JPS6184872A - Superlattice semiconductor device - Google Patents

Superlattice semiconductor device

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JPS6184872A
JPS6184872A JP59207299A JP20729984A JPS6184872A JP S6184872 A JPS6184872 A JP S6184872A JP 59207299 A JP59207299 A JP 59207299A JP 20729984 A JP20729984 A JP 20729984A JP S6184872 A JPS6184872 A JP S6184872A
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JP
Japan
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superlattice
semiconductor
semiconductor device
reflective layer
electrons
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JP59207299A
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Japanese (ja)
Inventor
Kimihiro Oota
太田 公廣
Itaru Nakagawa
格 中川
Naoyuki Kawai
直行 河合
Takeshi Kojima
猛 小島
Mitsuo Kawashima
川島 光郎
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
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    • H01L29/15Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
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    • 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

Abstract

PURPOSE:To enable the effective injection of electrodes and holes during injection to the superlattice, by a method wherein a layer which does not reflect electrons or holes in quantum mechanics meaning is arranged between the superlattice and an electrode. CONSTITUTION:A transition region 21 as a quantum-mechanical reflection-free layer to electrons or holes is provided between the superlattice 1 and a homogeneous semiconductor 2. The transition region 21 is a part surrounded by boundaries 17 and 18: the potential level Vo' of the conduction band end 19 of the semiconductor at this part is lower than the potential level Vo of the superlattice, and the period of the conduction band end 19 is so determined as to be equal to that of the superlattice. The discontinuity of mini-band structure is eliminated between the superlattice 1 and the homogeneous semiconductor 2 by arranging the reflection-free layer 21 of such construction between the superlattice 1 and the semiconductor 2. As a result, the quantum-mechanical reflection of electrons which has been generated at the interface between the superlattice 1 and the semiconductor 2 is markedly alleviated.

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、その電子を超格子内に効率よく注入すること
ができるようにした超格子半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a superlattice semiconductor device that can efficiently inject electrons into a superlattice.

[従来技術] 従来、超格子半導体装置は、第2図に示すように構成さ
れ、ハンド・エッジ・エネルギーの段差を作ることので
きるように性質を異にする2種類の半導体の極薄層を交
互に積層して形成した超格子lの積層方向の両側に均質
な半導体2および3を配置し、これら半導体2および3
の外側表面に陰14+4および陽極5を配置している。
[Prior Art] Conventionally, superlattice semiconductor devices have been constructed as shown in Figure 2, in which ultrathin layers of two types of semiconductors with different properties are used to create a step in hand edge energy. Homogeneous semiconductors 2 and 3 are arranged on both sides of the superlattice l formed by alternately stacking them in the stacking direction, and these semiconductors 2 and 3 are
A negative electrode 14+4 and an anode 5 are arranged on the outer surface of the electrode.

6および7はこれら電極4および5に接続したリート線
である。
6 and 7 are rieet wires connected to these electrodes 4 and 5.

ここで超格子lへの電子の注入は均質半導体2から直接
なされている。その場合に、電子は超格子lと均質半導
体2との界面において量子力学的な反射を起こすので、
電子を十分に注入することが難しく、その注入効率は十
分高いものではなかった。
Here, electrons are directly injected into the superlattice l from the homogeneous semiconductor 2. In that case, electrons cause quantum mechanical reflection at the interface between superlattice l and homogeneous semiconductor 2, so
It was difficult to inject enough electrons, and the injection efficiency was not high enough.

以下に電子の注入時の反射についてざらに詳しく述べる
。第3図は第2図示の超格子半導体装置のエネルギー図
である。ここで、<シ歯状の折線11は超格子1を構成
する半導体の伝導帯端を表わし、そのポテンシャルはV
oとする。直線12および13はそれぞれ均質な半導体
2および3の伝導帯を表わす6エネルギー帯14は第1
 ミニ伝導帯、エネルギー帯15は第1 ミニ禁制帯で
ある。ミニ伝導帯14にある電子は自由に超格子1内を
動くことができ、ミニ禁制帯15にある電子は直ちに、
減衰してしまう。
The reflection during electron injection will be briefly described in detail below. FIG. 3 is an energy diagram of the superlattice semiconductor device shown in FIG. Here, <the tooth-shaped broken line 11 represents the conduction band edge of the semiconductor constituting the superlattice 1, and its potential is V
o. Straight lines 12 and 13 represent the conduction bands of homogeneous semiconductors 2 and 3, respectively.6 Energy band 14 represents the first
The mini conduction band, energy band 15, is the first mini forbidden band. Electrons in the mini conduction band 14 can freely move within the superlattice 1, and electrons in the mini forbidden band 15 immediately
It will attenuate.

いま、均質な半導体2の領域から超格子1に向けて電子
を注入することを考えてみる。電子eのエネルギーVe
を第3図に示すように第1伝導帯14に相当するように
選ぶものとする。電子はいったん第1伝導帯14の中に
入り込めば、前述のようにあとは自由に右方に動くこと
ができる。しかるに、均質な半導体2と超格子1とでは
、第3図に示すように電子にとってエネルギー的な環境
が著しく異なるものである。このような場合、たとえ導
入しようとする電子8のエネルギーVeが第1伝導帯1
4に相当するものであっても、境界16において電子が
反射を起すことは量子力学的に理解される。
Let us now consider injecting electrons from a homogeneous region of the semiconductor 2 toward the superlattice 1. Energy Ve of electron e
is selected to correspond to the first conduction band 14 as shown in FIG. Once the electrons enter the first conduction band 14, they can freely move to the right as described above. However, the homogeneous semiconductor 2 and the superlattice 1 have significantly different energetic environments for electrons, as shown in FIG. In such a case, even if the energy Ve of the electron 8 to be introduced is in the first conduction band 1
4, it is understood from quantum mechanics that electrons are reflected at the boundary 16.

このように、電子を超格子に注入する場合に、あるエネ
ルギーの電子が超格子内に存在可能であっても、かかる
電子が超格子内に効率よく入ってゆくとは限らず、実際
には1本発明者らのシミュレーションによれば、電子の
完全反射は容易に実現されるが、透過については効率が
低かった。
In this way, when injecting electrons into a superlattice, even if electrons with a certain energy can exist in the superlattice, such electrons do not necessarily enter the superlattice efficiently, and in reality, 1 According to the simulations conducted by the present inventors, complete reflection of electrons was easily achieved, but the efficiency of transmission was low.

[目的] そこで、本発明の目的は、電子や正孔を超格子に注入す
る際にその超格子に効率よく注入することができるよう
になした半導体装置を提供することにある。
[Objective] Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can efficiently inject electrons and holes into the superlattice.

[発明の構成] かかる目的を達成するために、本発明では超格子と均質
半導体との間に、量子力学的な無反射コーティングを施
す。
[Structure of the Invention] In order to achieve the above object, in the present invention, a quantum mechanical anti-reflection coating is applied between the superlattice and the homogeneous semiconductor.

すなわち、バント・エツジ・エネルギーの段差を作るこ
とのできる2種類の半導体の極薄層を交互に積層してな
る超格子と、超格子の積層の方向の両端に配置した電極
とを有する超格子半導体装置において、超格子と電極と
の間に、電子または正孔に対して量子力学的に無反射と
なる層を配置したことを特徴とするものである。
In other words, it is a superlattice that has a superlattice made by alternately stacking ultrathin layers of two types of semiconductors that can create steps in bunt edge energy, and electrodes placed at both ends of the superlattice in the stacking direction. This semiconductor device is characterized in that a layer that quantum mechanically does not reflect electrons or holes is disposed between a superlattice and an electrode.

[実施例] 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。[Example] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明超格子半導体装置の一実施例を示し、こ
こで、第2図と同様の部分には同一符号を付し、その詳
細についてはここでは省略する。
FIG. 1 shows an embodiment of the superlattice semiconductor device of the present invention, in which the same parts as in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the details thereof will be omitted here.

本発明では、超格子1と均質半導体2との間に電子また
は正孔に対する量子力学的な無反射層としての遷移領域
21を設ける。
In the present invention, a transition region 21 is provided between the superlattice 1 and the homogeneous semiconductor 2 as a quantum mechanical non-reflection layer for electrons or holes.

ブー反射層21は、そのエネルギーレベルが第4図に示
すような分布をとるように構成する。すなわち、遷移領
域21は境界17と18により囲まれた部分であり、こ
の部分の半導体の伝導帯端18のポテンシャルレベルV
o′ は超格子のポテンシャルレベルVaよりも低く、
かつ伝導帯端19の周期は超格子1の周期と等しくなる
ように定めておく。
The Boo reflective layer 21 is constructed so that its energy level has a distribution as shown in FIG. That is, the transition region 21 is a region surrounded by boundaries 17 and 18, and the potential level V of the conduction band edge 18 of the semiconductor in this region is
o' is lower than the superlattice potential level Va,
In addition, the period of the conduction band edge 19 is set to be equal to the period of the superlattice 1.

このような構成の無反射層21を超格子lと均質寥導体
2との間に配置することによって、超格子lと均質半導
体2との間のミニバント構造の不連続性が解消され、そ
の結果、第2図の構成においては、超格子lと均質半導
体2との界面1Bで生じていた量子力学的な電子の反射
が著しく軽減される。
By arranging the anti-reflection layer 21 having such a configuration between the superlattice l and the homogeneous semiconductor 2, the discontinuity of the mini-band structure between the superlattice l and the homogeneous semiconductor 2 is eliminated, and as a result, In the configuration shown in FIG. 2, the quantum mechanical reflection of electrons occurring at the interface 1B between the superlattice 1 and the homogeneous semiconductor 2 is significantly reduced.

第4図に示した遷移領域21はポテンシャルの山つく1
つあるのみの構造であるが、かかるポテンシャルの山の
数を2つ以とにすることによってさらに効率よく電子を
超格子1に導くことができるのは明らかである。
The transition region 21 shown in FIG.
Although the structure has only one potential peak, it is clear that electrons can be guided to the superlattice 1 more efficiently by increasing the number of potential peaks to two or more.

第5図にこのような構造の一例のポテンシャル図を示す
、第5図において、遷移領域21は、超格子1と同じ周
期をもち、ポテンシャルの高さのみを左から右に次第に
増加するこによって均質半導体2と超格子1とをスムー
ズに接続する構造をもつ。
FIG. 5 shows a potential diagram of an example of such a structure. In FIG. 5, the transition region 21 has the same period as the superlattice 1, and only the potential height is gradually increased from left to right. It has a structure that smoothly connects the homogeneous semiconductor 2 and the superlattice 1.

第5図の構造ではエネルギーの山の高さが順次に変化す
るようにしたが、同様の無反射層は、第6図や第7図に
示す構造でも得られることが明らかである。
In the structure shown in FIG. 5, the height of the energy peak is changed sequentially, but it is clear that a similar non-reflective layer can also be obtained with the structures shown in FIGS. 6 and 7.

すなわち、第6図の構造では、遷移領域22のポテンシ
ャルの山の高さは超格子1のポテンシャルの山の高さと
同一とするが、山の幅を電子注入側から順次に増加させ
てスムーズに超格子lの領域に接続する。
That is, in the structure of FIG. 6, the height of the potential peak in the transition region 22 is the same as the height of the potential peak in the superlattice 1, but the width of the peak is increased sequentially from the electron injection side to make it smooth. Connect to the region of superlattice l.

第7図の構造では、遷移領域23におけるポテンシャル
の山の品さと幅を同時に次第に増加してスムーズに超格
子1の領域に接続する。
In the structure shown in FIG. 7, the quality and width of the potential peak in the transition region 23 are simultaneously gradually increased and smoothly connected to the region of the superlattice 1.

第8図の例では、遷移領域24のボテンンヤルの山の周
期を順次に変化させると共に、各山の高さも順次に変化
させる。このような構造も均質半導体2と超格子lとの
間のスムーズな接続を行うのに有効である。
In the example shown in FIG. 8, the period of the ridges in the transition area 24 is sequentially changed, and the height of each ridge is also sequentially changed. Such a structure is also effective in making a smooth connection between the homogeneous semiconductor 2 and the superlattice l.

第3図の例では、、11移領域25のポテンシャル構造
の一部にスロープ状ポテンシャル26を設け、そのスロ
ープ状ポテンシャル26に、第5図〜第8図に示したよ
うなポテンシャルの山構造27を逆のスロープにffi
畳して連続させ、均質半導体2と超格子1との間をスム
ーズに接続する。
In the example shown in FIG. 3, a slope potential 26 is provided in a part of the potential structure of the 11 transition region 25, and the slope potential 26 has a potential mountain structure 27 as shown in FIGS. 5 to 8. ffi to the opposite slope
The homogeneous semiconductor 2 and the superlattice 1 are smoothly connected by folding them and making them continuous.

ところで1本願人は先に特願昭58−138171号「
半導体装置」において、構造決定のパラメータを超格子
のv1層方向に単調に変化させてなる変調超格子構造を
有する半導体装置を提案したが1本発明をかかる半導体
装置と組み合わせて使用することにより、変調超格子に
よる電流−電圧特性を大きく改善することができる。以
下にその実施例を示す。
By the way, the applicant had previously filed Japanese Patent Application No. 58-138171.
In "Semiconductor Device", a semiconductor device having a modulated superlattice structure in which the structure determining parameters are monotonically changed in the direction of the v1 layer of the superlattice was proposed, but by using the present invention in combination with such a semiconductor device, Current-voltage characteristics due to the modulated superlattice can be greatly improved. Examples are shown below.

第10図(A)、(B)、(C)には、変調超格子10
に隣接して第5図の型の変調超格子41を配置した超格
子半導体装置を示す、第1θ図(A)において、a格子
41は、その両端の設計パラメータをそれぞれ均一な半
導体2および変調超格子10に類似させ、超格子41の
ポテンシャルが第10図(C)となるように設計するこ
とができる。すなわち、変調超格子41は、第10図(
B)および(C)に示すように、変調超格子lOに隣接
した位置での各層41aおよび41bのバンド9エツジ
・エネルギーの段差、各ff対41aおよび41bの1
7さ、1周期内における膜厚比が変調超格子IOに類似
するような変調超格子の形態に構成する。それと共に均
質な半導体2に隣接した位置では、各層対の41aおよ
び41bのハンド・エッジ・エネルギーの段差を小さく
シ、共に均質な半導体2のハンド・エッジ・エネルギー
2′に類似するようにし1Mi格子10に近づくにつれ
てパント・エツジ・エネルギーの段差が超格子10側の
ハンド・エッジ・エネルギーに類似するように構成する
。更に変調超格子41において非線型な電流−電圧特性
が生ずるのに必要な電場を、変調超格子10に対する上
記電場よりも高く設計することができる。従って、この
装置における非線型性は、もっばら変調超格子10にお
ける非線型性によって生ずるように設計することができ
る6以上の複合型変、iI!1Mi格子においては、第
1O図(C)のポテンシャル分布により、ミニバンド4
4.ミニキャップ45ができていると考えられるため変
調超格子10と均ナゴな半導体2との間のミニバンド構
造の不連続性が解消され、その結果、変調超格子10と
均質な半導体2との界面で生じる量子力学的な電子の反
射が著しく軽減され、この装置の電流導通時の電流値と
、負性抵抗が生じた時の電流値の差をより大きくするこ
とができる。
In FIGS. 10(A), (B), and (C), the modulated superlattice 10
In FIG. 1θ (A) showing a superlattice semiconductor device in which a modulated superlattice 41 of the type shown in FIG. Similar to the superlattice 10, the potential of the superlattice 41 can be designed as shown in FIG. 10(C). In other words, the modulated superlattice 41 has the structure shown in FIG.
As shown in B) and (C), the step difference in the band 9 edge energy of each layer 41a and 41b at the position adjacent to the modulated superlattice lO, the 1 of each ff pair of 41a and 41b
7. It is configured in the form of a modulated superlattice such that the film thickness ratio within one period is similar to that of the modulated superlattice IO. At the same time, at a position adjacent to the homogeneous semiconductor 2, the step in the hand edge energy of 41a and 41b of each layer pair is made small so that it is similar to the hand edge energy 2' of the homogeneous semiconductor 2. The structure is such that the difference in punt edge energy becomes similar to the hand edge energy on the superlattice 10 side as it approaches 10. Furthermore, the electric field required to generate a nonlinear current-voltage characteristic in the modulating superlattice 41 can be designed to be higher than the electric field for the modulating superlattice 10. Therefore, the nonlinearity in this device can be designed to be caused exclusively by the nonlinearity in the modulated superlattice 10, iI! In the 1Mi lattice, due to the potential distribution in Figure 1O (C), miniband 4
4. Since it is thought that a minicap 45 is formed, the discontinuity of the miniband structure between the modulated superlattice 10 and the homogeneous semiconductor 2 is eliminated, and as a result, the discontinuity of the miniband structure between the modulated superlattice 10 and the homogeneous semiconductor 2 is eliminated. Quantum mechanical reflection of electrons occurring at the interface is significantly reduced, and the difference between the current value when the device conducts current and the current value when negative resistance occurs can be made larger.

この場合に、変調超格子41は超格子10に対する:1
子力学的無反射導入部分となる。なお、この無反射導入
部分である変調超格子41は紙面の都合上7層のみを図
示しであるが、必要とする電気的特性に応じてそれ以上
でも又、1層や2Rでも、無反射導入部分の効果を得る
ようにすることができる。第11図(A) 、 (B)
 、 (C:)には、第1O図(A)の変調超格子41
の代わりに、その組成を徐々に変えたスロープ状半導体
51と、超格子41と同様にハンド・エッジ・エネルギ
ーの段差を徐々に変えた層対52aおよび52bよりな
る変調超格子52とを変調超格子lOに隣接して配置し
た半導体装置を示す、第11図(A)および(13)に
おいて、スロープ状半導体51は、それに隣接する均質
な半導体2のハント・エツジ・エネルギ−2′ と、そ
の界面において類似のハント・エツジ・エネルギーを持
つようにするとともに、変調超格子52との界面におい
て、変調超格子52の各層対52aおよび52bのミニ
バンドの下端のエネルギーと類似のハント・エツジ曇エ
ネルギーを持つように構成する。そのスロープ状ポテン
シャルを第1I図CG)に符号55で示す、また、変調
超格子52は、その両端の設計パラメータがそれぞれス
ロープ状半導体51および変調超格子lOに、 類似す
るように構成する。すなわち、変調超格子52は、第1
1図(B)および(C)に示すように、変調超格子10
に隣接した位置での各層52aおよび52bの/ヘント
ーエンジ・エネルギーの段差、各層対の厚さ、1周期内
における膜厚比が変調超格子10に類似するようにし、
それと共に、スロープ状半導うな複合型変yJ超格子構
造においても第10図(A)の複合型変258格子構造
と同様の効果が期待でき、スロープ状半導体51と、変
調超格子52とにより量子力学的無反射導入部とするこ
とができる。
In this case, the modulating superlattice 41 is:1 for the superlattice 10
This is the introductory part of the mechanical non-reflection. Note that the modulation superlattice 41, which is the non-reflection introduction part, is shown with only 7 layers due to space limitations; however, depending on the required electrical characteristics, it may be more than 7 layers, or even 1 layer or 2R. It is possible to obtain the effect of the introduction part. Figure 11 (A), (B)
, (C:) shows the modulated superlattice 41 of FIG.
Instead, a modulated superlattice 52 consisting of a slope-shaped semiconductor 51 whose composition is gradually changed and a layer pair 52a and 52b whose hand edge energy steps are gradually changed like the superlattice 41 is used. In FIGS. 11(A) and 11(13), which show semiconductor devices arranged adjacent to the lattice IO, the slope-shaped semiconductor 51 has a hunt edge energy 2' of the homogeneous semiconductor 2 adjacent to it, and its to have similar Hunt Edge energy at the interface, and to have a Hunt Edge cloud energy similar to the energy at the lower end of the mini-band of each layer pair 52a and 52b of the modulating superlattice 52 at the interface with the modulating superlattice 52. Configure it to have . The slope-like potential is indicated by reference numeral 55 in FIG. 1I (CG), and the modulating superlattice 52 is constructed such that the design parameters at both ends thereof are similar to the slope-like semiconductor 51 and the modulating superlattice lO, respectively. That is, the modulation superlattice 52
As shown in Figures 1 (B) and (C), a modulated superlattice 10
The difference in /hento-engineering energy of each layer 52a and 52b at a position adjacent to , the thickness of each layer pair, and the film thickness ratio within one period are made similar to that of the modulated superlattice 10,
At the same time, the same effect as the composite modified 258 lattice structure shown in FIG. It can be a quantum mechanical non-reflective introduction.

本例ゝにおけるポテンシャル分布により第11図(C)
に示すように、スロープ状ポテンシャル55の部分から
超格子52および10に延在するミニバンド56および
ミニギャップ57が形成される。
Due to the potential distribution in this example, Fig. 11 (C)
As shown in FIG. 2, a mini-band 56 and a mini-gap 57 are formed extending from a portion of the slope-like potential 55 to the superlattices 52 and 10.

全く同様に、第10図(A)〜(C)の超格子41を第
6図の形態で変調を行った超格子で置き換えてもよい、
その構成およびポテンシャルの様子を第12図(A) 
、 (B)に示す、ここで、61は第6図の形態で変調
を行った超格子であり、対をなす各層81aおよび81
bから成る。各層[11aおよび81bの膜厚の比を変
えることによって、第12図(B)に示すようなポテン
シャル62が形成される。第12図(8)において、6
3はミニl<ノド、64はミニギャップである。さらに
第10図(A)の超格子41の代わりに、特願昭58−
138171号に開示した変調超格子と同様の構成の超
格子を用いることもできる。
In exactly the same way, the superlattice 41 of FIGS. 10(A) to (C) may be replaced by a superlattice modulated in the form of FIG.
Figure 12 (A) shows its configuration and potential.
, (B), where 61 is a superlattice modulated in the form shown in FIG. 6, and each pair of layers 81a and 81
Consists of b. By changing the ratio of the film thicknesses of each layer [11a and 81b, a potential 62 as shown in FIG. 12(B) is formed. In Figure 12 (8), 6
3 is a mini l<throat, and 64 is a mini gap. Furthermore, instead of the superlattice 41 in FIG. 10(A),
A superlattice having a configuration similar to the modulation superlattice disclosed in No. 138171 can also be used.

第10図(A)の半導体装置における無反射層41と均
質半導体2との間に一様な組成をもつ半導体層70を配
置した本発明超格子半導体装置の実施例を第13図に示
す。
FIG. 13 shows an embodiment of the superlattice semiconductor device of the present invention in which a semiconductor layer 70 having a uniform composition is disposed between the non-reflection layer 41 and the homogeneous semiconductor 2 in the semiconductor device of FIG. 10(A).

同様に、第11図(A)における無反射層重と均質゛ト
導体2との間に一様な組成をもつ半導体70を配置した
本発明の実施例を第14図に示す、i13図では変調超
格子41を用い、第14図ではスロープ状半導体51と
変iA超格子52とを用いている。一様な半導体70と
変調超格子10との間に変調超格子41あるいはスロー
プ状半導体51と変調超格子52とを配置することによ
り、負性抵抗で生じる電流値の差を大きくすることがで
きる。これらの例においては、これら部分41または5
1と52を、一様な半導体70および変調超格子10と
の隣接条件が満たされるように構成するものとする。
Similarly, FIG. 14 shows an embodiment of the present invention in which a semiconductor 70 having a uniform composition is placed between the non-reflective layer and the homogeneous conductor 2 in FIG. 11(A), and FIG. A modulated superlattice 41 is used, and in FIG. 14, a slope-shaped semiconductor 51 and a modified iA superlattice 52 are used. By arranging the modulated superlattice 41 or the sloped semiconductor 51 and the modulated superlattice 52 between the uniform semiconductor 70 and the modulated superlattice 10, it is possible to increase the difference in current value generated by negative resistance. . In these examples, these portions 41 or 5
1 and 52 are configured such that the adjacency condition for the uniform semiconductor 70 and the modulated superlattice 10 is satisfied.

また、第13図または第14図示の無反射導入部分を設
けた複合型変調超格子構造においても、変調超格子10
としては、特願昭58−138171号に記載の構造の
変調超格子を用いることかでさる。
Further, even in the composite modulated superlattice structure provided with the non-reflection introducing portion shown in FIG. 13 or 14, the modulated superlattice 10
This can be achieved by using a modulated superlattice having the structure described in Japanese Patent Application No. 138171/1982.

更にまた。第13図または第14図において無反射導入
部分である変調超格子41や52の代わりに第5図また
はN47図または第8図示の変調超格子を用いてもよい
、第8図のような変ahMJ格子を無反射導入層22と
して使用したときには、隣接する均質な半導体2もしく
は一様な半導体70との接続条件として、無反射導入部
分の変調超格子22の端での1周期内の膜厚比は、隣接
する均質または一様な半導体と同じバンド−エツジ・エ
ネルギーを持つ膜の厚さが、隣接する均質又は一様な半
導体と異なるハンド0エツジーエネルギーを持つ膜の厚
ざよりも充分に大きくなるように1例えば第12図(B
)のポテンシャル62と同様に構成する。
Yet again. The modulation superlattice shown in FIG. 5 or N47 or FIG. 8 may be used instead of the modulation superlattice 41 or 52 which is the non-reflection introduction part in FIG. When the ahMJ grating is used as the non-reflection introduction layer 22, the film thickness within one period at the end of the modulation superlattice 22 of the non-reflection introduction portion is a condition for connection with the adjacent homogeneous semiconductor 2 or the uniform semiconductor 70. The ratio is such that the thickness of a film with the same band-edge energy as an adjacent homogeneous or uniform semiconductor is sufficiently greater than the thickness of a film with a different hand-0 edge energy than an adjacent homogeneous or uniform semiconductor. For example, in Figure 12 (B
) is constructed in the same way as the potential 62.

なお1以上に述べた構造の遷移領域21〜25,41゜
51.1(1が電子の反射を抑え、電子を超格子1.1
0に効率的に導入するのに有効であることは、電子の振
舞を記述するシュレーディンガ一方程式を当該ポテンシ
ャル構造の下で解けば一層厳密に明らかになる。
Note that the transition region 21 to 25, 41°51.1 of the structure described above (1 suppresses reflection of electrons, and transfers electrons to superlattice 1.1
0 will become more precisely clear when the Schrödinger equation, which describes the behavior of electrons, is solved under the potential structure.

第151A(A)〜(C)にそのような計算のコンビュ
ータンユミレーションの結果の3例を示す。
151A(A)-(C) show three examples of computer simulation results of such calculations.

第15図(A)〜(C)の左側部分には、超格子のボテ
/ノヤル図およびミニパット・ミニギャップの模式図を
示し、右側にはこれと対応してこのような超格子ポテン
シャルに電子が左側から入射した場合の反射係数を、電
子のエネルギーに対してプロントして示す。
The left side of Figures 15 (A) to (C) shows the Bote/Noyal diagram of the superlattice and a schematic diagram of the minipat/minigap, and the right side shows the electrons in such a superlattice potential. The reflection coefficient when incident from the left side is plotted against the electron energy.

第15図(A)は第2図に示した遷移領域のない従来構
造の境界1Bにおける反射係数を電子エネルギーVeの
関数として示すs:fS15図(B)および(C)は、
それぞれ、第5図および第9図に示したような遷移領域
21および25をもつ構造の境界17に関する反射係数
を示す。
FIG. 15(A) shows the reflection coefficient at the boundary 1B of the conventional structure without transition region shown in FIG. 2 as a function of electron energy Ve. s:fS15(B) and (C) show
The reflection coefficients are shown for the boundary 17 of structures with transition regions 21 and 25 as shown in FIGS. 5 and 9, respectively.

第15図(A)に示すごとく完全な超格子に電子が左側
から入射しても量子力学的な反射のため、電子は約50
%程度しか:iSl  ミニパットに入って行かない、
これに対し、:fSIS図(El)または(C)に示す
ような変調超格子のポテンシャルを用いると、第1  
ミニパットでの反射がほぼ零に近くなり はとんどの電
子すe予力学的に透過させることができる。従って変調
超格子による無反射導入部分は電子の注入、透過にきわ
めて有効であり、電流−電圧特性における電流値の差を
大きくすることができ、注入効率を大幅に改善できる。
As shown in Figure 15 (A), even if an electron enters a perfect superlattice from the left side, due to quantum mechanical reflection, the electron
Only about %: iSl does not enter the mini putt,
On the other hand, if we use the modulated superlattice potential as shown in :fSIS diagram (El) or (C), the first
If the reflection from the mini-pat is close to zero, most electron beams can be predynamically transmitted. Therefore, the non-reflection introduced portion by the modulated superlattice is extremely effective for electron injection and transmission, and can increase the difference in current value in the current-voltage characteristics, and can significantly improve injection efficiency.

なお、以上では電子を超格子に注入する場合について本
発明を説明してきたが、本発明はこれにのみ限られるも
のではなく、正孔を超格子に注入する場合に適用しても
有効であることは勿論である。
Although the present invention has been described above with respect to the case where electrons are injected into the superlattice, the present invention is not limited to this only, and is also effective when applied to the case where holes are injected into the superlattice. Of course.

[効果] 以上から明らかなように1本発明によれば、電子や正孔
を効率的に超格子に導入することができるので、Itn
格子半導体装置の特性が格段に向上し、したがって超高
周波増幅器1発振器の性能も飛躍的に向上する。したが
って、本発明の超格子半導体装置は通信、情報処理等の
諸装置に用いても効果が多大である。
[Effects] As is clear from the above, according to the present invention, electrons and holes can be efficiently introduced into the superlattice.
The characteristics of the lattice semiconductor device are significantly improved, and therefore the performance of the ultra-high frequency amplifier 1 oscillator is also dramatically improved. Therefore, the superlattice semiconductor device of the present invention has great effects when used in various devices such as communication and information processing.

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

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、fiS2図は
従来の超格子半導体装置の概略構成図、第3図はそのボ
テンンヤル図、第4図は第1図示の本発明超格子半導体
装置のポテンシャル図、第5図〜第9図は本発明の他の
例における無反射層の構成を示すポテンシャル図、第1
0図(A)は本発明の他の形fSの実施例を示す構成図
、第10図(B)はその無反射層の構成の詳細を示す構
成図、第10図(C)はそのポテンシャル図、第11図
(A)は本発明のさらに他の実施例を示す構成図、第1
1図(B)はその無反射層の構成の詳細を示す構成図、
第1t図(C)はそのポテンシャル図、第12図(A)
は本発明における無反射層のさらに他の例を示す構成図
。 第12図(B)はそのポテンシャル図、第13図および
第14図は本発明のさらに他の2″A施例を示す構成図
、第15図(A)、(B)および(C)は従来および本
発11による超格子半導体装置の無反射層におけるポテ
ンシャルと反射係数−電子エネルギーの関係とをコンビ
ュータンミュレーションにより得た結果を示す線図であ
る。 1・・・超格子。 2.3・・・均質半導体。 4.5・・・電極、 6.7 ・・・リード線、 10・・・変調超格子、 21〜25・・・無反射FF+(遷移領域)佐  藤 
 孝  シ 、” 第1図 然反携十漫 第2図 電vi                      
 電種η    寸 第6図 第8図 第9図 所内
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, fiS2 is a schematic block diagram of a conventional superlattice semiconductor device, Fig. 3 is a schematic diagram thereof, and Fig. 4 is a superlattice semiconductor of the present invention shown in Fig. 1. Potential diagrams of the device, Figures 5 to 9 are potential diagrams showing the structure of the anti-reflection layer in other examples of the present invention, Figure 1.
0 (A) is a block diagram showing an embodiment of another form fS of the present invention, FIG. 10 (B) is a block diagram showing details of the structure of the non-reflection layer, and FIG. 10 (C) is its potential. FIG. 11(A) is a configuration diagram showing still another embodiment of the present invention.
Figure 1 (B) is a configuration diagram showing details of the configuration of the non-reflection layer,
Figure 1t (C) is its potential diagram, Figure 12 (A)
FIG. 3 is a configuration diagram showing still another example of the non-reflection layer in the present invention. FIG. 12(B) is a potential diagram thereof, FIGS. 13 and 14 are block diagrams showing still another 2″A embodiment of the present invention, and FIGS. 15(A), (B) and (C) are It is a diagram showing the results obtained by computer simulation of the relationship between the potential and the reflection coefficient-electron energy in the non-reflection layer of the conventional and superlattice semiconductor devices according to the present invention 11. 1... Superlattice. 2. 3... Homogeneous semiconductor. 4.5... Electrode, 6.7... Lead wire, 10... Modulation superlattice, 21-25... Non-reflection FF+ (transition region) Sato
Takashi,” 1st Zuden Hanhan 10man 2nd Zuden vi
Electrical type η Dimensions Figure 6 Figure 8 Figure 9 Inside the office

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)ハンド・エッジ・エネルギーの段差を作ることので
きる2種類の半導体の極薄層を交互に積層してなる超格
子と、該超格子の前記積層の方向の両端に配置した電極
とを有する超格子半導体装置において、前記超格子と前
記電極との間に、電子または正孔に対して量子力学的に
無反射となる層を配置したことを特徴とする超格子半導
体装置。 2)前記無反射層は、前記超格子に近づくにつれて当該
超格子の前記無反射層側の構造に近づくようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超格子半導体
装置。 3)前記無反射層は、前記2種類の半導体の中間のポテ
ンシャルをもつ単層であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の超格子半導体装置。 4)前記無反射層は、前記2種類の半導体の中間の互い
に異なるポテンシャルをもち、前記電極と前記超格子と
の間で順次に変化させてなる複数の層から成ることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の超格子半導体。 5)前記無反射層は、前記2種類の半導体の中間の等し
いポテンシャルをもち、および厚みを前記電極と前記超
格子との間で順次に変化させてなる複数の層を具えたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超格子半導
体装置。 6)前記複数の層の各々の厚みを前記電極と前記超格子
との間で順次に変化させたことを特徴とする特許請求の
範囲第4項記載の超格子半導体装置。 7)前記無反射層は前記電極との間に組成が前記積層方
向においてスロープ状に変化する部分を有することを特
徴とする第1項ないし第6項のいずれかの項に記載の超
格子半導体装置。 8)前記複数の層の組成が前記積層方向においてスロー
プ状に変化するようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第1項ないし第7項のいずれかの項に記載の超格子
半導体装置。 9)前記無反射層と前記電極との間に均質半導体部分を
配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
第8項のいずれかの項に記載の超格子半導体装置。 10)前記無反射層と前記均質半導体部分との間に一様
な組成をもつ半導体部分を配置したことを特徴とする特
許請求の範囲第9項記載の超格子半導体装置。 11)前記超格子は、その構造決定のパラメータを前記
積層方向に単調に変化させてなる変調超格子であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第10項のい
ずれかの項に記載の超格子半導体装置。
[Claims] 1) A superlattice formed by alternately stacking ultrathin layers of two types of semiconductors capable of creating a step in hand edge energy, and a superlattice formed at both ends of the superlattice in the stacking direction. A superlattice semiconductor device having arranged electrodes, characterized in that a layer which is quantum mechanically non-reflective to electrons or holes is arranged between the superlattice and the electrodes. Device. 2) The superlattice semiconductor device according to claim 1, wherein the non-reflective layer approaches the structure on the non-reflective layer side of the superlattice as it approaches the superlattice. 3) The superlattice semiconductor device according to claim 1, wherein the non-reflective layer is a single layer having a potential intermediate between the two types of semiconductors. 4) A patent claim characterized in that the non-reflective layer is composed of a plurality of layers having mutually different potentials intermediate between the two types of semiconductors and successively changing between the electrode and the superlattice. The superlattice semiconductor according to item 1. 5) The non-reflective layer is characterized by comprising a plurality of layers having an equal potential intermediate between the two types of semiconductors and having thicknesses that are successively changed between the electrode and the superlattice. A superlattice semiconductor device according to claim 1. 6) The superlattice semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness of each of the plurality of layers is sequentially changed between the electrode and the superlattice. 7) The superlattice semiconductor according to any one of Items 1 to 6, wherein the non-reflective layer has a portion between it and the electrode where the composition changes in a slope shape in the stacking direction. Device. 8) The superlattice semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the compositions of the plurality of layers change in a slope in the stacking direction. 9) The superlattice semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a homogeneous semiconductor portion is disposed between the non-reflective layer and the electrode. 10) The superlattice semiconductor device according to claim 9, characterized in that a semiconductor portion having a uniform composition is disposed between the non-reflective layer and the homogeneous semiconductor portion. 11) The superlattice is a modulated superlattice in which parameters for determining its structure are monotonically changed in the stacking direction, according to any one of claims 1 to 10. The superlattice semiconductor device described above.
JP59207299A 1984-10-03 1984-10-03 Superlattice semiconductor device Pending JPS6184872A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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