１１と整列する必要がある。この
構造の利点は、注入電子のエネルギーが共鳴準位を越え
て増加するにつれ、注入電子のエネルギーが活性層のバ
ンドギャップ内へ上昇することである。ここには状態が
存在せず、トンネル現象が抑制される。従って、このよ
うなデバイスではバレー電流が抑えられる。
【００３８】図３はバンド間及びバンド内共鳴トンネル
現象の両者の利益を受けることのできるデバイスの概略
バンド構造を示す。本デバイスは図１及び図２図示のデ
バイスと類似する。しかし、ここでは、活性領域が２つ
の半導体層、即ち、第１活性層２１及び第２活性層２３
からなる。第１及び第２活性層２１、２３は、第IIタイ
プのヘテロ接合を形成し、、即ち、第２活性層２３の価
電子帯エッジ２５が第１活性層２１の伝導帯エッジ２７
の上に位置する。
現象の両者の利益を受けることのできるデバイスの概略
バンド構造を示す。本デバイスは図１及び図２図示のデ
バイスと類似する。しかし、ここでは、活性領域が２つ
の半導体層、即ち、第１活性層２１及び第２活性層２３
からなる。第１及び第２活性層２１、２３は、第IIタイ
プのヘテロ接合を形成し、、即ち、第２活性層２３の価
電子帯エッジ２５が第１活性層２１の伝導帯エッジ２７
の上に位置する。
【００３９】第１及び第２活性層２１、２３内の閉じ込
めポテンシャルのため、量子化エネルギー状態が形成さ
れる。第１量子化エネルギーレベル２９（これは伝導帯
エネルギーレベル）が第１活性層２１内に形成され、第
２量子化エネルギーレベル３３（これは価電子帯エネル
ギーレベル）が第２活性層２３内に形成される。第１及
び第２量子化エネルギーレベル２９、３３は整列して単
一のレベルを形成する。
めポテンシャルのため、量子化エネルギー状態が形成さ
れる。第１量子化エネルギーレベル２９（これは伝導帯
エネルギーレベル）が第１活性層２１内に形成され、第
２量子化エネルギーレベル３３（これは価電子帯エネル
ギーレベル）が第２活性層２３内に形成される。第１及
び第２量子化エネルギーレベル２９、３３は整列して単
一のレベルを形成する。
【００４０】キャリアが上述の整列した単一レベルに対
応するエネルギーで注入されると、バンド間及びバンド
内共鳴トンネル現象の両者によりトンネル電流が流れ
る。注入電子のエネルギーが増加すると、注入電子エネ
ルギーが非共鳴となり、トンネル電流が減少する。デバ
イスが非共鳴の時、注入電子が散入することができるエ
ネルギーレベルが依然あるため、僅かなトンネル電流が
流れる。しかし、注入キャリアエネルギーが第２活性層
のバンドギャップ２８と一旦整列すると、トンネル現象
は大幅に抑制される。これは、同バンドギャップ内に状
態が存在せず、従ってキャリアが散入することができる
状態がないからである（バンドギャップがトンネル現象
を効果的にブロックする）。従って、本デバイスは、バ
ンド間及びバンド内共鳴トンネル現象の両者により強化
されたピーク電流と、バンドギャップがトンネル現象を
ブロックすることによる非常に低いバレー電流と、を有
する。
応するエネルギーで注入されると、バンド間及びバンド
内共鳴トンネル現象の両者によりトンネル電流が流れ
る。注入電子のエネルギーが増加すると、注入電子エネ
ルギーが非共鳴となり、トンネル電流が減少する。デバ
イスが非共鳴の時、注入電子が散入することができるエ
ネルギーレベルが依然あるため、僅かなトンネル電流が
流れる。しかし、注入キャリアエネルギーが第２活性層
のバンドギャップ２８と一旦整列すると、トンネル現象
は大幅に抑制される。これは、同バンドギャップ内に状
態が存在せず、従ってキャリアが散入することができる
状態がないからである（バンドギャップがトンネル現象
を効果的にブロックする）。従って、本デバイスは、バ
ンド間及びバンド内共鳴トンネル現象の両者により強化
されたピーク電流と、バンドギャップがトンネル現象を
ブロックすることによる非常に低いバレー電流と、を有
する。
【００４１】図４はバンド間及びバンド内共鳴トンネル
現象の両者を呈することのできるデバイス（図３図示の
デバイスのように）を示す。しかし、ここでは、エネル
ギーレベルが完全には整列しない。バンド間及びバンド
内共鳴トンネル現象が異なるバイアスで起こるため、こ
のデバイスから得られる結果（図５参照）は、本デバイ
スと、エネルギーレベルが整列する図３図示のデバイス
と、の両者において作用するメカニズムを説明する際に
特に有効である。
現象の両者を呈することのできるデバイス（図３図示の
デバイスのように）を示す。しかし、ここでは、エネル
ギーレベルが完全には整列しない。バンド間及びバンド
内共鳴トンネル現象が異なるバイアスで起こるため、こ
のデバイスから得られる結果（図５参照）は、本デバイ
スと、エネルギーレベルが整列する図３図示のデバイス
と、の両者において作用するメカニズムを説明する際に
特に有効である。
【００４２】図４（ａ）において、第２活性層２１は伝
導帯エッジより高いエネルギーの２つの量子化エネルギ
ーレベル２９、３１を有する。これらのレベルの位置は
活性層２１の閉じ込め状態及び活性層２１の幅によって
決定される。本デバイスがバンド内共鳴トンネル現象を
呈するためには、注入電子のエネルギーは伝導帯の両量
子化エネルギーレベルの一方のエネルギーと等しくなけ
ればならない。
導帯エッジより高いエネルギーの２つの量子化エネルギ
ーレベル２９、３１を有する。これらのレベルの位置は
活性層２１の閉じ込め状態及び活性層２１の幅によって
決定される。本デバイスがバンド内共鳴トンネル現象を
呈するためには、注入電子のエネルギーは伝導帯の両量
子化エネルギーレベルの一方のエネルギーと等しくなけ
ればならない。
【００４３】図４（ｂ）は第２活性層内に形成されるエ
ネルギーレベルを示す。量子化エネルギーレベル３３は
価電子帯エッジ２５のエネルギーより低いエネルギーで
形成される。の価電子帯量子化エネルギーレベルと等し
いエネルギーで注入された電子は共鳴的にトンネル現象
で本構造を通り抜ける。エネルギーが上昇すると、トン
ネル現象は、層２３のバンドギャップ内に状態が全くな
いことから、ブロックされる。
ネルギーレベルを示す。量子化エネルギーレベル３３は
価電子帯エッジ２５のエネルギーより低いエネルギーで
形成される。の価電子帯量子化エネルギーレベルと等し
いエネルギーで注入された電子は共鳴的にトンネル現象
で本構造を通り抜ける。エネルギーが上昇すると、トン
ネル現象は、層２３のバンドギャップ内に状態が全くな
いことから、ブロックされる。
【００４４】従って、図４図示の構造は、３つの主動作
モード、即ち、２つの電流流通モード（バンド間共鳴ト
ンネル現象及びバンド内共鳴トンネル現象）、及び１つ
のオフモードとを有する。オフモードではバンドギャッ
プによりトンネル現象がブロックされてバレー電流が最
少となる。
モード、即ち、２つの電流流通モード（バンド間共鳴ト
ンネル現象及びバンド内共鳴トンネル現象）、及び１つ
のオフモードとを有する。オフモードではバンドギャッ
プによりトンネル現象がブロックされてバレー電流が最
少となる。
【００４５】これらの３つの動作モードは図５に明確に
示される。エミッタ及びコレクタ間に印加されるバイア
スはゼロを通過するように変化される。負のバイアスに
おいて、電流が実質的に流れない平坦領域５１が観察さ
れる。この領域は第１活性層のバンドギャップによりい
かなるトンネル現象もブロックされる状態に対応する。
負のバイアスの大きさが減少すると、図３及び図４図示
のバンド間トンネル現象に対応する凹み５３が観察され
る。
示される。エミッタ及びコレクタ間に印加されるバイア
スはゼロを通過するように変化される。負のバイアスに
おいて、電流が実質的に流れない平坦領域５１が観察さ
れる。この領域は第１活性層のバンドギャップによりい
かなるトンネル現象もブロックされる状態に対応する。
負のバイアスの大きさが減少すると、図３及び図４図示
のバンド間トンネル現象に対応する凹み５３が観察され
る。
【００４６】バイアスは次にゼロを通過するように変化
され、２つのピーク５５、５７が観察される。一方のピ
ーク５５は第１の伝導帯量子化状態のエネルギーに等し
い注入電子エネルギーに起因する。この場合、第２励起
伝導帯状態がまた形成される。トンネルピーク５７はこ
の第２状態を通り抜けるバンド内トンネル現象に起因す
る。
され、２つのピーク５５、５７が観察される。一方のピ
ーク５５は第１の伝導帯量子化状態のエネルギーに等し
い注入電子エネルギーに起因する。この場合、第２励起
伝導帯状態がまた形成される。トンネルピーク５７はこ
の第２状態を通り抜けるバンド内トンネル現象に起因す
る。
【００４７】このようなデバイスの層構造は図６に詳細
に示される。図６（ａ）は層構造全体を示す断面図、図
６（ｂ）は図６（ａ）中の部分ＶＩＢを拡大して示す概
念図である。ＧａＡｓ半絶縁性基板６１の上面に接触状
態で横たわるようにＧａＡｓバッファ層６３が形成され
る。ＧａＡｓバッファ層６３の上にはＡｌＳｂバッファ
層６５が形成される。ＡｌＳｂバッファ層６５の上面に
接触状態で横たわるようにアンドープドＧａＳｂ層６７
が形成される。
に示される。図６（ａ）は層構造全体を示す断面図、図
６（ｂ）は図６（ａ）中の部分ＶＩＢを拡大して示す概
念図である。ＧａＡｓ半絶縁性基板６１の上面に接触状
態で横たわるようにＧａＡｓバッファ層６３が形成され
る。ＧａＡｓバッファ層６３の上にはＡｌＳｂバッファ
層６５が形成される。ＡｌＳｂバッファ層６５の上面に
接触状態で横たわるようにアンドープドＧａＳｂ層６７
が形成される。
【００４８】次に、本構造の活性領域が形成される。Ｇ
ａＳｂ層６７上に接触状態で横たわるように第１コレク
タ層６９が形成される。第１コレクタ層６９は２００ｎ
ｍのドープドＩｎＡｓから形成される。第１コレクタ層
６９上に接触状態で横たわるように５０ｎｍのアンドー
プドＩｎＡｓからなる第２コレクタ層７１が形成され
る。第２コレクタ層７１上に接触状態で横たわるように
３ｎｍのアンドープドＡｌＳｂからなる第１バリア層７
３が形成される。第１バリア層７３上に横たわるように
１５ｎｍのアンドープドＩｎＡｓからなる第１活性層７
５が形成される。第１活性層７５上に横たわるように１
５ｎｍのアンドープドＧａＳｂからなる第２活性層７７
が形成される。なお、必要であれば、２つの活性層７
５、７７間に３ｎｍのＡｌＳｂからなる第３バリア層が
形成される。
ａＳｂ層６７上に接触状態で横たわるように第１コレク
タ層６９が形成される。第１コレクタ層６９は２００ｎ
ｍのドープドＩｎＡｓから形成される。第１コレクタ層
６９上に接触状態で横たわるように５０ｎｍのアンドー
プドＩｎＡｓからなる第２コレクタ層７１が形成され
る。第２コレクタ層７１上に接触状態で横たわるように
３ｎｍのアンドープドＡｌＳｂからなる第１バリア層７
３が形成される。第１バリア層７３上に横たわるように
１５ｎｍのアンドープドＩｎＡｓからなる第１活性層７
５が形成される。第１活性層７５上に横たわるように１
５ｎｍのアンドープドＧａＳｂからなる第２活性層７７
が形成される。なお、必要であれば、２つの活性層７
５、７７間に３ｎｍのＡｌＳｂからなる第３バリア層が
形成される。
【００４９】第２活性層７７上に横たわるように３ｎｍ
のアンドープドＡｌＳｂからなる第２バリア層７９が形
成される。第２バリア層７９上に横たわるように５０ｎ
ｍのアンドープドＩｎＡｓからなる第２エミッタ層８１
が形成される。最後に、第２エミッタ層８１上に横たわ
るように２００ｎｍのドープドＩｎＡｓからなる第１エ
ミッタ層８３が形成され、本構造が完成する。
のアンドープドＡｌＳｂからなる第２バリア層７９が形
成される。第２バリア層７９上に横たわるように５０ｎ
ｍのアンドープドＩｎＡｓからなる第２エミッタ層８１
が形成される。最後に、第２エミッタ層８１上に横たわ
るように２００ｎｍのドープドＩｎＡｓからなる第１エ
ミッタ層８３が形成され、本構造が完成する。
【００５０】第１エミッタ層８３及び第１コレクタ層６
９に対してオーミックコンタクトを形成することによ
り、本デバイスを横切ってバイアスが印加される。典型
的には、コンタクトはＮｉＧｅＡｕオーミックコンタク
トを使用して形成される。
９に対してオーミックコンタクトを形成することによ
り、本デバイスを横切ってバイアスが印加される。典型
的には、コンタクトはＮｉＧｅＡｕオーミックコンタク
トを使用して形成される。
【００５１】第１及び第２活性層は夫々ＩｎＡｓ及びＧ
ａＳＢから形成される。本発明の全ての視点において必
要なように、第２活性層７７の価電子帯エッジは、第１
活性層７５の伝導帯エッジの上に位置する。
ａＳＢから形成される。本発明の全ての視点において必
要なように、第２活性層７７の価電子帯エッジは、第１
活性層７５の伝導帯エッジの上に位置する。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、バンド内トンネル現象
からの高いピーク電流と共に、バンド間トンネル現象に
伴うバンドギャップ・ブロック効果による低いバレー電
流を呈することが可能なデバイスを提供することができ
る。
からの高いピーク電流と共に、バンド間トンネル現象に
伴うバンドギャップ・ブロック効果による低いバレー電
流を呈することが可能なデバイスを提供することができ
る。
【図１】典型的なバンド内トンネルデバイスを示す概略
図。
図。
【図２】典型的なバンド間トンネルデバイスを示す概略
図。
図。
【図３】本発明の第１の視点に係る共鳴トンネルデバイ
スを示す概略図。
スを示す概略図。
【図４】本発明の第２の視点に係るデバイスを示す概略
図。
図。
【図５】本発明の第２の視点に係るデバイスにおける電
流とバイアス電圧との関係を示すグラフ。
流とバイアス電圧との関係を示すグラフ。
【図６】本発明の第１及び第２の視点に係るデバイスの
層構造を示す概略図。
層構造を示す概略図。
３、５…バリア層 ７、９…ターミナル ２１…第１活性層 ２３…第２活性層 ２５…第２活性層の価電子帯エッジ ２７…第１活性層の伝導帯エッジ ２８…バンドギャップ ２９…第１の伝導帯量子化エネルギーレベル ３３…第１の価電子帯量子化エネルギーレベル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・レベンス・リードビータ イギリス国、 シービー４・４ダブリュイ ー、 ケンブリッジ、 ミルトン・ロー ド、 ケンブリッジ・サイエンス・パーク 260 (72)発明者 レウェリン・ジョン・クーパー イギリス国、 シービー３・０エイチイ ー、 ケンブリッジ、 マディングレイ・ ロード、 ケンブリッジ大学、 ケイブン ディシュ・ラボラトリー
Claims (5)
- 【請求項１】第１及び第２半導体活性層と、第１及び第
２バリア層と、第１及び第２ターミナルと、を具備し、
ここで、前記第１バリア層は前記第１ターミナル上に横
たわって配設され、前記第１活性層は前記第１バリア層
上に横たわって配設され、前記第２活性層は前記第１活
性層上に横たわって配設され、前記第２バリア層は前記
第２活性層上に横たわって配設され、前記第２ターミナ
ルは前記第２バリア層上に横たわって配設される半導体
デバイスであって、 前記第１活性層の伝導帯エッジは前記第２活性層の価電
子帯エッジよりも低いエネルギーを有することと、 前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジのエネ
ルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子化エ
ネルギーレベルを有することと、 前記第２活性層は前記第２活性層の価電子帯エッジのエ
ネルギーよりも低いエネルギーの、第１の価電子帯量子
化エネルギーレベルを有することと、 前記第１の価電子帯量子化エネルギーレベルと前記第１
の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、整列した単一エ
ネルギーレベルを形成するように同じエネルギーに配置
されることと、を特徴とする半導体デバイス。 - 【請求項２】第１及び第２半導体活性層と、第１及び第
２バリア層と、第１及び第２ターミナルと、を具備し、
ここで、前記第１バリア層は前記第１ターミナル上に横
たわって配設され、前記第１活性層は前記第１バリア層
上に横たわって配設され、前記第２活性層は前記第１活
性層上に横たわって配設され、前記第２バリア層は前記
第２活性層上に横たわって配設され、前記第２ターミナ
ルは前記第２バリア層上に横たわって配設される、オン
及びオフ状態を有する半導体トンネルデバイスであっ
て、 前記第１活性層の伝導帯エッジは前記第２活性層の価電
子帯エッジよりも低いエネルギーを有することと、 前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジのエネ
ルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子化エ
ネルギーレベルを有することと、 前記第２活性層は前記第２活性層の価電子帯エッジのエ
ネルギーよりも低いエネルギーの、第１の価電子帯量子
化エネルギーレベルを有することと、 前記第１の価電子帯量子化エネルギーレベルと前記第１
の伝導帯量子化エネルギーレベルとは、整列した単一エ
ネルギーレベルを形成するように同じエネルギーに配置
可能であることと、 印加されるバイアスに依存して異なるエネルギーでキャ
リアを注入するように、バイアスが前記デバイスを横切
って印加され、前記バイアスは前記デバイスをオン状態
とオフ状態との間で切替えるように印加されることと、 前記オフ状態において、前記第２活性層の伝導帯及び価
電子帯のエッジ間のエネルギーレベルでキャリアが注入
され、また、前記オン状態において、前記整列した単一
エネルギーレベルが形成され且つ前記整列した単一エネ
ルギーレベルに対応するエネルギーレベルでキャリアが
注入されるようにバイアスが印加されることと、を特徴
とするオン及びオフ状態を有する半導体トンネルデバイ
ス。 - 【請求項３】第１及び第２半導体活性層と、第１及び第
２バリア層と、第１及び第２ターミナルと、を具備し、
ここで、前記第１バリア層は前記第１ターミナル上に横
たわって配設され、前記第１活性層は前記第１バリア層
上に横たわって配設され、前記第２活性層は前記第１活
性層上に横たわって配設され、前記第２バリア層は前記
第２活性層上に横たわって配設され、前記第２ターミナ
ルは前記第２バリア層上に横たわって配設される半導体
トンネルデバイスであって、 前記第１活性層の伝導帯エッジは前記第２活性層の価電
子帯エッジよりも低いエネルギーを有することと、 前記第１活性層は前記第１活性層の伝導帯エッジのエネ
ルギーよりも高いエネルギーの、第１の伝導帯量子化エ
ネルギーレベルを有することと、 前記第２活性層は前記第２活性層の価電子帯エッジのエ
ネルギーよりも低いエネルギーの、第１の価電子帯量子
化エネルギーレベルを有することと、 印加されるバイアスに依存して異なるレベルでキャリア
を注入するように、バイアスが前記デバイスを横切って
印加され、前記バイアスは前記デバイスを第１及び第２
電流流通状態とオフ状態との間で切替えるように印加さ
れることと、 前記オフ状態において、前記第２活性層の伝導帯及び価
電子帯のエッジ間のエネルギーレベルでキャリアが注入
され、また、前記第１電流流通状態において、前記第１
の価電子帯量子化状態のエネルギーレベルでキャリアが
注入され、また、前記第２電流流通状態において、前記
第１の伝導帯量子化状態のエネルギーレベルでキャリア
が前記デバイスに注入されることと、を特徴とする半導
体トンネルデバイス。 - 【請求項４】前記第１及び第２半導体活性層間に配設さ
れた第３バリア層を更に具備することを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項５】前記第１及び第２活性層が圧力を負荷され
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9726376A GB2332301B (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Semiconductor device |
| GB9726376.8 | 1997-12-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214712A true JPH11214712A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=10823573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10305552A Pending JPH11214712A (ja) | 1997-12-12 | 1998-10-27 | 半導体デバイス |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6031245A (ja) |
| JP (1) | JPH11214712A (ja) |
| GB (1) | GB2332301B (ja) |
Cited By (1)
| 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 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6541788B2 (en) * | 1998-10-27 | 2003-04-01 | The Regents Of The University Of California | Mid infrared and near infrared light upconverter using self-assembled quantum dots |
| US6703639B1 (en) | 2002-12-17 | 2004-03-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Nanofabrication for InAs/AlSb heterostructures |
| US9780212B2 (en) * | 2013-09-18 | 2017-10-03 | Globalfoundries Inc. | Fin width measurement using quantum well structure |
| RU2548395C1 (ru) * | 2013-12-16 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ | Способ определения вида и концентрации наночастиц в неорганических аморфных средах и композитах на основе полимеров |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5294809A (en) * | 1993-05-24 | 1994-03-15 | Motorola, Inc. | Resonant tunneling diode with reduced valley current |
| US5588015A (en) * | 1995-08-22 | 1996-12-24 | University Of Houston | Light emitting devices based on interband transitions in type-II quantum well heterostructures |
-
1997
- 1997-12-12 GB GB9726376A patent/GB2332301B/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-10-27 JP JP10305552A patent/JPH11214712A/ja active Pending
- 1998-12-11 US US09/209,758 patent/US6031245A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2332301A9 (en) | |
| GB2332301B (en) | 2000-05-03 |
| US6031245A (en) | 2000-02-29 |
| GB2332301A (en) | 1999-06-16 |
| GB9726376D0 (en) | 1998-02-11 |
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|---|---|---|---|
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