JPS63175A - 量子井戸トンネルデバイス - Google Patents
量子井戸トンネルデバイスInfo
- Publication number
- JPS63175A JPS63175A JP14380186A JP14380186A JPS63175A JP S63175 A JPS63175 A JP S63175A JP 14380186 A JP14380186 A JP 14380186A JP 14380186 A JP14380186 A JP 14380186A JP S63175 A JPS63175 A JP S63175A
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- Pending
Links
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
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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】
〔概 要〕
量子井戸からの電子放出デバイスで、量子井戸の側から
見たバリアの高さが引加電圧により変わるような非対称
なバリアを持ち、大きな非線型性を持たせた半導体装置
である。
見たバリアの高さが引加電圧により変わるような非対称
なバリアを持ち、大きな非線型性を持たせた半導体装置
である。
本発明は高速度の検波回路やトランジスタのエミッター
ペース接合に有用な小さなバイアスで大きな非線型性を
持つダイオード構造に関する。
ペース接合に有用な小さなバイアスで大きな非線型性を
持つダイオード構造に関する。
従来のダイオードの例としては、金属−金属ダイオード
（ＭＩＭダイオード）＊ｐｎ接合ダイオード。
（ＭＩＭダイオード）＊ｐｎ接合ダイオード。
シ璽ットキーパリアダイオード等がある。これらは、何
れも本質的には２つの導電領域からなる。
れも本質的には２つの導電領域からなる。
これらのダイオードが非線型線を示すのは、−方の領域
から他方の領域を見たときのバリアの高さが引加電圧に
よシ変化するからである。そして、バリアの存在により
あるエネルギ以上のキャリアのみが他領域に流れること
ができる。通常キャリアの分布はエネルギＥに対し、ａ
ｚｐ（−Ｅ／ｋＴ）に比例する。また、バリアの高さの
引加電圧Ｖによる変化は高々ｅＶである。 したがうて
、これらのダイオードで得られる最大の非線型線は、ａ
ｓｐ（−ｍＶ／ｋＴ ）のような指数関数で与えられ、
変化の急峻さは温度ｋＴによりきめられる。
から他方の領域を見たときのバリアの高さが引加電圧に
よシ変化するからである。そして、バリアの存在により
あるエネルギ以上のキャリアのみが他領域に流れること
ができる。通常キャリアの分布はエネルギＥに対し、ａ
ｚｐ（−Ｅ／ｋＴ）に比例する。また、バリアの高さの
引加電圧Ｖによる変化は高々ｅＶである。 したがうて
、これらのダイオードで得られる最大の非線型線は、ａ
ｓｐ（−ｍＶ／ｋＴ ）のような指数関数で与えられ、
変化の急峻さは温度ｋＴによりきめられる。
ところで、半導体デバイスでは小さなバイアスで大きな
非線型性を持つことが望まれる。そのためには、ａｚｐ
（−ｅＶ／ｋＴ）で与えられるよシももつと大きな電流
変化を生ずるととができる構造が望まれるが、本発明は
それを可能とする素子構造を提供しようとするものであ
る。
非線型性を持つことが望まれる。そのためには、ａｚｐ
（−ｅＶ／ｋＴ）で与えられるよシももつと大きな電流
変化を生ずるととができる構造が望まれるが、本発明は
それを可能とする素子構造を提供しようとするものであ
る。
第１図は本発明の原理を示す図であシ、これを用いて本
発明を説明する。
発明を説明する。
第１図において、１は量子井戸からなる領域（第１領域
）で、２は金属または半導体からなる導電性領域（第２
領域）、３は非対称性を持つバリア（第３領域）である
。
）で、２は金属または半導体からなる導電性領域（第２
領域）、３は非対称性を持つバリア（第３領域）である
。
上記本発明のバリア３は非対称でバリアの最高点Ｐが領
域２との境界面にある。したがって、領域１から領域２
に移動しようとするキャリアが経験するバリアの高さは
引加電圧Ｖによシ大きさｍＶだけ変化する。−方、領域
１は量子井戸からなるため電子の分布は通常のフェルミ
分布ＶＣｉ子井戸の状態密度を乗じ喪ものになる。本発
明はこれに着目してなされたもので、以下に詳細に解析
結果を示す。
域２との境界面にある。したがって、領域１から領域２
に移動しようとするキャリアが経験するバリアの高さは
引加電圧Ｖによシ大きさｍＶだけ変化する。−方、領域
１は量子井戸からなるため電子の分布は通常のフェルミ
分布ＶＣｉ子井戸の状態密度を乗じ喪ものになる。本発
明はこれに着目してなされたもので、以下に詳細に解析
結果を示す。
量子井戸では、状態密度が離散化してステップ関数状に
なシ、かつ界面に垂直方向の運動エネルギに関する電子
分布はδ関数状になる。第４図に量子井戸とバリアのエ
ネルギバンドの部分図を示しているが、図中ｇ、 ｌ
Ｅ、・・・・・・のように、量子井戸には量子化された
電位が形成される６量子弁戸とバルク半導体との間でト
ンネル効果によシミ流が流れる場合を考えてみる。
なシ、かつ界面に垂直方向の運動エネルギに関する電子
分布はδ関数状になる。第４図に量子井戸とバリアのエ
ネルギバンドの部分図を示しているが、図中ｇ、 ｌ
Ｅ、・・・・・・のように、量子井戸には量子化された
電位が形成される６量子弁戸とバルク半導体との間でト
ンネル効果によシミ流が流れる場合を考えてみる。
第５図に電圧引加時にバリアを垂直方向にエネルギＥ％
の電子が入射する時の透過率ｐ （Ｅｎ 、Ｖ）を横軸
にとり量子井戸の準位Ｅｎを縦軸に採った線図を示す。
の電子が入射する時の透過率ｐ （Ｅｎ 、Ｖ）を横軸
にとり量子井戸の準位Ｅｎを縦軸に採った線図を示す。
実線がある電圧Ｖを引加した時の透過率を示し、Ｅ％の
大きさに対して鋭いカットオフ特性を持ち、しかもその
閾値が電圧により変化することを示す。電圧引加によシ
、閾値が変化しく点線で示す）、量子化されたＥｌが透
過域に入りてくると、ステップ状の電流値増加が生じる
ことになる。
大きさに対して鋭いカットオフ特性を持ち、しかもその
閾値が電圧により変化することを示す。電圧引加によシ
、閾値が変化しく点線で示す）、量子化されたＥｌが透
過域に入りてくると、ステップ状の電流値増加が生じる
ことになる。
この電流立ち上がりの鋭さは電圧引加による閾値の変化
の大きさと、ＥＴＬに対する阻止域−透過域のカットオ
フの鋭さで決まることが分かる。従って、ａｓｐ （ｑ
Ｖ／ＫＴ ）とは無関係であり、ｇｚｐ （ｑＶ／Ｋｌ
’ ）よシずりと大きな電圧依存性となる。
の大きさと、ＥＴＬに対する阻止域−透過域のカットオ
フの鋭さで決まることが分かる。従って、ａｓｐ （ｑ
Ｖ／ＫＴ ）とは無関係であり、ｇｚｐ （ｑＶ／Ｋｌ
’ ）よシずりと大きな電圧依存性となる。
このような透過率ｐ（Ｅ？Ｌ−Ｔ’）を与えるバリア形
状として、本発明に係る第６図のようなものがある。
状として、本発明に係る第６図のようなものがある。
このバリアの実効バリア高さはＡ点のバリア高さで決ま
る。Ａ点以下のエネルギの電子はｄ、がトンネル可能な
厚味より十分大きいので透過できない。
る。Ａ点以下のエネルギの電子はｄ、がトンネル可能な
厚味より十分大きいので透過できない。
−方、Ａ点以上のエネルギの電子は比較的うすい厚味ｄ
１をトンネルすればよい。Ａ点の高さはＶがあまり大き
くない範囲では、ｅＶだけの変化をする。
１をトンネルすればよい。Ａ点の高さはＶがあまり大き
くない範囲では、ｅＶだけの変化をする。
したがって、第６図のバリアの左側に第４図の量子井戸
を配置し、電子の運動エネルギを離散化しておけば、第
７図のように従来（点線で示す）の指数関数的な特性と
異なり、実線ステップ状の１−■特性が得られるととＫ
なる。
を配置し、電子の運動エネルギを離散化しておけば、第
７図のように従来（点線で示す）の指数関数的な特性と
異なり、実線ステップ状の１−■特性が得られるととＫ
なる。
第２図（’Ａ）は本発明の一実施例の素子断面図であシ
、また、第２図（Ｂ）はそのエネルギバンド図である。
、また、第２図（Ｂ）はそのエネルギバンド図である。
以下これを用いて本発明をより詳細に説明する。第２図
（Ａ”ｌまたは第２図ＣＢ’）において、ＧａＡｓの半
絶縁性基板ＳＵＢ上に、以下の各領域が形成されている
。
（Ａ”ｌまたは第２図ＣＢ’）において、ＧａＡｓの半
絶縁性基板ＳＵＢ上に、以下の各領域が形成されている
。
１０はＧａＡｓ ／ＡＡａ、ｓ Ｇａｏ、ｂ Ａｓから
なる多重量子井戸（ＭＱＷ）で、ＧｃＬＡ８はｎ型不純
物添加でキャリア１度５ Ｘ １０”ａｍ−’ 、厚味
１００λ、ＡＩｔｏ、＜Ｇ＠、＝Ａｓは不純物無添加で
厚味５０Ａに形成されている。
なる多重量子井戸（ＭＱＷ）で、ＧｃＬＡ８はｎ型不純
物添加でキャリア１度５ Ｘ １０”ａｍ−’ 、厚味
１００λ、ＡＩｔｏ、＜Ｇ＠、＝Ａｓは不純物無添加で
厚味５０Ａに形成されている。
１１はバリア層であシ、ＡｌｔｚＧａ＋−２Ａ８の２を
０．１〜０．２まで連続的に変化させている。その厚さ
は、キャリアがトンネルできない厚味とし、例えば１５
００λとする。
０．１〜０．２まで連続的に変化させている。その厚さ
は、キャリアがトンネルできない厚味とし、例えば１５
００λとする。
１２は導電領域のＧｔｚＡｓであり、この実施例では、
キャリア濃度５ ｘ ｊ Ｑ”ａｍ−”の領域とキャリ
ア濃度４ Ｘ １０” ａｍ−’の領域からなり、その
厚味は１μ惰である。
キャリア濃度５ ｘ ｊ Ｑ”ａｍ−”の領域とキャリ
ア濃度４ Ｘ １０” ａｍ−’の領域からなり、その
厚味は１μ惰である。
１３．１４はオーミック電極で１０の量子井戸と１２の
ＧａＡｓ層にと９つけられている。この実施例において
は、量子井戸の横側にオーミック電極１３を設け、横方
向から矢印のように電流を流している。
ＧａＡｓ層にと９つけられている。この実施例において
は、量子井戸の横側にオーミック電極１３を設け、横方
向から矢印のように電流を流している。
例えば、１２．１３はＡ％Ｇｇ／Ａｓのアロイで形成さ
れる。
れる。
第３図には、以上のごとく形成された素子の電圧／電流
特性図を示し、図のように、電圧を増加していくと、鋭
い階段状に電流が増加する。このステップは従来の指数
関数的変化ａｚｐ （−ｔｒｙ／ｋＴ ）よシ遥かに鋭
い。
特性図を示し、図のように、電圧を増加していくと、鋭
い階段状に電流が増加する。このステップは従来の指数
関数的変化ａｚｐ （−ｔｒｙ／ｋＴ ）よシ遥かに鋭
い。
以上、本発明について、ダイオード構造で説明したが、
上記構成をトランジスタのエミッターペース接合に用い
、第１図の第１領域（量子井戸）１、第２領域（バリア
）の後にベース領域、コレクタバリア、コレクタ領域を
配置すればトランジスタ構造を得ることができる。
上記構成をトランジスタのエミッターペース接合に用い
、第１図の第１領域（量子井戸）１、第２領域（バリア
）の後にベース領域、コレクタバリア、コレクタ領域を
配置すればトランジスタ構造を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、量子井戸構造の第１領
域と第２領域の導電領域間にバリアの最高点Ｐが第２領
域の導電領域側にある非対称バリアを設けることにより
領域１から領域２に移動しようとするキャリアが経験す
るバリアの高さを引加電圧Ｖによシ変化することにより
、従来の指数関数的な変化とことなシ、鋭いステップ状
のＩ−Ｖ特性を持つ半導体装置を得ることができる。
域と第２領域の導電領域間にバリアの最高点Ｐが第２領
域の導電領域側にある非対称バリアを設けることにより
領域１から領域２に移動しようとするキャリアが経験す
るバリアの高さを引加電圧Ｖによシ変化することにより
、従来の指数関数的な変化とことなシ、鋭いステップ状
のＩ−Ｖ特性を持つ半導体装置を得ることができる。
第１図は本発明の原理説明図、第２図（Ｊ）は本発明の
一実施例の素子要部断面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ
）の素子のエネルギバンド図、第５図は実施例のｔ−Ｖ
特性図、第４図〜第７図は本発明の原理解析を示す図で
ある。 １０ ＝ Ａ１．ｏ、ａ Ｇａｏ、ａ Ａｓ ／ＧａＡ
ｓからなる量子井戸１１・・・組成がＡＩｔ ｏ、ｓ
Ｇａ ｔ）、４ ＡｓからＧｃＬＡｓまで変化している
バリア １２− ＧｃＬＡｓ
一実施例の素子要部断面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ
）の素子のエネルギバンド図、第５図は実施例のｔ−Ｖ
特性図、第４図〜第７図は本発明の原理解析を示す図で
ある。 １０ ＝ Ａ１．ｏ、ａ Ｇａｏ、ａ Ａｓ ／ＧａＡ
ｓからなる量子井戸１１・・・組成がＡＩｔ ｏ、ｓ
Ｇａ ｔ）、４ ＡｓからＧｃＬＡｓまで変化している
バリア １２− ＧｃＬＡｓ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 量子井戸構造を有する第１領域と、 半導体または金属からなる導電性の第２領域と、第１及
び第２領域間に挾まれ、バリアを構成する第３領域とを
備える装置において、 該第５領域のバリアの高さが、第１領域から第２領域に
向かって高くなり、該バリアの最高点が第２領域側にあ
ることを特徴とする量子井戸トンネルデバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14380186A JPS63175A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 量子井戸トンネルデバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14380186A JPS63175A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 量子井戸トンネルデバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63175A true JPS63175A (ja) | 1988-01-05 |
Family
ID=15347293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14380186A Pending JPS63175A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 量子井戸トンネルデバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63175A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300859B1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-10-09 | Tyco Electronics Corporation | Circuit protection devices |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP14380186A patent/JPS63175A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300859B1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-10-09 | Tyco Electronics Corporation | Circuit protection devices |
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