JPS6354777A - 共振トンネル装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明は電子式半導体装置、更に具体的に云えば、井
戸を共振トンネル作用で通過する担体が変調される様な
ｍ子井戸装置に関する。

従来の技術及び問題点 φ子月戸装買は種々の形式のものが知られており、へ゛
ア０構）負レーデが好例である。ｈ！！子廿戸ヘデロ構
ｈｊレーザは、け子弁戸内の離散的なエネルギ・レベル
に頼って高い効率を達成し、典型的に（よいくかの結合
された量子井戸て・構成されている。

全般的には、スピーの著書フィジックス・オブ・廿ミコ
ンダクク・デバイセズ７２９乃至７３０　ｃＸ（ワイリ
ー・インター勺イエンス社刊、１９８１汗第２版）参照
。高電、子移動度トランジスタ（ＨＩＥ　Ｍ　Ｔ　）が
別の形式の量子井戸であり、典型的には１６子片戸の半
分（１個のへテロ接合）しか使わないが、幾つかの量子
井戸の積重ねを含んでいてよい。ＨＥＭＴの特性は、ヘ
テロ接合と平行な導電及び量子井戸の導電又はｌ１１１
電子サブバンドに起因する。導電担体く電子又は正孔）
がドナー又はアクセプタから隔離され、この隔部１が担
体の不純物による散乱を制限覆る。例えば５３ジヤープ
ル・オブ・アプライド・フィジックスＵｓ　１０２３頁
（１９８２年）所載の王、ドラモンド他の論文「単一及
び多重周期変調ドープ形（△ｌ　Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ
ヘテロ構造に於ける電子移ｆ１１度」を参照されたい。

規則格子は、個別のＪＦ戸が区別出来ず、井戸が格子内
の原子と類似する程、緊密に結合された多数のけ子井戸
で構成される。従って、規則格子は、結合された量子１
戸のグループというよりも、新しい種類の材料の様な振
舞いをする。全般的には、ＣＲＣクリティカル・レビュ
ーズ・イン・ソリッド・ステート・サイエンス誌１９５
頁＜１９７６年４月号）所載の１−６工４ツキ他の論文
［分子ビーム・エピタキシャル法によって成長させた半
導体の超微細構造］を参照されたい。ゴー１ましくｈい
不純物を捕捉づ゛ろことを少なくし、成長中の粗面化を
防止づることにより、１１戸と障壁の界面を改善する為
の甲子ｔ１戸Ｖ５壁として規則格−ｒ−が使われている
。４７アブライド・フィジックス・レターズ誌２９５頁
（１９８５年）所載のト」、サカキ他の論文［規則格子
の合今様材料（０，９頁ｍ　　ＧａΔｓ１０．９頁ｍ　
　／Ｍ！ＧａΔＳ）を障壁層として持つ半導体量子井戸
に於けるエネルギ・レベル及び電子波＋）＋関数」及び
２４ジヤパン・ジｔ７−ナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス誌、第２部Ｌ　４０５頁（１９８５年）所載の
Ｋ。

フジワラ他の光ルミネツセンスの研究を参照されたい。

共１辰トンネル装買は、ｈ′ｇ子の局限及び結合作用を
示す最も簡！！な吊子井戸装置であり、最初にし。

ヂャン他によってωｌ究された。２４アプライド・フィ
ジックス・レクーズ誌５９３頁（１９７４年）参照。彼
は（Ｉｔ湿に於ける共振トンネル・ダイオードの電流−
：を圧特性の弱い構造を観詳１した。最近になって、ソ
ルナー他は、４３アプライド・フィジックス・レターズ
誌５８８真（１９８３年）に発表している様に、この様
な装置に於ける大きな負の差別的な抵抗を観測した（６
対１と云う山と谷の比が得られた）し、シェブチュク他
が４６アプライド・フィジックス・レターズａＡ　５０
８頁（１９８５年）に、そしてＭ、リード他がジャーナ
ル・オブ・マチイーリアル・リサーチ誌（１９８６年）
に発表している様に、室温に於ける共振トンネル作用を
実証した。

典型的な共振トンネル・ダイＡ−ド構造が第１Ａ図乃至
第１Ｄ図に図式的に示されている。第１Ａ図は簡略断面
図である。第１Ｂ図は、バイアスを加えない時のこのダ
イオードの導電帯の縁の輪郭を示している。第１Ｃ図は
共振状態になる様なバイアスを加えた時の導電帯の縁で
あり、第１Ｄ図は低温に於りるダイオードのりＤ型的な
電流−電圧特性である。好ましい材料は、ＧａＡｓ／Ａ
ｊ！Ｇａ　　　Ａｓの格子を釣合せた系であるが、×１
−ｘ 歪みを加えた層形ヘテロ構造系でも共振１ヘンネル作用
が観測されている。５２ソリツド・ステイト・コミニコ
ケーションズ誌２　、’３７１″、ｊ（１９８４年）所
載のガブリ１−１ピツチ他の論文を参照されたい。

中心の（）　ａ　Ａ　Ｓ　量子井戸（第１Ｂ図及び第１
０図参照）を限定Ｊる２つのＡＩ　Ｇａ　　Ａｓ層が・
ｘ　　　１−ｘ ダイオードの中での電子の輸送に対し１部分的に透明な
障壁として作用する。外側の端子の間のバイアスが、１
つの吊子１戸の束縛状態が入力電ｌ船のフェルミ・レベ
ルと大体同じエネル下・レベルを持つ様になっている時
、共振トンネル作用が起る。このことが第１Ｃ図に矢印
で示されている。

こうして、バイアス（？ｈｉ圧）の関数として、電子の
透過（電流）のピークが観測される１、」Ｉ−振ｉ−ン
ネル・ダイオードは、ファブリ・ベロー共１騒器と電気
的に類似刀るちのである。漏れ（非弾性トンネル電流）
が、Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ　／△Ｉ　ＧａＡｓのＸ　　　１−
ｘ 界面の品質と電子−光１１１子散ｉ１Ｌによって決定さ
れる。

共振トンネル・ダイオードは高速の電荷輸送（１００フ
エムト秒未：０２）を持ち、これはマイク０波発振器及
び高速スイッチに対する用途があることを意味している
。然し、こういうダイオードの効用は、性能を低下させ
る峰なトンネルｌ、’５檗内の非弾性トンネル作用及び
散乱によって制限されている。

帽子１［戸装置は分子ビーム・エピタキシャル法（ＭＢ
Ｅ）又は金属有機化学反応気相成長（Ｍ○ＣＶＤ）よっ
て層毎に成長させるのが典型的であり、この成長中の基
板温度がドープされていないトンネル障壁及びす１戸へ
のドーピング不純物の拡散をＨ（き、その為に性能が低
下する。更にＭＢＥ及びＭＯＣＶ［’）は、ＡＩ　　Ｇ
ａ１−ｘＡｓ成艮成長りる合金の組成（Ｘ）の制御が回
動であり、これが性能が低下する別の原因である。

この為、公知の共成トンネル・ダイオードは界面の不完
全さ及び合金障壁による合金散乱の問題と、合金の組成
の制御、及び著しくドープされた゛電極から障壁を介し
てのドーピング不純物の拡散と云う製造上の問題とがあ
る。

この発明は２元規【１１１洛子（バイプリ・スーパーラ
ティス）トンネル障壁を用いて作られたけ子井戸共徹ト
ンネル装置を提供する。好ましい実施例は、ＧＱＡＳの
？！１−ｉ’井戸、陽極及び陰極と、何れも厚さ５．６
人の層で構成された△１ＡＳ−ＧａΔＳ！Ｊ周１！ＩＩ
規１１１１格子トンネル障壁を持つダイオードを含む。

３つの△ＩＡｓＮが２つのＧａＡＳ層と交互に入る。Ａ
ｊ！ＧａＡｓ合金はこの装ｘ　　　１−ｘ 胃内に出て来ない。短周１１１１規則格子障壁は全て２
元である。２元規則格子トンネル障壁は、３元合金トン
ネル障檗よりし、成長させるのが一層簡ｔ４１であり、
−層精密に成長させることが出来、合金の散乱が避けら
れ、不純物の拡散が制限され、合金よりも一層良い界面
が得られる。

これによって界面の不完全さ、合金散乱、ドーピング不
純物の拡散及び合金の組成のυ制御と云う問題が解決さ
れる。

実　　施　　例 第１の好ましい実施１例の共成トンネル・ダイオード３
０が第２図に一部分を破断した簡略斜視図で示されてお
り、これは単結晶半導体であって、ｎ＋“形ＧａＡｓ層
３２、ドープされていない短周期２兄規則格子３４、ド
ープされていないＧａＡＳｆｆｉ子井戸３６、ドープさ
れていない短周朋現則格子３８、ｎ＋＋形ＧａＡＳＩ８
４０及び絶縁物４２を含む。図面を見易くする為に、層
３２及び４０に対する金；ゲルマニウム／ニッケル／全
接点と、接点に対する導線と、不活性化及びその伯のパ
ッケージは図面に示してない。これらの層及び領域は類
似構造の名曲で呼ぶのが最も便利である。

即ち、領域層３２を陰極と呼び、ＦＪ４０を陽極と呼び
、層３６を井戸と呼び、層３４及び３８をトンネル障壁
と呼ぶ。層３２．３４．３６．３８゜４０は何れも約１
０ミフロン×１０ミク１］ンの共通の四角な断面を持っ
ているが、Ｖさは次の通りである。井戸３６は５０八、
トンネル障壁３４゜３８は夫々２８人、そして陽極４０
及び陰極３２は１ミクロンと云う様な任意の便利な寸法
である。

トンネル障壁３４．３８は夫々５つの部分的な層で構成
される。叩ら、５．６人のＡ！！、ＡＳ、その後の５．
６人のＧａＡＳ、その後の５．６人のΔ１ΔＳ、その後
の５．６人のＧａＡｓ及び最後の５．６人の△ＪＡＳで
ある。これらの部分的な層は何れもドープされていない
。これらの居は全て（１００）配向であり、５．６人は
２つの分子層に対応する。第３図は、第２図のｒＡ３３
に沿った組成の分布図であり、ダイオード３０の中の距
離の関数として、ＧａＡｓに対するＡ１ΔＳの端数の割
合を示す。

第４Δ図は］−ネルギ・レベルの線図で、バイアスを加
えない時の第２図のＦＡ３−３に沿ったＩｉ５．低の４
市帯の縁及びフェルミ・レベルを示している。

第４［３図は、陽極４０ど陰厖３２の間に約２５０ｍｖ
のバイアスを加えた時の同じ導電帯の縁及びフェルミ・
レベルを示す。第４Ａ図及び第４Ｂ図に示す様に、Ａ１
ΔＳＦＪ及びＧａＡＳ層の界面に於ける導７を帯の直接
ギＶツブの不連続は約０．９２ｅＶ　（９２０ｎ＋ｃＶ
　）である。この数値が、ＧａＡｓ及び△ＩＧａＡＳの
間のバンドギャップの差を、一般的に受入れられている
様に、６０％が導電帯の不連続として現れ、４０％が価
電子帯の不連続として現れる様に区分することによって
、導き出されたことに注意されたい。以下の説明から判
るが、この様に区分したことは、数値を調節する以１−
に、装置３０の動作に河谷特別の影響がない。

トンネル障壁３４．３８は短周期用１１す格子であり、
従って、トンネル障壁３４．３８の実効的な障壁の高さ
は、第４Ａ図及び第４Ｂに参照数字４６で示した、最低
ミニバンドの下縁のｎさである。

大まかに云えば、この高さは６００　ｍｅＶである。

短周期ΔＩ　　Ｇａ　　　へＳ規則格子の実効的な障ｘ
　　　１−ｘ ！Ｖの高さが、規則格子の平均の組成と等しい組成を持
つ対応する合金障壁の障壁の高さより低く児えることに
注意されたい。この実効的な障壁の高さ及び井ｐ３６内
のサブバンド・レベルを計律する為に、導電帯の中にあ
る電子に対し実効的な質量近似を用いる。これは、電子
の波動関数が、導体帯の底に於けるブロッホ関数と次に
ホラ様な形の包絡線ＰＡ数との積であると仮定する。

１（Ｖｋ　　＋Ｚｋ　　＋ｘｋ　　） ζ’（Ｘ）ｅ　　　Ｖ　　　＾　　Ｘ こ）で波数ベクトルｋ　及びに２は導電帯の縁に対して
測定し、ｋ８はに、及びに２に依存し、ζ（×）４４次
の固有値方程式の解である。

静電電位がφ（×）であり、Ｅがζ（Ｘ）に対応する固
有値である。これは電子のボテンシＩ／ル・エネルギ（
ｅ（φ）（ｘ））が、トンネル障壁３４．３８に於ける
振動挙動を含めて、導電帯の縁に等しいとするモデルで
あり、１１戸３６内の同じ又は伯のサブバンドにある池
の電ｆによって導電帯に発生される静電界がこの帯の曲
げによって考慮されている。Ａｊ！ＡＳ内のブロッホ関
数はＧａＡｓ内と同じ形であるとする。

次の計ｎは、ボデンシャル井戸３６内の電子に対する大
体最低エネルギの固有値を見つけることである。井戸３
ｆ）ｌよＸ方向だけのポテンシャル井戸であり、従って
、ｋ　及びに７がゼロに等しいとして計算した開数的な
エネルギ・レベル（固有値Ｅ）が実際に、大きなｙ及び
２寸法によるｋ。

及びに２の増加に対応りる殆んど連続的なレベルを持つ
サブバンドの底になる。サブバンドの下縁に於ける実効
的な質量近似は、放物線形のサブバンドの縁（運動エネ
ルギが波数ベクトルの２次関数である）を仮定し、従っ
て波数ベクトル（ｋ　　。

ｋ、に７）を持つ電子の運動エネルギは次の様になる。

２Ｎ！　　　　　　　　２ｍｔ こ１でｒｒＢはＸ方向（縦方向）の実゛効的な質量であ
り、ｍｔがｙ−ｚ　（横）方向の実効的な質量である。

計ｐでは、ｍｌ及びｍ、の両方を電子の静止質量の０．
０６７倍にとると、バルクのＧａＡｓの下側の谷の実効
的な質量を使うことに相当する。

次に、井戸５２内の最低エネルギ・ザブバンドにある１
個の電子の波動関数を考える。これは−ｅφ（Ｘ）が四
角の井戸５２であり、Ｅが最も小さい固有１直である解
ζ（Ｘ）に対応する。この波動関数は次の様に近似する
ことが出来る。

ｖｏ　（ｘ、　ｙ　、　ｘ　；　ｋｘ、　ｋｙ　、’ｚ
　）こ）でＡ、Ｂ、Ｃ，ｃ、ｋ　　、ｋ　　、に３は釣
合う境界条件によって決定され、（」（暑はブロッホ関
数であり、ｋ、及びに、はｙ及びＺ方向の波数ベクトル
であり、ｋ、に、に３は３つの層３４．３６．３８に於
けるＸ波数ベクトルである。

×座標の原点が便宜的に、層３４．３６の界面にあると
しであること、並びにに、に２．’に３が、各々のに、
に７の対に対して考えられる解の離数的な及び連続的な
集合の内の最低であることに注意されたい。史に、トン
ネル障壁（短周期規則格子）３４．３８からのボテフシ
１１ルは、無限の範囲の一定ボテンシＶルで近似してい
て、実効的なｎ　５５の高言に等しいこと、及び？ｔｉ
子スビスピン圧していることに注意されたい。

＃１戸３６に対するヰ底状態エネルギ（最低のすブバン
ドの縁の底にある励起されていないレベル）は、導電帯
の縁より約１２５　ｍｅＶ上にあり（即ち、最低のサブ
バンドの下縁は帯の縁より１２５ｅ＋ｅｖ高い）、第４
Ａ図に参照数字４８で示されている。

１番目の励起状態は大まかに云えば３００乃至４Ｑ　Ｑ
　ｍｅＶの所にあり、参照数字５０で示しである。

これより上では、−層高い状態は、無限の井戸の２次の
エネルギ増加からずれ、障壁の実効的の頂部に（エネル
ギが）接近する為に、固まり始める。

低い方のエネルギ・レベルについては第４Ａ図及び第４
Ｂを参照されたい。

次にダイオード３０の動作を説明する。最初、陽極４０
に対して陰極３２の小さな（１０１ｖ未満）の負のバイ
アスを考える。陰極３２の５ｆｆｉ帯にある電子は、主
に波数ベクトルＯを持つ帯の縁の近くに集中している。

この為、包絡線関数の波長は、トンネル障壁３４．３８
及び井戸３６の厚さより大きく、界面に於ける反射は建
設的又は破壊的な干渉が殆んどなく、障壁の指数関数形
の減衰が支配している。従って、導電帯の電子が陰極３
２から障’Ｓ！３４をトンネル作用で通過し、井戸３６
を通り、その後障壁３８をトンネル作用で通過する研ｒ
率は、大まかに云えば、障壁３４．３８の〃さの和と等
しいＰνさを持っていて、障壁３４．３８と同じ＾さを
持つ障壁を電子がトンネル作用で通過りるのと同じであ
る。これは、小さなバイアス及び低いエネルギに対して
は、トンネル電流が、２次■ｆ１及び指数関数項の積の
形をした、バイアスに対する関数関係を持つ筈であるこ
とを意味する。

バイアスが増加するにつれて、井戸３６内にある間のト
ンネル電子の運動エネルギが、陰（々３２の導電帯の縁
に対するＪ１戸３６内の導電帯の縁が下がる為に、増加
する。（この増加は、Ｘ方向のボ゛アンシ１１ルの不連
続性の為に、ｋｘだけの増＋Ｊｎとして現れる。、）界
面からの投射が意味を持ら、バイアスが増加するにつれ
て、陰極３２内で波数ベクトルがＯに近いトンネル電子
で、最終的に共振が起る。−これが起るのは、井戸３６
内の最低のサブバンドの縁が（第４Ｂ図に示す様に）陰
極３２内の導電帯のれと揃う時であり、これは、トンネ
ル電子のに８が井戸３６内の束縛レベルの固有値に、Ｘ
と丁度等しいことを意味する。勿論、大きな波数ベクト
ルを持つ陰極３２内の電子（熱い電子）では、−層低い
バイアスで共振が起る。バイアスが更に増加すると、共
振が乱れ、井戸３６内の２番目の束縛レベルとの共振が
起るまで、第１Ｄ図に示す様に電流が低下し、この後更
に高い共成が同様に起る。

ダイオード３０は対称的であり、従って、負のバイアス
に対する挙動は、陽極と陰極を切換えるが、今述べたも
のと全く同じである。

ダイオード３０は、第１の好ましい実施例の方法の次に
述べる工程によって製造される。

（→　（１００）配向で、シリコンでｎ＋形にドープさ
れた短結晶ＧａＡＳの基板を第５Ａ図乃至第５Ｄ図に示
す様に、分子ビーム・エピタキシャル払（ＭＢＥ）にＪ
ζって処理する。第５Ａ図乃至第５１）図警よ、時間の
関数として、（Ａ）　６００乃至６４０℃の間で変化し
、短周ＩＩ規則格子及び井戸の成長に対して一層高い温
度を用いる基板の温度、但）約３，０００人のバッファ
ＧａＡｓ層を成長させる最初の高い速度〈−層高いセル
温度）の後、ｍ子＃′を戸に対する一層低い速度を用い
、短周期用１！１．１格子のトンネル障壁に対するシｔ
・ツタの開閉をした１す、ＧａＡｓキャップ層に対する
高い速度に戻ることを示すガリウム・セルの流出速度、
（Ｑ短周期規則格子を成長させる為のシ１ノツタの開閉
を別どすると、ゼロであるアルミニウム・セルの流出速
度、〈１））陽極及び陰極を形成する為のＧａＡｓのｎ
−形のドーピングを示すシリコン・セルの流出速度を示
している。最＋Ｆ＜に述べたドーピングは、トンネル障
壁の５００人以内までは約１×１０１８／ｃｍ３であり
、その後、トンネル障壁から１５人の距離に於【ノる約
１×１０１６／ｃＩＩ＋３まで傾斜して下がり、この時
セルのシセックを閉じる。砒素ヒルは一定の流出速度に
保ち、分解を避１ノる為に、常に砒素の過剰ＪＴ力を供
給する。この処理により、多層単結晶が得られる。側面
断面図は第６Δ図を参照されたい。

（ハ）　フォトレジストを多層結晶に回転付着させ、パ
ターンを定めて能動区ＩＩ！１（第２図の陰極３２の頂
部）を限定する。その後、パターンを定めたフォトレジ
ストを、ｎ＋形バッフ７層まで、成長させた全ての層を
介しての反応性イオン・エッチに対づるマスクとして使
う。次にフ第１・レジストを除去し、プラズマＣＶＤに
より、窒化シリコン絶縁体４２をデポジットづる。第６
Ｂ図参照。

（ロ）　次に絶縁体４２を平面化し、陰極３２を露出１
Ｊるまでエッチする。フォトレジストを回転付着させ、
パターンを定めて、ｎ＋形ＧａＡＳバッファ層にス４し
て絶縁体４２を通るアクセス・バイア４３を限定し、エ
ツチング及びフォトレジストの灰化により、バイアを形
成する。（この代りに、第６Ｃ図のブレーナ装置の代り
に、草根に対Ｊる裏側接点を用いることが出来る。〉最
後に、蒸着及びす７１〜オフにより、夫々陰極３２及び
陽極４０に対する金：ゲルマニウム／ニッケル／金接点
４５．４７を形成し、ボンディング・ワイヤ、パッケー
ジなどを別として、ダイオード３ｏを完成する。側面断
面図は第６Ｃ図を参照されたい。

ダイオード３０ｆよ、（１）合金を全く使っていない為
に、合金散乱のないトンネル障壁を持ち、（２）ドーパ
ントが最初はトンネル障壁及び規則格子の１〜ンネル障
壁から離して位置ぎめされ、この為、処理中のドーパン
トの拡散がトンネル障壁又は吊子１１戸を目立ってドー
プすることがない、（３）２元組成物だけを成長させ、
短周期規則格子は厚さが僅７Ｊ１２分子層までの層を持
つので、成長の際、一体の分子層の安定性の利点を６川
づる為に、パラメータが精密であり、（４）規則格子が
歪みを吸収しに’？る為に、界面が完全であると云う特
徴がある。

第２の好ましい実施例のダイオ゛−ド１３０は、吊子Ｊ
１戸がｌｎ　　Ｇａ　　　ＡＳで、ｘ＝０．９とｘ　　
　１−ｘ づる他は、ダイオード３０と同じである。特に、ダイオ
ード１３０は１１結晶内に次に述べるブレーナ領域を持
つ。ＩＩＩ　Ｆ）、ｎ＋形にドープされたＧａＡＳの陰
極１３２、ドープされていむい２元ΔｌＡ　ｓ　／　Ｇ
　ａ　Ａ　Ｓ　Ｐ）、Ｑ周期規則格子のトンネル障壁１
３４、ドープされていないＩｎＧａＡＳのｘ　　　　　
１−Ｘ 吊子井戸１３６、ドープされていない２元ＡＪＡ　Ｓ　
／　Ｇ　ａΔＳ短周ｌ１Ｉｌ規則洛了のトンネル障壁１
３８、及びｎ−形にドープされたＧａＡＳの陽極１４０
である。

ダイオード１３０の導電帯の整合が、バイアスがない場
合については第７Δ図に、そして１００ｍＶのバイアス
に対しては第７Ｂ図に示されている。

ダイオード１３０はダイオード３０と責なり、ダイオー
ド１３０にバイアスが印加されていない時、陰極１３２
及び１４０内の電子と大体同じエネルギで、井戸１３６
内の最低エネルギのサブバンドの底１４８を持っている
。即ち、ダイオード１３０はデプリーション・モードの
装置であり、バイアスが小さい時は、ｌＩ（抗値が小さ
く（共振）、バイアスが更に大きくなると、１番目の励
起されたサブバンドの底が共振状態になるまで、大ぎな
抵抗（共成の崩れ）を持つ。

変形と利点 好ましい実施例のトンネル・ダイオードの寸法と材料は
、２元知周明規則格子トンネル障壁のＱ２ｊ徴を生かし
ながら、大幅に変えることが出来る。

実際、陽（ル及び陰極は、トンネル障壁の実効的なバン
ドギャップより小さなバンドＹ１７ツブを持つ合金にす
ることが出来る。こうすると、別のデブリーシ」ン・モ
ードのＨ置が得られる。更に、装置を非り・１称にし、
一方の方向では、他方の１）向より６１−層小さいバイ
アスで共振状態に達する様にしたり、或いは−Ｉノの方
向ではデプリーション・モード、他方の方向ではエンハ
ンスメント・モードにすることさえ出来る。砒化アルミ
ニウム・ガリウム系を砒化燐化インジウム、テルル化水
銀カドミウムの様な他の系、又は格子が釣合わない系の
歪みを加えた層等に置換えてし、（ド結晶（４造を保つ
ことが出来る。この他の秤類の共（辰トンネル装置は、
吊子井戸に接点を持つ、３瑞子装置の様に、２元知周期
規則格子トンネルＶ５壁を使うことが出来る。

電子の代りに正孔を担体にすることが出来、或い１よ正
孔及び゛吊子の両方を同時に反対向きに輸送することさ
え出来る。寸法の変更又は材料の取替え又はその組合せ
ににす、エネルギ・レベルを変えることが出来る。例え
ば、井戸は短周期規則格子構造を持つことが出来、更に
多くの歪みを加えた層を使うことが出来る。

動作温度をｖＡ節することが出来、これは光端子のポピ
ユレーションを拡張又は収縮させ、こうして非弾性トン
ネル速度を変える効果を持つ。

第６Ｃ図のブレーナ装置にくし形陽極及び陰極を用いる
と云う様な、種々の形状を利用することが出来る。

好ましい実施例及び変形の利点は、共振トンネル装置に
とって、成長の手順が簡単であること、及び界面の不完
全さ及び合金拡散が少ないことである。

以上の説明に関連して更に下記の項を開示する。

（１）第１の半導体材料で作られた平面状吊子井戸と、
該井戸に平面状に接していて、何れも、夫夫２元化合物
である第２の半導体材料及び第３の半導体材料の交互の
層からなる短周期規則格子である第１及び第２の平面状
トンネル障壁と、ドープされた第４の半導体材料で作ら
れていて、前記第１のトンネル障壁に平面状に接する第
１の端子と、ドープされた第５の半導体材料で作られて
いて、前記第２のトンネル障壁に平面状に接する第２の
端子とを右し、前記第１の材料のバンドギャップが両方
の前記トンネル障壁の実効的なバンドギャップより小さ
く、前記第４の材料のバンドギャップが前記第１のトン
ネル障壁の実効的なバンドギｔ７ツブＪ：り小さく、前
記第５の材料のバンドギャップが前ｒｉ２第２のトンネ
ル障壁の実効的なバンドギＩ／ツブより小さく、この為
、前記端子の間に印加されたバイアスにＪ、す、前記第
１の端子から前記１層戸内の篭ナブバンドを通って第２
の端子に達り“る１層１体の」（振トンネル竹用が制御
ｌ＋される様にした共振トンネル装置。

ｆ２１　　＋１１項に記載した共振トンネル装置に於て
、ｎＦｊ記第１、第；う、第４及び第５の材料がＧａＡ
ｓであり、前記第２の半導体材料が△△Ｓである共振ト
ンネル装ｒ１０ ＋ａ＋　　ｎｉ項に記載した共振トンネル装置に於て、
６ｉｉ記第１の材料がＩ　ｒｌＧａＡｓｒＲ２、前記第
２の材料がＡＪＡｓであり、前記第３、第４及び第５の
材料がＧａＡＳである共振トンネル装置。

ｆ４１　　＋１１項に記載した共振トンネル装置に於て
、前記λ０周１！１１現則格子が何れも５層を持ち、３
層は第２の材料、２層は第３の材料で構成されている１
ｔ１辰トンネル装置。

（５１ｆｔｌ　Ｉｎに記載した共振トンネル装置に於て
、前記矩周期規則格子内の各層の厚さが２分子層である
共振トンネル装置。

（６）　　共振１〜ンネル装置を製造づる方法に於て、
基板の温度及び分子の流れを第５Δ図乃至第５Ｄ図に示
す様にして、砒素の過剰圧力のもとに、ＧａＡＳ￥５仮
の上にＧａＡＳ層及びへ乏ΔＳ層を低圧成長させ、前記
層状基板のパターンを定めエツチングして、装置を形成
し、該装置に対する接点を形成する工程を含む方法。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図乃至第１１）図は共振トンネル・ダイオードを
示す略図、第２図は第１の好ましい実施例の共１１トン
ネル・ダイオードの斜視図、第３図は第２図のｉ’２３
−３で切った組成の分布図、第４図及び第４Ｂ図はバイ
アスがない場合及び共振バイアスを加えた場合の、第２
図の線３−３から見た導電帯の縁の線図、第５Ａ図乃至
第５Ｄ図及び第６Ａ図乃至第６Ｃ図は、共振トンネル・
ダイオードを製造する第１の好ましい実施例の方法を示
す図、第７Δ図及び第７Ｂ図はゼロ・バイアスの共振及
び非共振バイアスを持つ第２の好ましい実施例に対ザる
導電帯の縁の線図である。 主な符号の説明 ３２：陰極 ３４．３８：短周１ｕｌｌ　ｍ則格了 （ｓｈｏｒｔ−ｐｅｒｉｏｄ　５ｕＤｅｒｌａｔｔｉｃ
ｅ）３６：吊子井戸 ４０：陽極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の半導体材料で作られた平面状量子井戸と、該井戸
   に平面状に接していて、何れも、夫々２元化合物である
   第２の半導体材料及び第３の半導体材料の交互の層から
   なる短周期規則格子である第１及び第２の平面状トンネ
   ル障壁と、ドープされた第４の半導体材料で作られてい
   て、前記第１のトンネル障壁に平面状に接する第１の端
   子と、ドープされた第５の半導体材料で作られていて、
   前記第２のトンネル障壁に平面状に接する第２の端子と
   を有し、前記第１の材料のバンドギャップが両方の前記
   トンネル障壁の実効的なバンドギャップより小さく、前
   記第４の材料のバンドギャップが前記第１のトンネル障
   壁の実効的なバンドギャップより小さく、前記第５の材
   料のバンドギャップが前記第２のトンネル障壁の実効的
   なバンドギャップより小さく、この為、前記端子の間に
   印加されたバイアスにより、前記第１の端子から前記井
   戸内のサブバンドを通つて第２の端子に達する担体の共
   振トンネル作用が制御される様にした共振トンネル装置
   。