JPS5990978A - 超格子負性抵抗素子 - Google Patents

超格子負性抵抗素子

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Publication number
JPS5990978A
JPS5990978A JP57200572A JP20057282A JPS5990978A JP S5990978 A JPS5990978 A JP S5990978A JP 57200572 A JP57200572 A JP 57200572A JP 20057282 A JP20057282 A JP 20057282A JP S5990978 A JPS5990978 A JP S5990978A
Authority
JP
Japan
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negative resistance
superlattice
sine wave
levels
resistance element
Prior art date
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Pending
Application number
JP57200572A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoo Yanase
柳瀬 知夫
Hiroyoshi Rangu
博義 覧具
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS5990978A publication Critical patent/JPS5990978A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/15Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
    • H01L29/151Compositional structures
    • H01L29/152Compositional structures with quantum effects only in vertical direction, i.e. layered structures with quantum effects solely resulting from vertical potential variation
    • H01L29/155Comprising only semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/88Tunnel-effect diodes
    • H01L29/882Resonant tunneling diodes, i.e. RTD, RTBD

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  • Mathematical Physics (AREA)
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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。

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。
尚周波増幅器又は発振器用の増幅素子として、(jaA
s −11’ET  の開発が盛んであるが、負性微分
抵抗を有する超格子を用いると、GaAS−FET↑は
得にくい篩周波城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、i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回に示
す導!帯の下端の形状を有する。ここで縦軸Lエネルギ
を表わし、横軸は超格子面に垂直な方向の位置を表わす
実空111でのエネルギレベル表示を用いている。適格
の超格イ負+−L抵抗素子は二元混晶であるGaA、で
形成された禁制(1)幅の狭い層11と、二元混晶であ
るG a A I A sで形成された禁制布幅の広い
層12とが、交互に81i層した構造を有する。このさ
い、GaAS層のIψみが200オングストローム程度
迄薄くなると、GaA、層中の電子が存在出来るエネル
ギーレベルFi、離散化し、基底エネルキーレベル13
.24i’目のレベル14.3番目のレベル15.4番
目のレベル16などが発生する。このようVC1離散化
したエネルキーレベルを有する層をはさむ、伏制・jl
(幅の広い層12の厚みが、数111ンクストロームイ
5′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
子に寛圧を印加した時、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・エザキ等(フィンカル・レビューレター、33
x、3495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O aAB
とG a A I A s 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
導電帯下端の形状を示す。超格子面に垂的の方向に印加
する電圧が適切な値迄上昇すると、第2図に示される高
電界領域22が発生する。高電界領域22が発生ずる条
件−トで、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#目のエネルギーレベル14と
がほぼ等しいエネルギーr(なったとき、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じてル井戸の形状
が箱屋であるため、離散化【またエネルギーレベル13
から16は非等間隔((n+1 )2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組以上一致す
ることはなく、たかだか1組のエネルギーレベルが一致
するeζすきナイ。ソノため、一致したエネルキーレベ
/L/13と14を介して共鳴的に流れるトンネル電流
21は微弱であり、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IIN &が’+’
−+られる、超格子構造を有する負性抵抗素子を提供す
るととKある。
本発明の負性抵抗素子は、半壱体結晶基板上に、禁制(
(シ幅が互いに異なる2種類の混晶半導体薄膜層を交互
に8を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I/cilj直な方向に導電
41Fの下端形状が正弦波状に少なくとも2周期操り一
にしているように、前記2種類の薄膜層のうち禁制帯幅
の小なる薄膜の混晶組成が空間的に変化[、ている点に
特徴をもたせた構成となっている。
次に図面を用いて本発明の一実施例を説明する。
第3図は本発明による超格子1件抵抗素子の混晶層にお
ける導電(1)の下端の空間変化を示す。第3図に示し
た導電1))の下端の位置31は、基板37の上面38
と垂直な方向39に、正弘波牡に変化する。本実施例で
は基板混晶としてGaA、が用いられ、U品層はoaI
−X” XABからなる。導電帯の下端の位置のjE弘
波状の変化は、AI  の組成$zをIF弘波状に変化
させることKよって得られる。
導電(1)の子端位置の空間変化により形成さilるボ
ー縫子力学によって示される。第4図は、この+1ぼ等
間隔のエネルギーレベルを有する超格子に、′低圧を印
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44が発生する。印加電圧
を適切な値迄増加すると、前記薄膜領域44を挾んで、
左側のポテンシャル井戸のエネルギーレベルと右側のポ
テンシャル井戸の工2)レギーレベルr、t ilJ数
糸It (この場合1」3糸11)で一致し、3組のレ
ベル間をjliじて共I:β的なトンネル電流41,4
2.43が流れる。従来の超格子では、第2図に示すよ
うに一組の一致したレベル間のトンネル電流21Lか流
れなかっ六ため、微分負性抵抗は小さかった。本発明か
らなる実hm例では、複数組のレベル間を通じて共鳴的
なトンネル電流が流れるため、より大きな微分負性抵抗
が得られる。よって、本5!!施例によれば、大きな増
幅度が(鰺られる41’(格子構造を自するh+A抵抗
素子を得ることが出来る。
前記実施例に述べた超格子は、分子ビームエピタキシー
法で製造した。GaとASとAI  を発生するセルを
有する分子ビームエピタA−シー14にで。
AIを発生するセルの温度はAI&!にが時11目的に
1F弦波状に増減するよう脚整して、第3図に示す導電
帯の下端の空間的な変化形状をjト眉1.た。Al紳靴
を正O波状に増減することは、単にA1  を発生する
セル温度全市弘波状に変えれはよく、急激な温度変化を
必要とせず、非常に容易に製造可能である。
前記実施例でけGaA IAs / GaAsの混晶を
用いたが、本発明は結品旧料に限定されず、A I G
 a A s 8 b/(JaSb  等、他の材料を
用いても良いのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超格子負性抵抗素子を説明するだめの導
電帯下端の様子を示す図、第2図はその動作原理を説明
する図、第3図は本発明の一実施例を説明するだめの導
電帯下端の様子を示す図、第4図は本発明の動作原理を
説明する図である、。 11は従来の超格子の禁制・114幅の狭い)−112
は禁制帯幅の広い層、】3から16は離1枚化したエネ
ルギーレベル、21は共鳴したトンネル電流、22は電
界が集中した領域、31は本発明の一実施例の導電、帯
の下端、32.33から36は離散化した二不ルギーレ
ベノペ 37は基板、38は基板の上面、39は基板の
上面にjト直な方向、41から43は共鳴したトンネル
電流、44は電界が集中した領域である。 躬1図 第2図 2 第 3 図 第4図 4

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 牛導体結晶基板上に、禁制帯幅が互いに異なる2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
    な方向に専wL帯の下端形状が正弦波状に少なくとも2
    周期繰り返しているように、前記2種類の薄膜層のうち
    禁制帯幅の小なる薄膜の混晶組成が空間的に変化してい
    ることを特徴とする超格子負性抵抗素子。
JP57200572A 1982-11-16 1982-11-16 超格子負性抵抗素子 Pending JPS5990978A (ja)

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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63501459A (ja) * 1985-11-22 1988-06-02 ザ ゼネラル エレクトリツク カンパニ−,ピ−.エル.シ− 半導体装置
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