JPS63288061A - 半導体負性抵抗素子 - Google Patents
半導体負性抵抗素子Info
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- JPS63288061A JPS63288061A JP12281387A JP12281387A JPS63288061A JP S63288061 A JPS63288061 A JP S63288061A JP 12281387 A JP12281387 A JP 12281387A JP 12281387 A JP12281387 A JP 12281387A JP S63288061 A JPS63288061 A JP S63288061A
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- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
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Landscapes
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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。
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〕
共鳴トンネル効果を利用する負性微分抵抗素子において
は、理論上トンネルバリア層の電子の有効質量が小さけ
れば小さい程良好なピーク電流対バレー電流比が得られ
る。インジウム砒素（Ｉｎ＾３）が小さい電子有効質量
を有し、これとヘテロ接合を゛形成するタイプ■ヘテロ
構造（第４図（ｂ）参照）の共鳴トンネルバリアは丁度
その目的にかなっている。
は、理論上トンネルバリア層の電子の有効質量が小さけ
れば小さい程良好なピーク電流対バレー電流比が得られ
る。インジウム砒素（Ｉｎ＾３）が小さい電子有効質量
を有し、これとヘテロ接合を゛形成するタイプ■ヘテロ
構造（第４図（ｂ）参照）の共鳴トンネルバリアは丁度
その目的にかなっている。
具体的な例として、ｐ型ＧａＳｂの間にｒｎＡｓ層を挟
む構造の素子、ｎ型１ｎＡｓの間にＧａＳｂ層を挟む構
造の素子が提案された。これら素子においてピーク電流
対バレー電流比として１０以上が得られることが示され
、該共鳴トンネル電流の真性微分抵抗特性に大きい改善
がもたらされた。
む構造の素子、ｎ型１ｎＡｓの間にＧａＳｂ層を挟む構
造の素子が提案された。これら素子においてピーク電流
対バレー電流比として１０以上が得られることが示され
、該共鳴トンネル電流の真性微分抵抗特性に大きい改善
がもたらされた。
本発明は共鳴トンネル効果に基ずく共鳴トンネル電流の
負性抵抗特性の改善された半導体装置に関する。
負性抵抗特性の改善された半導体装置に関する。
最近、化合物半導体のヘテロ接合を用いる新機能素子の
研究が盛んに行われているなかで、共鳴トンネル効果に
よる負性抵抗特性を応用する。共鳴トンネルバリア（’
ＲＴＢ）ダイオード、共鳴トンネリングホットエレクト
ロントランジスタ（ＲＨＥＴ）等が高速で、且つ新しい
機能を有する素子として期待されている。
研究が盛んに行われているなかで、共鳴トンネル効果に
よる負性抵抗特性を応用する。共鳴トンネルバリア（’
ＲＴＢ）ダイオード、共鳴トンネリングホットエレクト
ロントランジスタ（ＲＨＥＴ）等が高速で、且つ新しい
機能を有する素子として期待されている。
（例えば次の文献を参照、
Ｎ、Ｙｏｋｏｙａｓａ： Ｒｅ５ｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎ
ｅｌｉｎｇ ＨｏｔＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ（ＲＨＥＴ）： Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄＡ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 、 Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂ
ｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ Ｔｈｅ１８ｔｈ Ｃｏｎｆ、
ｏｎ ５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎ
ｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、 Ｔｏｋｙｏ、１９８６． ｐ
、３４７〜ｐ、３５０ ）第２図（ａ）に示されるよう
な共鳴トンネル電流の負性抵抗特性において、トンネル
電流のピーク値とバレー値との比は一つの重要なパラメ
ータであり、この比が大きい程例えばＲＨＥＴに利用し
た場合、ノイズマージンのより大きい新機能回路が構成
できる。
ｅｌｉｎｇ ＨｏｔＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ（ＲＨＥＴ）： Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄＡ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 、 Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂ
ｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ Ｔｈｅ１８ｔｈ Ｃｏｎｆ、
ｏｎ ５ｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎ
ｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、 Ｔｏｋｙｏ、１９８６． ｐ
、３４７〜ｐ、３５０ ）第２図（ａ）に示されるよう
な共鳴トンネル電流の負性抵抗特性において、トンネル
電流のピーク値とバレー値との比は一つの重要なパラメ
ータであり、この比が大きい程例えばＲＨＥＴに利用し
た場合、ノイズマージンのより大きい新機能回路が構成
できる。
分子ビームエピタキシャル技術の進歩によって従来困難
であった共鳴トンネルバリヤ構造の製作が可能になり、
素子特性の改善や新しい機能素子開発が促進されている
。
であった共鳴トンネルバリヤ構造の製作が可能になり、
素子特性の改善や新しい機能素子開発が促進されている
。
〔従来の技術〕
共鳴トンネルバリア構造として、従来利用されているも
のはガリウム砒素／アルミニウム・ガリウム・砒素（Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）等、所謂タイプｌのヘテロ接合
構造に限られていた。即ち第４図（ａ）に示すように一
方の伝導帯底゛が他方の価電子帯類より高エネルギであ
るようなヘテロ接合である。ここでＥｃ、 Ｅｖ、Ｅｇ
はそれぞれ伝導帯底９価電子帯頂、禁制帯を表す。
のはガリウム砒素／アルミニウム・ガリウム・砒素（Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ）等、所謂タイプｌのヘテロ接合
構造に限られていた。即ち第４図（ａ）に示すように一
方の伝導帯底゛が他方の価電子帯類より高エネルギであ
るようなヘテロ接合である。ここでＥｃ、 Ｅｖ、Ｅｇ
はそれぞれ伝導帯底９価電子帯頂、禁制帯を表す。
前記ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系においては電子の有効質
量が０．０６７ｍ、以上と大きいために、少なくとも室
温では良好な負性微分抵抗特性（ピーク電流対バレー電
流比が１０以上）が得られない。素子応用の観点から言
えばピーク電流対バレー電流比をまだまだ大きくする必
要がある。
量が０．０６７ｍ、以上と大きいために、少なくとも室
温では良好な負性微分抵抗特性（ピーク電流対バレー電
流比が１０以上）が得られない。素子応用の観点から言
えばピーク電流対バレー電流比をまだまだ大きくする必
要がある。
前記問題点は、インジウム砒素を主成分とする半導体と
ガリウムアンチモンを主成分とする半導体との二重ヘテ
ロ接合より成り、中央バリア層の第一共鳴準位が、該ヘ
テロ接合の他方のエネルギ禁制帯内には存在しないよう
なエネルギバンド構造を有し、該バリア層による共鳴ト
ンネル効果に基く負性微分抵抗を利用することにより解
決される。
ガリウムアンチモンを主成分とする半導体との二重ヘテ
ロ接合より成り、中央バリア層の第一共鳴準位が、該ヘ
テロ接合の他方のエネルギ禁制帯内には存在しないよう
なエネルギバンド構造を有し、該バリア層による共鳴ト
ンネル効果に基く負性微分抵抗を利用することにより解
決される。
従来のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＪｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓ ヘテロ接合より成る共鳴トンネルバリア構造の
研究から、バリア中における電子の有効質量が共鳴トン
ネル電流のピーク値及び該ピーク電流値とバレー電流値
の比に大きい影響を与えることが明らかになってきた。
ｌＡｓ ヘテロ接合より成る共鳴トンネルバリア構造の
研究から、バリア中における電子の有効質量が共鳴トン
ネル電流のピーク値及び該ピーク電流値とバレー電流値
の比に大きい影響を与えることが明らかになってきた。
する、但し、ε はバリア上端と電子のエネルギとの差
、ｄはバリア層の厚さ、２πｉはブランクの定数（６，
６３ｘｌＯ−”ｅｒｇ −ｓ）である、Ｈち共鳴トンネ
ル電流のピーク値は、ｉ！子の有効質量が小さい程大き
くなる。
、ｄはバリア層の厚さ、２πｉはブランクの定数（６，
６３ｘｌＯ−”ｅｒｇ −ｓ）である、Ｈち共鳴トンネ
ル電流のピーク値は、ｉ！子の有効質量が小さい程大き
くなる。
一方、バレー電流は、電子の散乱による寄与が大きいと
考えられている。即ち電子の散乱が小さい程バレー電流
は小さい。バリア中における電子の散乱にはＬＯフォノ
ンの寄与が大きく計算によれば、ＬＯフォノン放出確率
は（ｍ ＊ ）”に比例している。従ってバレー電流の
低減化には、電子の有効質量が小さいことが必要である
。
考えられている。即ち電子の散乱が小さい程バレー電流
は小さい。バリア中における電子の散乱にはＬＯフォノ
ンの寄与が大きく計算によれば、ＬＯフォノン放出確率
は（ｍ ＊ ）”に比例している。従ってバレー電流の
低減化には、電子の有効質量が小さいことが必要である
。
以上の理由から、電子の有効質量の小さいトンネルバリ
アを利用することは１．共鳴トンネル電流特性の改善に
対し極めて有効であることがわかる。
アを利用することは１．共鳴トンネル電流特性の改善に
対し極めて有効であることがわかる。
本発明は、 ＩｎＡｓ が小さい電子有効質量を有す
ること、及びＩｎＡｓを含む共鳴トンネルバリア構造が
タイプ■ヘテロ接合を利用することによって実現できる
ことに着眼して生まれたものである。
ること、及びＩｎＡｓを含む共鳴トンネルバリア構造が
タイプ■ヘテロ接合を利用することによって実現できる
ことに着眼して生まれたものである。
因に、＠＊の値はＡ Ｉ Ｘ Ｇａ １．ｘＡ３ （ｘ
＝０．３０） ＋ ＧａＳｂ ｔ ｌ ｎＡｓに対して
それぞれ０．０９２ｍ、 、 ０．０４２ｍ、 、 ０
．０２３＋ｍ。
＝０．３０） ＋ ＧａＳｂ ｔ ｌ ｎＡｓに対して
それぞれ０．０９２ｍ、 、 ０．０４２ｍ、 、 ０
．０２３＋ｍ。
である、但し＋１Ｉｌｅは電子質量である。
第１図に本発明の実施例を示す。
第１図（ａ）は素子の断面構造の模式図であり、第１図
（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造を示したものであ
る。
（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造を示したものであ
る。
第１図（ａ）において、４はｐ” ＧａＳｂ基板、１〜
３は４の上に例えば分子ビームエピタキシアル成長法（
ＭＢＥ法）によって形成した例えば下記のような結晶層
である。
３は４の上に例えば分子ビームエピタキシアル成長法（
ＭＢＥ法）によって形成した例えば下記のような結晶層
である。
図番 エピタキシアル 不純物濃度 厚さ層
（Ｃ■ −３） （人）１ ｐ−Ｇ
ａＳｂ １ｘｌＯ” ：Ｂｅ ５０００２
１ｎＡｓ ノンドープ １００３
ｐ−ＧａＳｂ １ｘｌＯ”：Ｂｅ ５０
００５．６は電極金属で１例えば金・亜鉛／金（ＡｕＺ
ｎ／Ａｕ）により形成される。
（Ｃ■ −３） （人）１ ｐ−Ｇ
ａＳｂ １ｘｌＯ” ：Ｂｅ ５０００２
１ｎＡｓ ノンドープ １００３
ｐ−ＧａＳｂ １ｘｌＯ”：Ｂｅ ５０
００５．６は電極金属で１例えば金・亜鉛／金（ＡｕＺ
ｎ／Ａｕ）により形成される。
第１図（ｂ）において、 ｐ−ＧａＳｂ層１，３中の正
孔に対してＩｎＡｓ層２はポテンシャルバリアとして働
くが、共鳴準位Ｅ、 （ここでは電子の第一サブバンド
）は該バリアにおいて正孔透過窓の役割をする。
孔に対してＩｎＡｓ層２はポテンシャルバリアとして働
くが、共鳴準位Ｅ、 （ここでは電子の第一サブバンド
）は該バリアにおいて正孔透過窓の役割をする。
Ｅｇ＋ ＋ ＥｇｚはそれぞれＧａＳｂ、 ＩｎＡｓの
禁制帯幅で。
禁制帯幅で。
それぞれ０．７３ｅＶ、 ０．３７ｅＶである。又、Δ
ＥはＧａＳｂの価電子帯頂とＩｎＡｓの伝導帯底との差
０．１５ｅＶである。 Ｅｆはフェルミエネルギ準位を
表す。
ＥはＧａＳｂの価電子帯頂とＩｎＡｓの伝導帯底との差
０．１５ｅＶである。 Ｅｆはフェルミエネルギ準位を
表す。
第２図（ａ）に示すように本発明による上記素子の共鳴
トンネル電流負性抵抗特性は従来の特性を大幅に改善す
るものであることが確かめられた。
トンネル電流負性抵抗特性は従来の特性を大幅に改善す
るものであることが確かめられた。
図中■、■はそれぞれピーク電流値、バレー電流値に対
応するバイアスを表している。
応するバイアスを表している。
第２図（ｂ）は■、■のバイアス条件におけるエネルギ
バンド構造を示したものである。電圧印加時には上記窓
の位置が移動し、共鳴状態において電流密度がピークに
なる。一方第一共鳴準位Ｅ。
バンド構造を示したものである。電圧印加時には上記窓
の位置が移動し、共鳴状態において電流密度がピークに
なる。一方第一共鳴準位Ｅ。
が、 ＧａＳｂの価電子帯頂に達した時に電流は極小に
なりバレー電流が流れる。
なりバレー電流が流れる。
第３図は本発明による他の実施例である。
第３図（ａ）は素子の断面構造の模式図である。図中１
４はｎ” Ｉｎ＾３基板で、１１〜１３は基板１４の上
に例えばＭＢＥ法により形成された例えば下記の如きき
結晶層である。
４はｎ” Ｉｎ＾３基板で、１１〜１３は基板１４の上
に例えばＭＢＥ法により形成された例えば下記の如きき
結晶層である。
図番 エピタキシアル 不純物濃度 厚さ層
（ｃｉ＋−’） （人）１１ ｎ−
ＩｎＡｓ １ｘｌＯ”：Ｓｉ ５０００１
２ ＧａＳｂ ノンドープ １００１３
ｎ−１ｎＡｓ １ｘｌＯ”：Ｓｔ
５０００１５、１６は電極金属で１例えば金・ゲルマニ
ウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）で形成される。
（ｃｉ＋−’） （人）１１ ｎ−
ＩｎＡｓ １ｘｌＯ”：Ｓｉ ５０００１
２ ＧａＳｂ ノンドープ １００１３
ｎ−１ｎＡｓ １ｘｌＯ”：Ｓｔ
５０００１５、１６は電極金属で１例えば金・ゲルマニ
ウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）で形成される。
第３図（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造を示す、
ｎ−ＩｎＡｓＪｉｌｌ、１３中の電子に対してＧａ５ｂ
ｌ１２はポテンシャルバリアとして働き、第一共鳴準位
Ｅ、は電子透過窓の役割を持つ。
ｎ−ＩｎＡｓＪｉｌｌ、１３中の電子に対してＧａ５ｂ
ｌ１２はポテンシャルバリアとして働き、第一共鳴準位
Ｅ、は電子透過窓の役割を持つ。
本実施例では＋ ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ 系を用いてい
るが。
るが。
ＩｎＡｓ、Ｓｂ、 （０＜ｘ ＜０−２）、ＧａＡｓｙ
ｓｂ、、（ｏ ＜ｙ ＜０．２）等の混晶を用いても
同様の効果が認められる筈である。
ｓｂ、、（ｏ ＜ｙ ＜０．２）等の混晶を用いても
同様の効果が認められる筈である。
本発明による［ｎＡｓ／ＧａＳｂ系のタイプ用ヘテロ接
合より成る二重ヘテロ構造を利用した共鳴トンネルダイ
オードは、従来の（、ＩＡ３／ＡｌＧａＡｓ系ダイオー
ドでは得られなかった１０を超えるピーク電流対バレー
電流比を室温において実現した。
合より成る二重ヘテロ構造を利用した共鳴トンネルダイ
オードは、従来の（、ＩＡ３／ＡｌＧａＡｓ系ダイオー
ドでは得られなかった１０を超えるピーク電流対バレー
電流比を室温において実現した。
例えばこれをＲＨＥＴに応用した場合、ノイズマージン
のより大きい新機能回路が構成できる。
のより大きい新機能回路が構成できる。
このように本発明は、共鳴トンネル効果を利用する応用
分野を拡大することに寄与した。
分野を拡大することに寄与した。
第１図（ａ）は本発明による素子断面構造の模式第１図
（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造図。 第２図（ａ）は共鳴トンネル電流の負性抵抗特性を模式
的に示す図。 第２図（ｂ）はバイアス条件に対応するエネルギバンド
構造図。 第３図（ａ）は本発明による他の素子断面構造の模式図
。 第３図（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造図。 第４図（ａ）はヘテロ構造タイプＩのエネルギバンド構
造図。 第４図（ｂ）はヘテロ構造タイプ■のエネルギバンド構
造図 である。 図において２ １．３はｐ−ＧａＳｂ エピタキシャル層。 ２はＩｎＡｓエピタキシャル層。 ４はｐ”−ＧａＳｂ基板。 ５．６は電極金属。 １１、１３．はｎ−１ｎＡｓ工ピタキシヤル層。 １２はＧａＳｂエピタキシャル層。 １４はｎ”−１ｎＡｓ基板・ １５、１６は電極金属。 を示す。
（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造図。 第２図（ａ）は共鳴トンネル電流の負性抵抗特性を模式
的に示す図。 第２図（ｂ）はバイアス条件に対応するエネルギバンド
構造図。 第３図（ａ）は本発明による他の素子断面構造の模式図
。 第３図（ｂ）は該素子のエネルギバンド構造図。 第４図（ａ）はヘテロ構造タイプＩのエネルギバンド構
造図。 第４図（ｂ）はヘテロ構造タイプ■のエネルギバンド構
造図 である。 図において２ １．３はｐ−ＧａＳｂ エピタキシャル層。 ２はＩｎＡｓエピタキシャル層。 ４はｐ”−ＧａＳｂ基板。 ５．６は電極金属。 １１、１３．はｎ−１ｎＡｓ工ピタキシヤル層。 １２はＧａＳｂエピタキシャル層。 １４はｎ”−１ｎＡｓ基板・ １５、１６は電極金属。 を示す。
Claims (1)
- インジウム砒素を主成分とする半導体とガリウムアンチ
モンを主成分とする半導体との二重ヘテロ接合より成り
、中央バリア層の第一共鳴準位が、該ヘテロ接合の他方
のエネルギ禁制帯内には存在しないようなエネルギバン
ド構造を有し、該バリア層による共鳴トンネル効果に基
く負性微分抵抗を利用することを特徴とする半導体負性
抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12281387A JPS63288061A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 半導体負性抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12281387A JPS63288061A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 半導体負性抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63288061A true JPS63288061A (ja) | 1988-11-25 |
Family
ID=14845273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12281387A Pending JPS63288061A (ja) | 1987-05-20 | 1987-05-20 | 半導体負性抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63288061A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5298763A (en) * | 1992-11-02 | 1994-03-29 | Motorola, Inc. | Intrinsically doped semiconductor structure and method for making |
| JP2009016875A (ja) * | 2001-07-23 | 2009-01-22 | Cree Inc | 低順電圧で低逆電流の動作特性を有する窒化ガリウムベースのダイオード |
| US8134142B2 (en) | 2006-01-25 | 2012-03-13 | Nxp B.V. | Tunneling transistor with barrier |
| JP2012514345A (ja) * | 2008-12-30 | 2012-06-21 | インテル コーポレイション | トンネル電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
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| US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
-
1987
- 1987-05-20 JP JP12281387A patent/JPS63288061A/ja active Pending
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