JPS63104471A - Seniconductor device - Google Patents

Seniconductor device

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JPS63104471A
JPS63104471A JP24957286A JP24957286A JPS63104471A JP S63104471 A JPS63104471 A JP S63104471A JP 24957286 A JP24957286 A JP 24957286A JP 24957286 A JP24957286 A JP 24957286A JP S63104471 A JPS63104471 A JP S63104471A
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Japan
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layer
well layer
electrons
emitter
base
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JP24957286A
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Toshiro Futaki
俊郎 二木
Naoki Yokoyama
直樹 横山
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain the semiconductor device which emits light from a quantum well layer by a method wherein the quantum well layer, in which electrons and hole are resonant-tunnelled simultaneously, is interposed between an emitter layer and a base layer. CONSTITUTION:On an n<+> type GaAs substrate 1, an n-type GaAs collector layer 2, a p<+> type GaAs base layer 3, an undoped GaAs spacer layer 4, a quantum well layer 5, an AlAs barrier layer 5B, a GaAs well layer 5W, an undoped GaAs spacer layer 6, an n-type GaAs emitter layer 7, and an n<+> type GaAs emitter contact layer 8 are provided. Then, the quantum well layer 5 consisting of a quantum well layer, with which electrons and hole can be resonant-tunnelled simultaneously by the same base voltage, a barrier layer 5B and a well layer 5W is interposed on a p-n junction interface (the interface of the base layer 3 and the emitter layer 7). The electrons and hole can be stored on the well layer, and a light can be emitted by performing the recoupling of electrons and hole. As said emitted light can be modulated at high speed, the title semiconductor device is suitable for high speed operation of optical communication.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、半導体装置に於いて、エミツタ層とベース層
との間に電子と正孔とが同時に共鳴トンネリング可能な
量子井戸層を介在させることに依り、該量子井戸層に於
けろウェル層から光を放出することができるようにした
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention provides a semiconductor device by interposing a quantum well layer between an emitter layer and a base layer in which electrons and holes can simultaneously tunnel resonantly. Light can be emitted from the well layer in the quantum well layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、ウェル層及びそれを挟むバリヤ層に依って生
成される共鳴トンネリング・バリヤの効果、所謂、共鳴
トンネリング効果を利用する半導体装置の改良に関する
The present invention relates to an improvement in a semiconductor device that utilizes the so-called resonant tunneling effect, which is generated by a well layer and barrier layers sandwiching the well layer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在、共鳴トンネル効果を利用する半導体装置としては
、共鳴トンネリング・ダイオード(resonant−
tunneling  diode:RTD)、共鳴ト
ンネリング・ホット・エレクトロン・トランジスタ(r
esonant−tunneling  hot  e
lectron  transistor:RHET)
、共鳴トンネリング・バイポーラ・トランジスタ(re
sonant−tunneling  bipolar
  transistor:RBT)などが実現されて
いて、何れも通常の半導体装置では得られなかった新し
い機能や高速性をもっている。
Currently, resonant tunneling diodes (resonant-tunneling diodes) are semiconductor devices that utilize the resonant tunneling effect.
tunneling diode (RTD), resonant tunneling hot electron transistor (r
esonant-tunneling hot e
electron transistor: RHET)
, resonant tunneling bipolar transistor (re
sonant-tunneling bipolar
transistors (RBT), etc., have been realized, and all of them have new functions and high speeds that cannot be obtained with ordinary semiconductor devices.

ところで、前掲の諸半導体装置のうち、RBTはpn接
合面に共鳴トンネリング・バリヤが介挿された構成を採
っていて、その動作には、電子及び正孔の両者が関与す
る。
Incidentally, among the above-mentioned semiconductor devices, the RBT has a configuration in which a resonant tunneling barrier is inserted at the pn junction surface, and both electrons and holes are involved in its operation.

第5図はRBTのエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表
している。
FIG. 5 represents the energy band diagram of the RBT.

図に於いて、Eはn型A 7!G a A sエミッタ
層、QWは量子井戸層、PBはA#Asバリヤ層、Wは
GaAsウェル層、Bはp+型GaAsベース層、Cは
n型GaAsコレクタ層、RLC並びにRLVは共鳴準
位、eは電子をそれぞれ示している。尚、このエネルギ
・バンドは、ベース・エミッタ間電圧■8.を〜1.6
 (V)とした場合に得られたものである。
In the figure, E is n-type A 7! G a As emitter layer, QW is quantum well layer, PB is A#As barrier layer, W is GaAs well layer, B is p+ type GaAs base layer, C is n type GaAs collector layer, RLC and RLV are resonance levels , e indicate electrons, respectively. Note that this energy band is based on the base-emitter voltage ■8. ~1.6
(V).

第6図は第5図について説明したRBTに於ける電圧・
電流特性に関する線図を表している。
Figure 6 shows the voltage and voltage at the RBT explained in Figure 5.
It represents a diagram regarding current characteristics.

図では、横軸にベース・エミッタ間電圧VIEを、縦軸
にはコレクタ電流Ic及びベース電流Inをそれぞれ採
ってあり、そして、実線がコレクタ電流Icに関する特
性線であり、また、破線がベース電流1.に関する特性
線である。
In the figure, the horizontal axis shows the base-emitter voltage VIE, and the vertical axis shows the collector current Ic and base current In.The solid line is the characteristic line regarding the collector current Ic, and the broken line is the base current. 1. This is the characteristic line for .

図から明らかなように、コレクタ電流1cにもベース電
流1.にもピークが現れている。
As is clear from the figure, both the collector current 1c and the base current 1. A peak also appears.

これは、その点で共鳴トンネリング電流が流れたことを
示すものであり、云うまでもなく、コレクタ電流■。の
場合はキャリヤが電子であり、ベース電流I、の場合は
キャリヤが正孔である。
This indicates that a resonant tunneling current has flowed at that point, and needless to say, the collector current ■. In the case of the base current I, the carriers are electrons, and in the case of the base current I, the carriers are holes.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

前記したようなRT3 Tの量子井戸層QWでは、共鳴
トンネリング状態にて、ウェル層W内に多くのキャリヤ
が蓄積されることが知られている。
It is known that in the RT3T quantum well layer QW as described above, many carriers are accumulated in the well layer W in a resonant tunneling state.

第7図及び第8図はウェル層Wにキャリヤが蓄積される
ことを説明する為の線図であり、第7図は電子の場合、
第8図は正孔の場合をそれぞれ示し、第5図及び第6図
に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同
じ意味を持つものとする。
7 and 8 are diagrams for explaining that carriers are accumulated in the well layer W. In the case of electrons, FIG.
FIG. 8 shows the case of holes, and the same symbols as those used in FIGS. 5 and 6 indicate the same parts or have the same meanings.

何れの図に於いても、横軸には長さを、縦軸にはキャリ
ヤ密度をそれぞれ採ってあり、そして、エネルギ・バン
ドも併記され、実線がエネルギ・バンドを、また、一点
鎖線は電子濃度或いは正孔濃度をそれぞれ表している。
In both figures, the horizontal axis shows the length, and the vertical axis shows the carrier density, and the energy band is also shown, with the solid line showing the energy band, and the dashed line showing the electron. Each represents the concentration or hole concentration.

図から明らかなように、ウェル層W内に於いては、電子
濃度或いは正札濃度が高くなっている。
As is clear from the figure, within the well layer W, the electron concentration or the genuine bill concentration is high.

本発明者等は、前記のようなことから、若し、電子の共
鳴トンネリングと正孔の共鳴トンネリングとを同時に発
生させ、ウェル層W内に於ける電子濃度及び正孔濃度が
共に高い状態を実現できれば、ウェル層W内で電子及び
正孔の再結合を生じさせ、それに依って発光させること
が可能であろうと考えた。
Based on the above, the present inventors have proposed a method in which electron resonant tunneling and hole resonant tunneling occur simultaneously to create a state in which both the electron concentration and hole concentration in the well layer W are high. If this could be realized, it would be possible to cause recombination of electrons and holes within the well layer W, thereby emitting light.

本発明は、共鳴トンネリング・バリヤをなす量子井戸層
に於いて発光することが可能な半導体装置を提供しよう
とする。
The present invention aims to provide a semiconductor device capable of emitting light in a quantum well layer forming a resonant tunneling barrier.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前記したように、電子の共鳴トンネリングと正孔の共鳴
トンネリングとを同時に発生させると謂うことは、換言
すれば、同一のベース・エミッタ間電圧VIl!を印加
した際、それ等の現象が共に発生しなければならないこ
とに相当する。
As mentioned above, simultaneous generation of electron resonant tunneling and hole resonant tunneling means that the same base-emitter voltage VIl! This corresponds to the fact that these phenomena must occur together when .

そのようにするには、例えば、 (1)  エミツタ層Eに於けるAβg G a 1−
 z A sのX値を適宜に選択する、 (2)  ウェル層Wの幅を適宜に選択する、(3) 
 ウェル層Wの敗を適宜に選択する、(4)バリヤ層P
Bを構成する材料を変更してバリヤ高を適宜に選択する
、 (5)バリヤ層PBの幅を適宜に選択する、(6)  
エミッタEに於ける不純物濃度を適宜に選択する、 (7)ベースBに於ける不純物濃度を適宜に選択する、 等、多くの手段が存在するので、その一つか、或いは、
それ等の複数を最適化することで目的を達成することが
できる。
In order to do so, for example, (1) Aβg Ga 1− in the emitter layer E
Appropriately select the X value of zA s, (2) Appropriately select the width of the well layer W, (3)
(4) Barrier layer P appropriately selects failure of well layer W
(5) Appropriately select the width of the barrier layer PB; (6) Appropriately select the barrier height by changing the material that constitutes B; (5) Appropriately select the width of the barrier layer PB;
There are many methods, such as appropriately selecting the impurity concentration in the emitter E, (7) appropriately selecting the impurity concentration in the base B, etc.;
The objective can be achieved by optimizing multiple of them.

第9図(A)、(B)、(C)と第10図乃至第12図
はエミツタ層Eに於けるX値を変えることで電子の共鳴
トンネリングが発生するベース・エミッタ間電圧V、l
!と正孔の共鳴トンネリングが発生するそれとを変化さ
せ得ることを説明する為の図であり、第5図乃至第8図
に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同
じ意味を持つものとする。
Figures 9(A), (B), and (C) and Figures 10 to 12 show the base-emitter voltage V, l at which resonant tunneling of electrons occurs by changing the X value in the emitter layer E.
! This is a diagram for explaining that the resonant tunneling of holes can be changed, and the same symbols as those used in FIGS. Shall have.

第9図(A)、  (B)、  (C)はエミツタ層E
に於けるAl!、lGa、−、AsのX値を変化させた
場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、(A)
はx=o、Oの場合、(B)はx=0.1の場合、(C
)はx=o、2の場合をそれぞれ示している。
Figure 9 (A), (B), and (C) show the emitter layer E.
Al in! , lGa, -, is an energy band diagram when changing the X value of As, (A)
is when x=o, O, (B) is when x=0.1, (C
) indicate the cases where x=o and 2, respectively.

このエネルギ・ハンド・ダイヤグラムを得た半導体装置
の構成に関する主要データを例示すると次の通りである
Examples of main data regarding the configuration of the semiconductor device from which this energy hand diagram was obtained are as follows.

(ll  バリヤ層PBについて X値:1.O(従って、AXAS) 厚さ;20 〔人〕 (2)  ウェル層Wについて X値:0.0 (従って、GaAs) 厚さ=50 〔人〕 尚、ウェル層W内に記号RLで指示しである破線は共鳴
準位である。
(ll) X value for barrier layer PB: 1.O (therefore, AXAS) Thickness: 20 [people] (2) X value for well layer W: 0.0 (therefore, GaAs) Thickness = 50 [people] , the dashed line designated by the symbol RL in the well layer W is the resonance level.

第10図乃至第12図は第9図(A)乃至(C)に対応
する電圧対電流の関係を表す線図であり、そして、第1
0図は第9図(A)に、第11図は第9図(B)に、第
12図は第9図(C)にそれぞれ対応する。
10 to 12 are diagrams representing the relationship between voltage and current corresponding to FIGS. 9(A) to 12(C), and
0 corresponds to FIG. 9(A), FIG. 11 corresponds to FIG. 9(B), and FIG. 12 corresponds to FIG. 9(C).

各図に於いて、横軸には印加電圧を、縦軸には電流をそ
れぞれ採ってあり、記号eで指示した長波線は電子に依
る電流に関する特性線を、記号■。
In each figure, the horizontal axis represents the applied voltage, and the vertical axis represents the current. The long wave line indicated by the symbol e represents the characteristic line related to the current caused by electrons, and the symbol ■ represents the characteristic line related to the current caused by electrons.

hで指示した一点鎖線は軽い正孔に依る電流に関する特
性線を、記号Hhで指示した短波線は重い正孔に依る電
流に関する特性線を、記号Tで指示した実線は全電流に
関する特性線をそれぞれ示している。
The dashed-dotted line indicated by h is the characteristic line for the current due to light holes, the short wave line indicated by the symbol Hh is the characteristic line for the current due to heavy holes, and the solid line indicated by the symbol T is the characteristic line for the total current. are shown respectively.

第9図(A)及び第10図から明らかなように、エミツ
タ層Eに於けるx(iffが0.0の場合にはベース・
エミッタ間の印加電圧が約1.82 (V)のときに電
子の共鳴トンネリングと正孔のそれとが同時に発生して
いる。
As is clear from FIGS. 9(A) and 10, when x(if) in the emitter layer E is 0.0, the base
When the voltage applied between the emitters is about 1.82 (V), resonance tunneling of electrons and holes occur simultaneously.

第9図(B)及び第11図から明らかなように、エミツ
タ層Eに於りるX値がO,]の場合にはベース・エミッ
タ間の印加電圧が約]、G5 (V)のときに電子の共
鳴トンネリングが、また、同じく約1.87  (V)
のときに正札の共鳴!・ンネリングがそれぞれ発生して
いる。
As is clear from FIGS. 9(B) and 11, when the X value in the emitter layer E is O,], when the applied voltage between the base and emitter is approximately The resonant tunneling of electrons also occurs at approximately 1.87 (V)
The resonance of the correct bill when!・Nelling occurs in each case.

第9図(C)及び第12図から明らかなように、エミッ
タ層lシに於りるX(直が0.2の場合には電子の共鳴
トンネリングIJ発生せず、ベース・エミッタ間の印加
電圧が約1.94.(V)のときに正孔の共鳴トンネリ
ングが発生している。
As is clear from FIGS. 9(C) and 12, when the X (direction) in the emitter layer is 0.2, resonant tunneling of electrons (IJ) does not occur, and the voltage applied between the base and emitter Resonant tunneling of holes occurs when the voltage is approximately 1.94.(V).

このように、エミツタ層Eに於けるX値を適宜に選択す
ると、電子の共鳴トンネリング及び正孔の共鳴トンネリ
ングの発生を制御することができる。尚、前記説明に於
いて対象とした半導体装置では、たまたまエミツタ層E
のX値を0.0にした際に電子及び正孔の共鳴トンネリ
ングが同時に発生しているが、これは、前記したウェル
層Wの幅を変えるなど、その他の条件を変更することに
依って変わって(ることは云うまでもない。
In this manner, by appropriately selecting the X value in the emitter layer E, it is possible to control the occurrence of electron resonant tunneling and hole resonant tunneling. Incidentally, in the semiconductor device targeted in the above description, the emitter layer E
Resonant tunneling of electrons and holes occurs simultaneously when the X value of It goes without saying that things have changed.

前記実験の説明から、前記諸条件を適宜に選択すること
で、電子及び正孔が共鳴トンネリング・バリヤを同時に
共鳴トンネリングできるように制御することができ、そ
れに依ってウェル層Wに電子と正孔を蓄積し、そこで再
結合させることが可能であることを理解できよう。
From the description of the above experiment, by appropriately selecting the above conditions, it is possible to control electrons and holes to simultaneously tunnel through the resonant tunneling barrier, thereby causing electrons and holes to enter the well layer W. It will be understood that it is possible to accumulate and recombine them there.

そこで、本発明に依る半導体装置に於いては、pn接合
界面(例えばp+型GaAsベース層3とn型GaAs
エミツタ層7との界面)に電子及び正孔が同じベース電
圧で同時に共鳴トンネリングすることができる量子井戸
層(例えばAl!Asバリヤ層5B及びGaA’sウェ
ル層5Wからなる量子井戸層5)を介挿してなる構成に
なっている。
Therefore, in the semiconductor device according to the present invention, the pn junction interface (for example, the p+ type GaAs base layer 3 and the n type GaAs base layer 3)
A quantum well layer (for example, a quantum well layer 5 consisting of an Al!As barrier layer 5B and a GaA's well layer 5W) in which electrons and holes can undergo resonance tunneling simultaneously at the same base voltage is provided at the interface with the emitter layer 7). The structure is such that it is inserted.

(作用〕 前記手段を採ることに依り、量子井戸層に於りるウェル
層には、電子及び正札を蓄積することができ、従って、
そこで電子及び正孔の再結合を行わせて光を放出させる
ことが可能となり、その発光は、この種の半導体装置の
特性上、高速で変調することができるから、光通信の高
速化に好適であり、また、印加する電圧の如何に依って
、光を放出させることなく、通常のRBTとして動作さ
せることも可能であるから、例えば、光・電子集積回路
(optoelectronic  integrat
ed  circuit:0EIC:)を構成するのに
有効である。
(Operation) By adopting the above-mentioned means, electrons and genuine cards can be accumulated in the well layer in the quantum well layer, and therefore,
Therefore, electrons and holes can be recombined to emit light, and the light emission can be modulated at high speed due to the characteristics of this type of semiconductor device, making it suitable for increasing the speed of optical communication. Moreover, depending on the voltage applied, it is possible to operate it as a normal RBT without emitting light.
ed circuit:0EIC:).

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明一実施例に於ける要部切断側面図を表し
ている。
FIG. 1 shows a cutaway side view of essential parts in an embodiment of the present invention.

図に於いて、1はn+型GaAs基板、2はn型GaA
sコレクタ層、3はp+型GaAsベース層、4はアン
・ドープGaAsスペーサ層、5は量子井戸層、5Bは
AAAsバリヤ層、5WはGaAsウェル層、6はアン
・ドープGaAsスペーサ層、7はn型GaAsエミツ
タ層、8はn1型GaAsエミツタ・コンタクト層、9
はエミッタ電極、10はベース電極、1工はコレクタ電
極をそれぞれ示している。
In the figure, 1 is an n+ type GaAs substrate, 2 is an n type GaAs substrate
s collector layer, 3 is a p+ type GaAs base layer, 4 is an undoped GaAs spacer layer, 5 is a quantum well layer, 5B is an AAAs barrier layer, 5W is a GaAs well layer, 6 is an undoped GaAs spacer layer, 7 is a n-type GaAs emitter layer, 8 is n1-type GaAs emitter contact layer, 9
1 indicates an emitter electrode, 10 a base electrode, and 1 a collector electrode.

前記各部分の主要データを例示すると次の通りである。Examples of the main data of each part are as follows.

(11基板1について 不純物濃度: 6 X 1018(cm−’)(2) 
 コレクタ層2について 厚さ:5000  (人〕 不純物濃度: I X 1017(am−3)(3)ベ
ース層3について 厚さ:2000C人〕 不純物濃度: 5 X 10I8(cm−3)(4) 
 スペーサN4について 厚さ:200(人〕 (5)  バリヤ層5 Bについて X値:1.0 厚さ:20 〔人〕 (6)  ウェル層5W 厚さ:50 〔人〕 (7)スペーサ層6について 厚さ:50 〔人〕 (8)  エミツタ層7について 厚さ:1000(人〕 不純物濃度: 5 X l O”  (cm−’)(9
)  エミッタ・コンタクト層8について厚さ:200
0  C人〕 不純物濃度: 6 X 10I8(cm−’)叫 エミ
ッタ電極9について 材料: AuGg/Au/WS I 厚さ:200  (人)/1000  [:人〕/30
00(人〕 αυ ベース電極10について 材料: A u / Z n / A u厚さ:100
(人)/100(人〕 /3000(人〕 02)  コレクタ電極11について 材料:AuGg/Au 厚さ:200(人)/3000(人〕 第2図(A)乃至(C)は第1図に見られる実施例の動
作を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表
し、第1図、第5図乃至第12図に於いて用いた記号と
同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
(Impurity concentration for 11 substrate 1: 6 x 1018 (cm-') (2)
Thickness for collector layer 2: 5000 (people) Impurity concentration: I x 1017 (am-3) (3) Thickness for base layer 3: 2000C people] Impurity concentration: 5 x 10I8 (cm-3) (4)
Thickness for spacer N4: 200 (people) (5) Barrier layer 5 X value for B: 1.0 Thickness: 20 [people] (6) Well layer 5W Thickness: 50 [people] (7) Spacer layer 6 Thickness: 50 [people] (8) Thickness of emitter layer 7: 1000 (people) Impurity concentration: 5 X l O"(cm-') (9
) Thickness for emitter contact layer 8: 200
0 C person] Impurity concentration: 6 x 10I8 (cm-') Emitter electrode 9 Material: AuGg/Au/WS I Thickness: 200 (person)/1000 [:person]/30
00 (person) αυ Regarding the base electrode 10 Material: A u / Z n / A u thickness: 100
(person) / 100 (person) / 3000 (person) 02) About the collector electrode 11 Material: AuGg/Au Thickness: 200 (person) / 3000 (person) Figure 2 (A) to (C) are Figure 1 This represents an energy band diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1, and the same symbols as those used in FIGS. Shall have.

第2図(A)に於いては、ベース入力電圧Vが共鳴状態
になる為の電圧V、、。、より小さい場合、即ち、V<
V□5の場合であって、電子e及び正孔りはバリヤをト
ンネリングできない。
In FIG. 2(A), the voltage V required for the base input voltage V to enter a resonance state. , that is, V<
In the case of V□5, electrons e and holes cannot tunnel through the barrier.

第2図(B)に於いては、V=V、、。1の場合であっ
て、電子e及び正孔りは共に共鳴トンネリングし、ウェ
ル層5Wに於ける電子濃度及び正孔濃度は高くなり、そ
こで電子と正孔とが再結合されて光hνが発生する。
In FIG. 2(B), V=V. In case 1, both electrons e and holes undergo resonance tunneling, and the electron and hole concentrations in the well layer 5W become high, where the electrons and holes are recombined to generate light hν. do.

第2図(C)に於いては、v>vrllsの場合であっ
て、第2図(A)の場合と同様、電子e及び正孔りはバ
リヤをトンネリングできない。
In FIG. 2(C), the case is v>vrlls, and as in the case of FIG. 2(A), electrons e and holes cannot tunnel through the barrier.

第3図は第1図に見られる実施例の電圧対光出力特性を
説明する為の線図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the voltage versus light output characteristics of the embodiment shown in FIG. 1.

図では、横軸に電圧Vを、また、縦軸に光出力Pをそれ
ぞれ採っである。
In the figure, the horizontal axis represents the voltage V, and the vertical axis represents the optical output P.

図から判るように、電圧■が共鳴状態になる為の電圧■
roになると光出力Pが現れていることが明らかであり
、これは、第2図(B)に関して説明した動作状態に相
当することは云うまでもない。
As you can see from the diagram, the voltage ■ for the voltage ■ to reach a resonance state
It is clear that the optical output P appears when ro is reached, and it goes without saying that this corresponds to the operating state explained with reference to FIG. 2(B).

第4図は第2図(B)の動作状態に於ける電圧対電流の
関係を説明する為の線図であり、第6図に於いて用いた
記号と同記月は同部分を示すか或いは同じ意味を持つも
のとする。
Figure 4 is a diagram for explaining the relationship between voltage and current in the operating state of Figure 2 (B), and the symbols and months used in Figure 6 indicate the same parts. or have the same meaning.

図では、横軸に電圧Vを、縦軸に電流Iをそれぞれ採っ
てあり、実線からなる特性線4Jコレクタ電流1cを、
また、一点鎖線からなる特性線はベース電流■3を表し
ている。
In the figure, the horizontal axis represents the voltage V, and the vertical axis represents the current I, and the solid line 4J collector current 1c is
Further, the characteristic line consisting of a dashed-dotted line represents the base current ■3.

図からすると、ベースに約1.8 (V)程度の電圧が
印加された場合にコレクタ電流1c及びベース電流I6
は共にピークを示しているから、このとき、電子及び正
孔の共鳴トンネリングが行われたことが判る。
From the figure, when a voltage of about 1.8 (V) is applied to the base, the collector current 1c and the base current I6
Since both show peaks, it can be seen that resonant tunneling of electrons and holes occurred at this time.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に依る半導体装置に於いては、エミツタ層とベー
ス層との間に電子と正孔とが同時に共鳴トンネリング可
能な量子井戸層を介在させである。
In the semiconductor device according to the present invention, a quantum well layer in which electrons and holes can simultaneously tunnel resonantly is interposed between the emitter layer and the base layer.

この構成を採ることに依り、量子井戸層に於けるウェル
層には、電子及び正孔を蓄積することができ、従って、
そこで電子及び正孔の再結合を行わせて光を放出させる
ことが可能となり、その発光は、この種の半導体装置の
特性上、高速で変調することができるから、光通信の高
速化に好適であり、また、印加する電圧の如何に依って
、光を放出させることなく、通常のRBTとして動作さ
せることも可能であるから、例えば、OF、ICを構成
するのに有効である。
By adopting this configuration, electrons and holes can be accumulated in the well layer of the quantum well layer, and therefore,
Therefore, electrons and holes can be recombined to emit light, and the light emission can be modulated at high speed due to the characteristics of this type of semiconductor device, making it suitable for increasing the speed of optical communication. Furthermore, depending on the applied voltage, it is possible to operate as a normal RBT without emitting light, so it is effective for configuring OFs and ICs, for example.

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

第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図(A
)乃至(C)は第1図に見られる実施例の動作を説明す
る為のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第3図は第1
図に見られる実施例の電圧対光出力特性を説明する為の
線図、第4図は第2図(B)の動作状態に於ける電圧対
電流の関係を説明する為の線図、第5図はRBTのエネ
ルギ・バンド・ダイヤグラム、第6図は第5図について
説明したRBTに於ける電圧・電流特性に関する線図、
第7図及び第8図ばウェル層にキャリヤが蓄積されるこ
とを説明する為の線図、第9図(A)乃至(C)はエミ
ツタ層に於けるX値を変えることで電子及び正札の共鳴
トンネリングを同時に発生させ得ることを説明する為の
エネルギ・バンド・ダイヤグラム、第10図乃至第12
図は第9図(A)乃至(C)に対応する電圧対電流の特
性を説明する為の線図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はn+型GaAs基板、2はn型GaA
sコレクタ層、3はp+型GaAsベース層、4はアン
・ドープGaAsスペーサ層、5は量子井戸層、5Bは
Aj2Asバリヤ層、5wはGaAsウェル層、6はア
ン・ドープGaAsスペーサ層、7はn型GaAsエミ
ツタ層、8はn+型GaAsエミッタ・コンタクト層、
9はエミッタ電極、10はベース電極、11はコレクタ
電極をそれぞれ示している。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 − 実施例の要部切断側面図 第1図 QW Vres     V 第3図 1不/し千°ハツト°タイ7ノフム QW RBTのエネルギ・パン座・タイヤグラム第5図 RBTの電圧・電流特性に関する線図 第6図 0     〉 U   ω の く               。 oくf
Fig. 1 is a cutaway side view of essential parts of an embodiment of the present invention, and Fig. 2 (A
) to (C) are energy band diagrams for explaining the operation of the embodiment shown in FIG.
Figure 4 is a diagram to explain the voltage vs. optical output characteristics of the embodiment shown in the figure. Figure 5 is an energy band diagram of the RBT, Figure 6 is a diagram regarding the voltage and current characteristics in the RBT explained in Figure 5,
Figures 7 and 8 are diagrams for explaining that carriers are accumulated in the well layer, and Figures 9 (A) to (C) are diagrams for explaining how carriers are accumulated in the well layer. Energy band diagrams for explaining that resonant tunneling can occur simultaneously, Figures 10 to 12
The figures each represent a diagram for explaining the voltage vs. current characteristics corresponding to FIGS. 9(A) to 9(C). In the figure, 1 is an n+ type GaAs substrate, 2 is an n type GaAs substrate
s collector layer, 3 is p+ type GaAs base layer, 4 is undoped GaAs spacer layer, 5 is quantum well layer, 5B is Aj2As barrier layer, 5w is GaAs well layer, 6 is undoped GaAs spacer layer, 7 is n-type GaAs emitter layer; 8 is n+-type GaAs emitter contact layer;
Reference numeral 9 indicates an emitter electrode, 10 a base electrode, and 11 a collector electrode. Patent Applicant Fujitsu Ltd. Representative Patent Attorney Shoji Aitani Representative Patent Attorney Hiroshi Watanabe - Cutaway side view of essential parts of the embodiment Fig. 1 QW Vres V Fig. 3 QW RBT's energy/pan/tire diagram Fig. 5 Diagram regarding voltage/current characteristics of RBT Fig. 6 〉 U ω noku. okf

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  pn接合界面に電子及び正孔が同じベース電圧で同時
に共鳴トンネリングすることができる量子井戸層を介挿
してなることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a quantum well layer interposed at a pn junction interface in which electrons and holes can undergo resonance tunneling at the same time at the same base voltage.
JP24957286A 1986-10-22 1986-10-22 Seniconductor device Granted JPS63104471A (en)

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JP24957286A JPS63104471A (en) 1986-10-22 1986-10-22 Seniconductor device
DE3789891T DE3789891D1 (en) 1986-10-22 1987-10-21 Semiconductor circuit with resonant tunneling effect.
EP87402369A EP0268512B1 (en) 1986-10-22 1987-10-21 Semiconductor device utilizing the resonant-tunneling effect
US07/111,018 US5031005A (en) 1986-10-22 1987-10-21 Semiconductor device

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JPH047100B2 JPH047100B2 (en) 1992-02-07

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