JPS6381877A - 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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- JPS6381877A JPS6381877A JP61226766A JP22676686A JPS6381877A JP S6381877 A JPS6381877 A JP S6381877A JP 61226766 A JP61226766 A JP 61226766A JP 22676686 A JP22676686 A JP 22676686A JP S6381877 A JPS6381877 A JP S6381877A
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- Japan
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- layer
- negative resistance
- resistance element
- mobility
- quantum well
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- Pending
Links
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Semiconductor Lasers (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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は量子井戸構造の井戸膜面に電界を印加するこ
とによって生ずる量子井戸内のホットエレクトロンを利
用した半導体負性抵抗素子に関するものである。
とによって生ずる量子井戸内のホットエレクトロンを利
用した半導体負性抵抗素子に関するものである。
第２図は例えはアプライド フィツクス レターズ、４
０巻、４９３頁、 （１９８２年）（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ、 Ｖｏｌ。
０巻、４９３頁、 （１９８２年）（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙ
ｓ、Ｌｅｔｔ、 Ｖｏｌ。
４０、 ｐ、４９３． （１９８２））に示された従来
の半導体真性抵抗素子の構造を示す断面図であり、図に
おいて、１は半絶縁性クロムドープＧａＡｓ基板、２は
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により成長したＧａＡｓ
バッフｙＴｆｉ、３はＡｌＧａＡｓ層、４はＧａＡｓ１
子井戸層、５ａ、５ｂは電極、６ａ、６ｂはオーミック
コンタクトである。
の半導体真性抵抗素子の構造を示す断面図であり、図に
おいて、１は半絶縁性クロムドープＧａＡｓ基板、２は
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により成長したＧａＡｓ
バッフｙＴｆｉ、３はＡｌＧａＡｓ層、４はＧａＡｓ１
子井戸層、５ａ、５ｂは電極、６ａ、６ｂはオーミック
コンタクトである。
次に動作について説明する。第２図に示す半導体真性抵
抗素子は、ＡｌＧａＡｓ層３にのみシリコンＳｉがドー
ピングされており、Ｇ ａ Ａ ｓ 層４にはドーピン
グされない、従って、Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ層３のド
ナー電子はポテンシャルの低いＧ ａ Ａ ｓ１６４に
落ち込む。このＧａＡｓ層４はドーピングが行われてい
ないので、不純物散乱が著しく低く、非常に移動度が高
い。これに対してＡｌＧａＡｓ層３の移動度は非常に小
さい。次に、この様に構成された積層構造に対し電極５
ａ、５ｂによりオーミックコンタクト６ａ、６ｂを介し
て積層構造の層界面に平行方向に電圧を印加する場合を
考えてみる。印加電圧が低い場合は主にＧ ａ Ａ ｓ
１５４の電子による電流が流れる。しかし、印加電圧
を高めると高移動度電子はその熱平衡状態より非常にエ
ネルギーの高い状態（ホットエレクトロン）にまで加速
される。電界方向に加速された電子のエネルギーは電子
−電子衝突によりランダムＧこ散乱され、散乱電子の一
部はへテロ界面のポテンシャル障壁を越え移動度の低い
Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｎ ３に入り込みイオン化し
ていた母体ドナーと再結合する。高移動度Ｇ ａ Ａ
ｓ Ｆｉ ４から低移動度ＡＩＧａＡ ｓ 層３への電
子の散乱が生じると、本例の素子はガン効果の場合と同
じ様に真性抵抗を示す。この真性抵抗特性を用いた発振
器の発振周波数の上限は約ＩＱＩＩＨ２と見積もられて
いる。
抗素子は、ＡｌＧａＡｓ層３にのみシリコンＳｉがドー
ピングされており、Ｇ ａ Ａ ｓ 層４にはドーピン
グされない、従って、Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ層３のド
ナー電子はポテンシャルの低いＧ ａ Ａ ｓ１６４に
落ち込む。このＧａＡｓ層４はドーピングが行われてい
ないので、不純物散乱が著しく低く、非常に移動度が高
い。これに対してＡｌＧａＡｓ層３の移動度は非常に小
さい。次に、この様に構成された積層構造に対し電極５
ａ、５ｂによりオーミックコンタクト６ａ、６ｂを介し
て積層構造の層界面に平行方向に電圧を印加する場合を
考えてみる。印加電圧が低い場合は主にＧ ａ Ａ ｓ
１５４の電子による電流が流れる。しかし、印加電圧
を高めると高移動度電子はその熱平衡状態より非常にエ
ネルギーの高い状態（ホットエレクトロン）にまで加速
される。電界方向に加速された電子のエネルギーは電子
−電子衝突によりランダムＧこ散乱され、散乱電子の一
部はへテロ界面のポテンシャル障壁を越え移動度の低い
Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｎ ３に入り込みイオン化し
ていた母体ドナーと再結合する。高移動度Ｇ ａ Ａ
ｓ Ｆｉ ４から低移動度ＡＩＧａＡ ｓ 層３への電
子の散乱が生じると、本例の素子はガン効果の場合と同
じ様に真性抵抗を示す。この真性抵抗特性を用いた発振
器の発振周波数の上限は約ＩＱＩＩＨ２と見積もられて
いる。
しかし、従来の半導体真性抵抗素子は負性抵抗の出現す
る電界強度が２〜３ ｋ Ｖ ／ ｃ ｍと比較的太き
（、高移動度のＧａＡｓ層から低移動度のＡｌＧａＡｓ
１ｉへの電子のトランスファーレイトも小さいなどの問
題点があった。
る電界強度が２〜３ ｋ Ｖ ／ ｃ ｍと比較的太き
（、高移動度のＧａＡｓ層から低移動度のＡｌＧａＡｓ
１ｉへの電子のトランスファーレイトも小さいなどの問
題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、負性抵抗の出現する電界強度が低く、トラン
スファーレイトの大きい半導体負性抵抗素子を得ること
を目的とする。
たもので、負性抵抗の出現する電界強度が低く、トラン
スファーレイトの大きい半導体負性抵抗素子を得ること
を目的とする。
この発明に係る半導体負性抵抗素子は高移動度の量子井
戸層及び低移動度層のおのおのの層界面が周期的凹凸構
造を有するものである。
戸層及び低移動度層のおのおのの層界面が周期的凹凸構
造を有するものである。
この発明においては、高移動度の量子井戸層及び低移動
度層のおのおのの層界面が周期的凹凸構造を有するから
電子−電子散乱の確率を増すとともに高移動度量子井戸
層内の散乱電子の低移動度層へのトランスファーレイト
を向上できる。
度層のおのおのの層界面が周期的凹凸構造を有するから
電子−電子散乱の確率を増すとともに高移動度量子井戸
層内の散乱電子の低移動度層へのトランスファーレイト
を向上できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の一実施例による半導体真性抵抗素子の構造
を示す断面図であり、図において２１は凹凸の周期構造
をもつＡｌＧａＡｓ層、２２ａはこの上に成長されたＧ
ａ Ａ ｓ 層、２３ａはさらにこの上に成長された
ＡｌＧａＡ３１ｉ、２２ｂ、２３ｂはそれぞれ引き続き
成長されたＧａＡ、４４． ＡｘａａＡｓＮ、２４はＡ
ｌＧａＡｓキャップ層である。また第２図と同一符号は
同一部分を示す。
図は本発明の一実施例による半導体真性抵抗素子の構造
を示す断面図であり、図において２１は凹凸の周期構造
をもつＡｌＧａＡｓ層、２２ａはこの上に成長されたＧ
ａ Ａ ｓ 層、２３ａはさらにこの上に成長された
ＡｌＧａＡ３１ｉ、２２ｂ、２３ｂはそれぞれ引き続き
成長されたＧａＡ、４４． ＡｘａａＡｓＮ、２４はＡ
ｌＧａＡｓキャップ層である。また第２図と同一符号は
同一部分を示す。
ここで上記凹凸のＲ￥Ｉ′ｐＡ構造は電子の平均自由行
程のオーダか、それ以下の周期をもつものとする。
程のオーダか、それ以下の周期をもつものとする。
次に本実施例の製造プロセスについて説明する。
半絶縁性ＧａＡｓ１板１上にまずＧａＡｓバッファ層２
を形成し、ついでノンドープＡＩＣ；ａＡｓ層２１を成
長させる。この状態で成長を一時中断し、このＡｌＧａ
ＡｓＪＩ２１上にホログラフインク、または電子線露光
とフォトレジストプロセスにより周期構造の凹凸を形成
する。この状態で再び結晶成長過程に入り、先ずノンド
ープのＧａＡｓｆｆｆ子井戸ＦＩ２２ａを成長し、引き
続きドーピングしたＡｌＧａＡｓＮ２５ａ、ノンドープ
ＧａＡｓ層２２ｂ、 ドーピングＡＩＧａＡｓＪ１２
３ｂ。
を形成し、ついでノンドープＡＩＣ；ａＡｓ層２１を成
長させる。この状態で成長を一時中断し、このＡｌＧａ
ＡｓＪＩ２１上にホログラフインク、または電子線露光
とフォトレジストプロセスにより周期構造の凹凸を形成
する。この状態で再び結晶成長過程に入り、先ずノンド
ープのＧａＡｓｆｆｆ子井戸ＦＩ２２ａを成長し、引き
続きドーピングしたＡｌＧａＡｓＮ２５ａ、ノンドープ
ＧａＡｓ層２２ｂ、 ドーピングＡＩＧａＡｓＪ１２
３ｂ。
ＡｌＧａＡｓキャップ層２４を成長する。最後に’Ｒｆ
ｆｉ５ａ、５ｂ及びオーミックコンタクト６ａ。
ｆｉ５ａ、５ｂ及びオーミックコンタクト６ａ。
６ｂを形成して素子が完成する。
本実施例の動作は従来のものとほぼ同様に考えることが
出来るが、主な相違点は高移動度ＧａＡｓ５２２ａ、２
２ｂが電子の加速方向に対して周期的に曲げられている
ため、加速された電子（または散乱された電子）が曲が
りくねったヘテロ界面に衝突する確率が増加することで
ある。雇移動度ＧａＡｓＮ２２ａ、２２ｂの電子のへテ
ロ界面への衝突確率の増加は電子−電子散乱確率の増加
を伴うとともに低移動度ＡＩＧａＡｓｒｆＪ２３ａ。
出来るが、主な相違点は高移動度ＧａＡｓ５２２ａ、２
２ｂが電子の加速方向に対して周期的に曲げられている
ため、加速された電子（または散乱された電子）が曲が
りくねったヘテロ界面に衝突する確率が増加することで
ある。雇移動度ＧａＡｓＮ２２ａ、２２ｂの電子のへテ
ロ界面への衝突確率の増加は電子−電子散乱確率の増加
を伴うとともに低移動度ＡＩＧａＡｓｒｆＪ２３ａ。
２３ｂへのトランスファーレイトの増加を引き起こす、
従って、負性抵抗の現れる電界が従来のものより低くな
り、真性抵抗特性も明瞭に現れる。
従って、負性抵抗の現れる電界が従来のものより低くな
り、真性抵抗特性も明瞭に現れる。
なお、上記実施例では高移動度ＧａＡｓ層が２本の場合
について説明したが、これは１本でも、また３本以上で
も良く、大電流用素子としては多数のＧａＡｓ層を有す
ることが望ましい。
について説明したが、これは１本でも、また３本以上で
も良く、大電流用素子としては多数のＧａＡｓ層を有す
ることが望ましい。
また高移動度ＧａＡｓ層の厚さを変えたいくつかの層を
用いれば多重周波数発振器としての作用を有する素子を
製作することも可能である。
用いれば多重周波数発振器としての作用を有する素子を
製作することも可能である。
また正弦波状の周期構造のかわりに三角波、のこぎり波
、矩形波の周期構造としても本実施例と同様の効果を奏
する。
、矩形波の周期構造としても本実施例と同様の効果を奏
する。
またこのような負性抵抗素子は該素子に光を照射するこ
とによりその食性抵抗特性を変えることが可能であるが
、これは本発明の負性抵抗素子においても実施可能であ
る。
とによりその食性抵抗特性を変えることが可能であるが
、これは本発明の負性抵抗素子においても実施可能であ
る。
以上のように、この発明によれば、半導体負性抵抗素子
において、高移動度の量子井戸層及び低移動度層を周期
的凹凸構造を有するものとし、電子−電子散乱確率を増
し、電子のトランスファーレイトを向上させる構造とし
たから、負性抵抗特性の現れる印加電圧が低く、通常の
半導体回路との電圧の整合も良く、また食性抵抗特性が
従来のものより向上する効果がある。＋ヨ廿盾つ１嘩癩
＊ −＠ ”ｉｎ ａ ｍ Ｉ ’Ｊ ｉｌｒ
’７１第１図はこの発明の一実施例による半導体負性抵
抗素子の構成を示す断面図、第２図は従来の半導体真性
抵抗素子の構成を示す断面図である。
において、高移動度の量子井戸層及び低移動度層を周期
的凹凸構造を有するものとし、電子−電子散乱確率を増
し、電子のトランスファーレイトを向上させる構造とし
たから、負性抵抗特性の現れる印加電圧が低く、通常の
半導体回路との電圧の整合も良く、また食性抵抗特性が
従来のものより向上する効果がある。＋ヨ廿盾つ１嘩癩
＊ −＠ ”ｉｎ ａ ｍ Ｉ ’Ｊ ｉｌｒ
’７１第１図はこの発明の一実施例による半導体負性抵
抗素子の構成を示す断面図、第２図は従来の半導体真性
抵抗素子の構成を示す断面図である。
２１はノンドープＡＩＧａＡｓＪ！Ｌ ２２ａ、２２ｂ
はノンドープＧａＡｓ１ｉ、２３ａ、２３ｂはドーピン
グされたＡｌＧａＡｓｊｉ！、２４はノンドープのＡｌ
ＧａＡｓ層である。
はノンドープＧａＡｓ１ｉ、２３ａ、２３ｂはドーピン
グされたＡｌＧａＡｓｊｉ！、２４はノンドープのＡｌ
ＧａＡｓ層である。
なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (5)
- （１）高移動度の量子井戸層と該量子井戸層に隣接する
低移動度層とを有するヘテロ多層構造と、該多層構造に
対し層界方向に電圧を印加するための電圧印加手段とを
備えた半導体負性抵抗素子において、 上記高移動度の量子井戸層及び上記低移動層のおのおの
の層界面が周期的凹凸構造を有することを特徴とする半
導体負性抵抗素子。 - （２）上記多層構造は半絶縁性ＧａＡｓ基板上に成長し
た表面に回折格子を形成したＡｌＧａＡｓ層上にＧａＡ
ｓ層とＡｌＧａＡｓ層とを１回又は複数回繰返し成長し
てなる多層構造であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の半導体負性抵抗素子。 - （３）上記凹凸構造の周期を量子井戸層内電子の平均自
由行程以下とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
項又は第２項記載の半導体負性抵抗素子。 - （４）上記量子井戸層は複数の同一または異なる構造の
量子井戸層よりなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項ないし第３項のいずれかに記載の半導体負性抵抗素
子。 - （５）上記半導体負性抵抗素子は該素子に対して光が照
射されるとその負性抵抗特性が変化するものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
れかに記載の半導体負性抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61226766A JPS6381877A (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 半導体負性抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61226766A JPS6381877A (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 半導体負性抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6381877A true JPS6381877A (ja) | 1988-04-12 |
Family
ID=16850281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61226766A Pending JPS6381877A (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 半導体負性抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6381877A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991017488A2 (en) * | 1990-05-03 | 1991-11-14 | Gibson, Stewart, Harry | Method of manufacturing an integrated circuit |
-
1986
- 1986-09-25 JP JP61226766A patent/JPS6381877A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991017488A2 (en) * | 1990-05-03 | 1991-11-14 | Gibson, Stewart, Harry | Method of manufacturing an integrated circuit |
| WO1991017488A3 (en) * | 1990-05-03 | 1991-12-12 | Gibson Stewart Harry | Method of manufacturing an integrated circuit |
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