JPS5967676A - 超格子負性抵抗素子 - Google Patents
超格子負性抵抗素子Info
- Publication number
- JPS5967676A JPS5967676A JP57178827A JP17882782A JPS5967676A JP S5967676 A JPS5967676 A JP S5967676A JP 57178827 A JP57178827 A JP 57178827A JP 17882782 A JP17882782 A JP 17882782A JP S5967676 A JPS5967676 A JP S5967676A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- negative resistance
- layer
- forbidden band
- layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、負性抵抗素子に関するものである。
高周波用増幅器又は発振器の増幅累子として、ＦＥ１’
、ガン発振器、インパット発振器９等などの開発が盛ん
であるが、負性微分抵抗を有する格格子を用いると、他
のデバイスでは得られない高周波域で動作が出来る可能
性があることから、超格子負性抵抗素子は将来性が商い
と考えられている。
、ガン発振器、インパット発振器９等などの開発が盛ん
であるが、負性微分抵抗を有する格格子を用いると、他
のデバイスでは得られない高周波域で動作が出来る可能
性があることから、超格子負性抵抗素子は将来性が商い
と考えられている。
従来提案されてきた超格子負性抵抗素子は、第１図に示
す導電帯バンド構造を実空間で有する。
す導電帯バンド構造を実空間で有する。
通常の超格子負性抵抗素子は、二元混晶であるＧａＡｓ
で形成された禁制帯幅の狭い層１１と、三元混晶である
ＧａＡＪＡｓで形成された禁制帯幅の広い層１２とが、
交互に積層した構造を有する。このさい、 ＧａＡｓ層
の厚みが２００オングストローム程度迄薄くなると、Ｇ
ａＡｓ層中の電子が存在出来るエネルギーレベルは離散
化し、基底エネルギーレベル１３．２ｆｌｔ目のレベル
１４．３番目のレベル１５．４番目のレベル１６など力
す＾生する。
で形成された禁制帯幅の狭い層１１と、三元混晶である
ＧａＡＪＡｓで形成された禁制帯幅の広い層１２とが、
交互に積層した構造を有する。このさい、 ＧａＡｓ層
の厚みが２００オングストローム程度迄薄くなると、Ｇ
ａＡｓ層中の電子が存在出来るエネルギーレベルは離散
化し、基底エネルギーレベル１３．２ｆｌｔ目のレベル
１４．３番目のレベル１５．４番目のレベル１６など力
す＾生する。
このように、＾１を敗北したエネルギーレベルを有する
層をはさむ、禁制帯幅の広い層１２の厚みが、数ｒオン
グストローム程度に薄くなると、薄膜層と垂直の方向に
電圧を印加した状態で、トンネル電流が流れる。第１図
に示す超格子に、電圧を印加した時、トンネル電流が流
れ、印加電圧が適切な値になったとき微分負性抵抗が現
われることは、エル・エザギ等（フィジカル・レビュー
・レター。
層をはさむ、禁制帯幅の広い層１２の厚みが、数ｒオン
グストローム程度に薄くなると、薄膜層と垂直の方向に
電圧を印加した状態で、トンネル電流が流れる。第１図
に示す超格子に、電圧を印加した時、トンネル電流が流
れ、印加電圧が適切な値になったとき微分負性抵抗が現
われることは、エル・エザギ等（フィジカル・レビュー
・レター。
３３巻、４９５頁、 １９７４年）によって報告され
た。このときの微分負性抵抗が得られた状態を、第２図
を用いて説明する。第２図は、第１図に示されたＧａＡ
ｓとＧａＡノＡｓからなる超格子に超格子面と垂直な方
向に電圧を印加したときの、実空間における導電帯下端
の構造を示す。超格子面に垂直の方向に印加する電圧を
適切な値迄上昇すると、第２図に示される高電界領域２
２が発生する。高電界領域２２が発生する条件下で、印
加電圧をさらに増加すると、トンネル電流２１が増大す
る。
た。このときの微分負性抵抗が得られた状態を、第２図
を用いて説明する。第２図は、第１図に示されたＧａＡ
ｓとＧａＡノＡｓからなる超格子に超格子面と垂直な方
向に電圧を印加したときの、実空間における導電帯下端
の構造を示す。超格子面に垂直の方向に印加する電圧を
適切な値迄上昇すると、第２図に示される高電界領域２
２が発生する。高電界領域２２が発生する条件下で、印
加電圧をさらに増加すると、トンネル電流２１が増大す
る。
この現象は、高電界領域２２の左側の禁制帯幅の狭い層
の基底エネルギーレベル１３と、右側の禁制帯幅の狭い
層の２番目のエネルギーレベル１４とがほぼ等しいエネ
ルギーになったときに、共鳴的にトンネル電流が増大す
るために生じる。共鳴的にトンネル電流が増大すると、
超格子の微分抵抗が負になり、超格子が負性抵抗素子と
して動作する。ところが、従来の提案された超格子１１
１４造は、第１図に示すように、ポテンシャル井戸の形
状が箱型であるため、離散化したエネルギーレベル１１
から１６は非等間隔（エネルギーレベルが（ｎ＋１）に
比例、ｎはレベルの番号）となる。すると、超格子に垂
直に電圧が印加されても、隣同志のエネルギーレベルが
２つ以上一致することはなく、たかだか１つのエネルギ
ーレベルが一致するにすぎない。そのため、一致したエ
ネルギーレベルを介して流れる共鳴的なトンネル電流は
微弱であシ、微分負性抵抗は小さく、大きな増幅度が得
られない。そこで、本発明の目的は、大きな増幅度が４
ｊｉられる、超格子構造を有する負性抵抗素子を提供す
ることにある。
の基底エネルギーレベル１３と、右側の禁制帯幅の狭い
層の２番目のエネルギーレベル１４とがほぼ等しいエネ
ルギーになったときに、共鳴的にトンネル電流が増大す
るために生じる。共鳴的にトンネル電流が増大すると、
超格子の微分抵抗が負になり、超格子が負性抵抗素子と
して動作する。ところが、従来の提案された超格子１１
１４造は、第１図に示すように、ポテンシャル井戸の形
状が箱型であるため、離散化したエネルギーレベル１１
から１６は非等間隔（エネルギーレベルが（ｎ＋１）に
比例、ｎはレベルの番号）となる。すると、超格子に垂
直に電圧が印加されても、隣同志のエネルギーレベルが
２つ以上一致することはなく、たかだか１つのエネルギ
ーレベルが一致するにすぎない。そのため、一致したエ
ネルギーレベルを介して流れる共鳴的なトンネル電流は
微弱であシ、微分負性抵抗は小さく、大きな増幅度が得
られない。そこで、本発明の目的は、大きな増幅度が４
ｊｉられる、超格子構造を有する負性抵抗素子を提供す
ることにある。
本発明によれば、半導体結晶基板上に、禁制帯幅が異な
る二種類の混晶半導体薄膜層を交互に複数層形成した超
格子構造を有する負性抵抗素子において、薄膜層内で薄
膜面に垂直な方向に、導電帯の下端の形状が放物線状に
なるように、前記二種類の薄膜層のうちの禁制帯幅が小
なる？１．ケ膜の混晶組成が変化している部分を含むこ
とを％徴とする、超格子負性抵抗素子が得られる。
る二種類の混晶半導体薄膜層を交互に複数層形成した超
格子構造を有する負性抵抗素子において、薄膜層内で薄
膜面に垂直な方向に、導電帯の下端の形状が放物線状に
なるように、前記二種類の薄膜層のうちの禁制帯幅が小
なる？１．ケ膜の混晶組成が変化している部分を含むこ
とを％徴とする、超格子負性抵抗素子が得られる。
次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第３図は本発明の第１の実施例を説明するバンド構造の
導電帯下端の図である。第３図に示した多層薄膜構造に
おいて、禁制帯幅が大なるＧａＡＡＡｓ層３２に狭まれ
た層３１内で、その導電帯の下端の位置は、薄１１面と
垂直な方向に、下に凸な放物線状に変化する。この放物
線状に変化する導電帯の下端形状は、薄膜層３１の層内
でのＡ！の組成を放物線状に変化させることによって得
られる。
導電帯下端の図である。第３図に示した多層薄膜構造に
おいて、禁制帯幅が大なるＧａＡＡＡｓ層３２に狭まれ
た層３１内で、その導電帯の下端の位置は、薄１１面と
垂直な方向に、下に凸な放物線状に変化する。この放物
線状に変化する導電帯の下端形状は、薄膜層３１の層内
でのＡ！の組成を放物線状に変化させることによって得
られる。
導電帯のポテンシャル井戸の形状が放物線状であると、
離散化したエネルギーレベルは、等間隔になることが量
子力学によって示される。第４図は、等間隔のエネルギ
ーレベルを有するこの超格子に、電圧を印加した状況を
示す。第２図で示した従来の超格子と同様に、電界降下
が集中した領域４２が発生する。印加電圧を適当な値迄
増加すると、前記薄膜領域４２を挟んで、左側のＧ ａ
Ａ ｌ！１層のエネルギーレベルと右側のエネルギー
レベルは複数組（この場合は４組）で一致し、４組のレ
ベル間を通じて共鳴的なトンネル１１４．流４１が流れ
る。従来のａ４′６子では、第２図に示すように共鳴的
に流れるトンネル電流２１は一組の一致したエネルギー
レベルを介するだけなので微分負性抵抗は小さかった。
離散化したエネルギーレベルは、等間隔になることが量
子力学によって示される。第４図は、等間隔のエネルギ
ーレベルを有するこの超格子に、電圧を印加した状況を
示す。第２図で示した従来の超格子と同様に、電界降下
が集中した領域４２が発生する。印加電圧を適当な値迄
増加すると、前記薄膜領域４２を挟んで、左側のＧ ａ
Ａ ｌ！１層のエネルギーレベルと右側のエネルギー
レベルは複数組（この場合は４組）で一致し、４組のレ
ベル間を通じて共鳴的なトンネル１１４．流４１が流れ
る。従来のａ４′６子では、第２図に示すように共鳴的
に流れるトンネル電流２１は一組の一致したエネルギー
レベルを介するだけなので微分負性抵抗は小さかった。
実ＪＪＡ例では、複数組のレベル間を通じて、共鳴的な
トンネル電流Ｃ流が流れるため、よシ大きな微分負性抵
抗が得られる。よっ又、本実施例によれば、大きな増幅
度が得られる超格子（１°ｉ造を有する負性抵抗素子を
得ることが出来る。
トンネル電流Ｃ流が流れるため、よシ大きな微分負性抵
抗が得られる。よっ又、本実施例によれば、大きな増幅
度が得られる超格子（１°ｉ造を有する負性抵抗素子を
得ることが出来る。
前□己実流側に述べた超格子は、分子ビームエピタキシ
ー法で製造した。ＧａとＡｓとへ！ を発生するセルを
有する分子ビームエピタキシー装置Ｆ？ｆで、Ａ）を発
生するセルの温度はＡノ線月が時間的に２次関数的に増
減するよう調製して、第３図に示す禁ｉｂ’Ｊ ４ｉ４
幅が狭い層３１を形成した。
ー法で製造した。ＧａとＡｓとへ！ を発生するセルを
有する分子ビームエピタキシー装置Ｆ？ｆで、Ａ）を発
生するセルの温度はＡノ線月が時間的に２次関数的に増
減するよう調製して、第３図に示す禁ｉｂ’Ｊ ４ｉ４
幅が狭い層３１を形成した。
２１４； ５図は、本発明の第２の実施例を説明する図
である。禁制’：ｉＦ幅が狭い層５１は、下に凸な放物
線の右半分からなる専ｇｕ帯端形状を有する。本実施例
においても、第一の実施例と同様に、禁制帯幅が狭い層
５１内に発生する量子のエネルギーレベルは等間隔にな
り、第一の実施例と同様の効果を得ることが出来る。
である。禁制’：ｉＦ幅が狭い層５１は、下に凸な放物
線の右半分からなる専ｇｕ帯端形状を有する。本実施例
においても、第一の実施例と同様に、禁制帯幅が狭い層
５１内に発生する量子のエネルギーレベルは等間隔にな
り、第一の実施例と同様の効果を得ることが出来る。
以上の実施例ではＧ ａＡＪＡ ｓ／Ｇ ａＡ ｓの混
晶を用いたが、本発明は結晶材料に限定されず ＡＪＧ
ａＡｓＳｂ／ＧａＳｂ 等、他の材料を用いても良いの
は明らかである。
晶を用いたが、本発明は結晶材料に限定されず ＡＪＧ
ａＡｓＳｂ／ＧａＳｂ 等、他の材料を用いても良いの
は明らかである。
第１図は、従来の超格子負性抵抗素子を説明すぞ
るためのバンド構造の導択帯下端を示す図、第２図はそ
の動作原理を説明する図、第３図は本発明の第一の実施
例を説明するだめのバンド構造の導電 パ帯下端の図、第４図は本発明の第１の実施例の動作原
理を説明する図、第５図は本発明の第２のぞ 実施例を説明するだめのバンド構造の導蕨帯下端の図で
ある。１１は従来の超格子の禁制帯幅の狭い層、１２は
禁制帯幅の広い層、１３から１６は離散化したエネルギ
ーレベル、２１はトンネル電流、２２は電界が集中した
領域、３１は本発明第一の実施例の超格子の禁制帯幅の
狭い層、３２は禁制’ｉｔ） ｌｌＶ＋ｉの広い層、４
１はトンネル電流、４２は７１Ｌ界が小中したｉＩＡ域
、５１は不発明の第２の実施例のノイ（格子の禁制帯幅
の狭い層、である。 秘１ 図 ｕ４ワ ７
の動作原理を説明する図、第３図は本発明の第一の実施
例を説明するだめのバンド構造の導電 パ帯下端の図、第４図は本発明の第１の実施例の動作原
理を説明する図、第５図は本発明の第２のぞ 実施例を説明するだめのバンド構造の導蕨帯下端の図で
ある。１１は従来の超格子の禁制帯幅の狭い層、１２は
禁制帯幅の広い層、１３から１６は離散化したエネルギ
ーレベル、２１はトンネル電流、２２は電界が集中した
領域、３１は本発明第一の実施例の超格子の禁制帯幅の
狭い層、３２は禁制’ｉｔ） ｌｌＶ＋ｉの広い層、４
１はトンネル電流、４２は７１Ｌ界が小中したｉＩＡ域
、５１は不発明の第２の実施例のノイ（格子の禁制帯幅
の狭い層、である。 秘１ 図 ｕ４ワ ７
Claims (1)
- 半導体結晶基板」二に、禁制帯幅が異なる二種類の混晶
半導体薄膜層を交互に複数層形成した超格子構造を有す
る負性抵抗素子において、薄膜層内で薄膜面に垂直な方
向に、導１ｆｆ（ｉｉ＝の下端の形状が放物線状になる
ように、前記二種類の＃膜層のうちの禁制帯幅が小なる
薄ｊ摸のｌＪＬ晶組成が変化している部分を含むことを
ｌ待機とする、超格子負性抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57178827A JPS5967676A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 超格子負性抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57178827A JPS5967676A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 超格子負性抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5967676A true JPS5967676A (ja) | 1984-04-17 |
Family
ID=16055351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57178827A Pending JPS5967676A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 超格子負性抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5967676A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4780749A (en) * | 1986-07-01 | 1988-10-25 | Hughes Aircraft Company | Double barrier tunnel diode having modified injection layer |
| US4849799A (en) * | 1986-07-31 | 1989-07-18 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Resonant tunneling transistor |
| US4878104A (en) * | 1985-04-19 | 1989-10-31 | Texas Instruments Incorporated | Optically pumped quantum coupled devices |
| US4972246A (en) * | 1988-03-22 | 1990-11-20 | International Business Machines Corp. | Effective narrow band gap base transistor |
| US5296721A (en) * | 1992-07-31 | 1994-03-22 | Hughes Aircraft Company | Strained interband resonant tunneling negative resistance diode |
-
1982
- 1982-10-12 JP JP57178827A patent/JPS5967676A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4878104A (en) * | 1985-04-19 | 1989-10-31 | Texas Instruments Incorporated | Optically pumped quantum coupled devices |
| US4780749A (en) * | 1986-07-01 | 1988-10-25 | Hughes Aircraft Company | Double barrier tunnel diode having modified injection layer |
| US4849799A (en) * | 1986-07-31 | 1989-07-18 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Resonant tunneling transistor |
| US4972246A (en) * | 1988-03-22 | 1990-11-20 | International Business Machines Corp. | Effective narrow band gap base transistor |
| US5296721A (en) * | 1992-07-31 | 1994-03-22 | Hughes Aircraft Company | Strained interband resonant tunneling negative resistance diode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1186807A (en) | Multi-dimensional quantum well device | |
| Capasso | Band-gap engineering: from physics and materials to new semiconductor devices | |
| US5447873A (en) | Method of making a universal quantum dot logic cell | |
| US4686550A (en) | Heterojunction semiconductor devices having a doping interface dipole | |
| JPS6028268A (ja) | 半導体装置 | |
| US5070375A (en) | Semiconductor device having a coupled quantum box array structure | |
| JPS6147681A (ja) | 可変禁制帯デバイス | |
| JPH0732250B2 (ja) | 半導体デバイス | |
| Song | Electron ratchet effect in semiconductor devices and artificial materials with broken centrosymmetry | |
| US20050156160A1 (en) | Electron device which controls quantum chaos and quantum chaos controlling method | |
| Morgan et al. | Physics and technology of heterojunction devices | |
| Dugaev et al. | Modern semiconductor physics and device applications | |
| JPS5967676A (ja) | 超格子負性抵抗素子 | |
| JPS5990978A (ja) | 超格子負性抵抗素子 | |
| Ismail et al. | Quantum phenomena in field-effect-controlled semiconductor nanostructures | |
| JPH06296011A (ja) | 半導体デバイス | |
| Mehdi et al. | Novel use of resonant tunneling structures for optical and IR modulators | |
| JPH0377677B2 (ja) | ||
| EP0253174A1 (en) | Resonant tunneling semiconductor devices | |
| JP3138824B2 (ja) | 共鳴トンネル半導体装置 | |
| Vengurlekar et al. | Quasi‐ballistic resonant tunneling of minority electrons into the excited states of a quantum well | |
| US5225895A (en) | Velocity-modulation transistor with quantum well wire layer | |
| Beresford et al. | Narrow-gap InAs for heterostructure tunnelling | |
| Wolak | The effects of reduced dimensionality and elastic scattering on the current voltage characteristics of resonant tunneling diodes | |
| Davies | Quantum electronics: the physics and technology of low-dimensional electronic systems into the new millennium |