CN1195895A - 半导体量子振荡器件 - Google Patents

半导体量子振荡器件 Download PDF

Info

Publication number
CN1195895A
CN1195895A CN97110353.4A CN97110353A CN1195895A CN 1195895 A CN1195895 A CN 1195895A CN 97110353 A CN97110353 A CN 97110353A CN 1195895 A CN1195895 A CN 1195895A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibration
semiconductor
tunnelling
district
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN97110353.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李炳辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=5171385&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN1195895(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN97110353.4A priority Critical patent/CN1195895A/zh
Priority to US09/402,709 priority patent/US6472683B1/en
Priority to CN98804016.6A priority patent/CN1117399C/zh
Priority to EP98910573A priority patent/EP1009034A4/en
Priority to JP54220998A priority patent/JP2001522527A/ja
Priority to PCT/CN1998/000049 priority patent/WO1998045882A1/zh
Priority to AU64936/98A priority patent/AU6493698A/en
Publication of CN1195895A publication Critical patent/CN1195895A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/88—Tunnel-effect diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

一种基于载流子全新注入机理实现Bloch振荡的半导体量子振荡器件,包括一个由多层半导体材料构成的结构和给上述结构加电压的装置,所述多层结构包括隧穿注入区和与其相接并位于其两侧的两个载流子振荡区,施加电压的装置将电压加在两个振荡区上,引起隧穿区的价带电子带间隧穿进入导带,在两振荡区内分别引入作量子振荡运动的电子和空穴,产生远红外辐射。为充分利用毫米波高端和远红外低端之间的电磁波资源提供条件。

Description

半导体量子振荡器件
本发明涉及量子效应半导体器件，尤其涉及半导体量子振荡器件，该类器件发射电磁辐射以响应所加的电场，发射的电磁辐射的频率处于微波的高端和红外的低端之间的电磁波谱范围。
与本发明有关的基本理论考虑是晶体中电子在外加均匀稳态电场下的行为。60多年以前，F.Bloch(参见F.Bloch，Z.Phys.52，555(1928))和C.Zener(C.Zener，Proc.R.Soc.145，523(1934))的工作就表明，如果把晶体中的电子看作Bloch函数组成的波包，那么在不受散射作用的情况下，晶体中某个能带中的电子为了响应外加电场将在被激发到能量更高的能带以前、在晶格周期势和所加外电场的共同作用下在波矢空间做周期运动。该周期运动的频率为eFa/h，其中e是电子电荷，F为电场强度，a为晶格常数，h为普朗克常数。电子在波矢空间(k空间)的周期运动意味着它在实空间也做周期运动。电子的这种周期运动一般被称作布洛赫(Bloch)振荡(或齐纳(Zener)振荡，还有的称为Zener-Bloch振荡或Bloch-Zener振荡)。Bloch振荡是弹道加速的电子在布里渊区(Brillouin)边界受到布拉格(Bragg)反射从而在布里渊区内做周期运动引起的。以上基于Bloch态组成的波包对电场作用下电子运动的描述一般称为半经典描述。更进一步的理论工作表明，对于基于电场作用下准束缚Wannier-Stark态组成的波包对电子运动的完全量子力学描述来说，Bloch振荡对应于态间互相干涉产生的量子节拍(quantum Beats)。关于Bloch振荡的理论分析可参见G.Bastard和R.Ferreira所著题为“在加偏压的半导体超晶格中瓦尼尔-斯塔克量子化和布洛赫振子”一文(Spectroscopy of Semiconductor Microstructures，NATOASI Series(Plenum，New York，1989)，p.333)。为了实现Bloch振荡，电子至少在经历一个完整的振荡周期以前不被激发到能量更高的能带(带间隧穿或Zenner隧穿)，同时也不受到散射。关于带间隧穿，在不考虑声子影响的情况下，基于单电子近似从理论上已严格证明了其几率的上限。结果表明电子在隧穿进入高能带以前可以经历多个振荡周期(参见A.Nenciu andG.Ninciu，J.Phys.A14，2817(1981))。因此，带间隧穿不是实现Bloch振荡的主要限制。关于散射，电子受到的散射包括声子散射和杂质散射。目前，一般认为由于散射的存在，对于所有适当的电场强度，在通常的固体(包括半导体)中Bloch振荡是观察不到的(参见G.von Plessen and P.Tomas，Phys.Rev.45，9185(1992))。P.Roblin和M.W.Muller(J.Phys.C：Solid statePhys.16 4547(1983))曾对可实现Bloch振荡(该文献中称为相干Zener振荡)的电子的特性进行过研究，发现只有准相干(Quasicoherent)的电子才能实现Bloch振荡，准相干的电子表现出许多经典粒子的特性，可被称为类经典(classical like)或弹道电子。
L.Esaki和R.Tsu从应用的角度在美国专利3626328中提出了一种利用半导体超晶格结构实现Bloch振荡的半导体体振荡器件。其出发点是利用超晶格的微布里渊区(minizone)较正常晶格的布里渊区小从而使得电子在电场的作用下更容易避开散射的限制来实现周期运动。该申请的目的是利用超晶格中电子的Bloch振荡获得一种可发射高频电磁辐射的器件。到目前为止，该项专利所提出的器件实际上一直没有被制造出来(参见L.Esaki，inScience and Technology of Mesoscopic Structures，Springer-Verlag，1992，P.3)。关于利用半导体体材料实现Bloch振荡从而发射高频电磁辐射的器件，M.W.Muller，P.Roblin和D.l.Rode(见Workshop on SubmicronDevices Physics，ed.H.L Grubin，(New York：Plenum，1983)，p.261)也曾提出过一种器件设想(称为Zener振荡器)，希望利用导带电子隧穿过异质结势垒实现载流子注入。P.Roblin，M.W.Muller (Semicond.Sci.Technol.1(1986)218)曾指出，为实现基于Bloch振荡的器件，注入电子的相位必须是一致的。他们还就化合物半导体中声子对做Bloch振荡运动的电子的散射进行了分析，指出只要Bloch振荡的频率大于纵光学声子的最大频率，声子的影响就可以被避开。此外，他们还更尽一步指出在体半导体中实现Bloch振荡的主要困难是如何使其开启。尽管所有这些观点都有其合理性，但他们得出的结论却是在电子注入阶段高的极性声子散射率是无法避开的。也就是说，上述设想的器件同样没有得到所希望的结果。究其原因是器件中所拟采用的“与时间有关的隧穿(time-dependent tunneling)”这一电子注入机理实际上无法实现，同时，这一注入机理也无法避开高的极性声子散射。因此，如何能找到一种新的电子注入机理，使得在注入阶段电子能避开极性声子散射的影响，注入后电子的相位又能保持一致，是获得能实际工作的基于Bloch振荡的量子振荡器件的关键。另外，目前所有关于利用半导体材料实现Bloch振荡的器件设想都把注意力集中到了导带中的电子，对于利用半导体中的另一种载流子-价带中的空穴的运动来实现Bloch振荡还没有见到报道。
本发明的目的在于提供基于载流子(包括导带电子和价带空穴)全新注入机理实现Bloch振荡的半导体量子振荡器件。本发明人所提出的注入机理不仅可以克服现有技术中无法避开的在注入阶段存在的高的极性声子散射，同时也能使注入电子间的相位以及注入空穴间的相位保持一致。
为了达到上述目的，本发明人对实现Bloch振荡的条件进行了广泛而深入的研究，首先发现了如下事实：
1).半导体中声子对满价带中电子的散射作用远小于对通常掺杂半导体中价带中电子或导带中电子的散射。因为对于半导体的被电子填满的价带，如果其内部电子受声子散射，则由于带内没有空的态电子只有可能被散射到导带。而实际上由于导带和价带之间存在远大于平均热运动能量的禁带，这一散射的几率是很小的。
2).在强电场作用下，对于不掺杂的高纯半导体，其被填满的价带中最顶部(波矢为零)的电子可以通过能带间的隧穿被激发到导带，从而可以在导带和价带顶分别引入能***的电子和空穴。根据1)的结果，满价带中价带顶的电子在隧穿发生之前受声子散射的影响很弱，因此，如果设法使声子不参与带间隧穿，那么所获得的自由导带电子和价带空穴就可以避开声子散射的影响。此外，由于通过隧穿被激发到导带的电子只是位于价带顶的电子，而它们的波矢都接近零、无声子参与的隧穿过程中波矢又保持守恒，因此，如果再设法使带间隧穿只是在局部位置上发生的话，那么得到的导带电子和价带空穴的相位也将是一致的。
3).根据P.Robin和M.Muller的分析，通过使振荡频率大于最大的纵光学(LO)声子频率来避开声子对做Bloch振荡运动的电子的散射所要求的电场强度应大于1000kVcm-1，这一要求和半导体中发生带间隧穿对电场强度的要求是吻合的。
4).对于采用分子束外延(MBE)和金属有机物化学气相淀积(MOCVD)等原子层精度生长手段生长的半导体异质结多层结构，通过对各层的厚度、组分和/或应力的控制可以使得强电场作用下的带间隧穿只在整个多层结构的局部发生，并且不需要声子的参与。结构中发生带间隧穿的部分可以被用作Bloch振荡器件的注入区，以注入相位一致的相干电子和空穴。
根据以上发现，本发明提供了能实际工作的基于Bloch振荡的量子振荡器件，其主要工作原理是利用不掺杂半导体多层结构中局部发生的半导体满价带顶部的电子到空的导带的无声子参与的带间隧穿(也称为Zenner隧穿)实现相位一致的相干电子和空穴的注入。
本发明的半导体量子振荡器件，包括一个由多个半导体层构成的异质结构和给上述半导体异质结构施加电压的装置，其特征在于：
所述半导体异质结构包括隧穿注入区和与其直接相接并位于其两侧的两个载流子振荡区-电子振荡区和空穴振荡区，所述施加电压的装置将电压加在两个振荡区上，引起隧穿注入区局部的价带电子通过带间隧穿进入到导带，在两个振荡区内分别引入做量子振荡运动的电子和空穴，产生远红外辐射。
所述的半导体量子振荡器件还包括位于所述两个载流子振荡区不和隧穿注入区相接一侧的两个接触区和相应的接触电极，所述施加电压的装置通过两个接触电极把电压加在两个载流子振荡区上。
所述半导体量子振荡器件中所述隧穿注入区和载流子振荡区由禁带宽度不同的多个半导体外延层按特定顺序排列而得到的异质结构构成。
目前，利用现有的两端和三端半导体器件构成的振荡器很难获得频率大于300GHz的电磁辐射。另一方面，在比中红外(5-8μm)更长的波段上也没有象近红外半导体激光器那样的能将直流电能高效地转换为光能且工作速度高的固态光源。总之，对于毫米波的高端和远红外的低端之间的电磁频谱区域，目前还缺少体积小、效率高、速度快的电磁辐射源，而半导体中载流子Bloch振荡所产生的电磁辐射正好覆盖电磁频谱的这一区域。因此，本发明所提供的基于Bloch振荡的半导体量子振荡器件将会为充分利用这一区域的电磁波资源铺平道路。
本发明的附图说明：
图1是本发明的利用无声子参与带间隧穿实现载流子注入的半导体量子振荡器件的结构示意图。
图2是图1所示器件的电流电压特性曲线的示意图，它说明对应于带间隧穿开始发生存在一临界电压Vc。
图3是可用于图1所示器件的一种带间隧穿注入区和载流子振荡区结构的解释性能带图。
图4是图3所示隧穿注入区和载流子振荡区在外加电压为临界电压时的能带示意图。
图5-7是可用于图1所示器件的其它带间隧穿注入区和振荡区结构的解释性能带图。
图8是对图3所示带间隧穿注入区和载流子振荡区结构进行稍许改变后得到的结构的解释性能带图。
图9是一种采用超晶格结构作为电子振荡区的器件的能带图。
图10是本发明的半导体量子振荡器件的一个实施例的剖面示意图。
图11是对图10所示实施例实测得到的电流电压特性曲线。
下面参照附图对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的包括带间隧穿注入区和载流子振荡区的半导体量子振荡器件的结构示意图。图中的数字100代表整个器件，具体包括带间隧穿注入区102、电子振荡区104和空穴振荡区106、与电子振荡区106相接的接触区108和相应的金属接触电极112，以及与空穴振荡区相接的接触区110和相应的金属接触电极114。该器件工作时，给上述半导体结构施加电压的装置(未作图示)通过112和114两个接触电极向该半导体结构施加一定的电压，电极112所加电压的极性为正。该电压在带间隧穿注入区102与两个载流子振荡区104和106组成的结构内产生强电场。该电场在隧穿注入区内首先诱发价带到导带的不需声子参与的带间隧穿，从而产生相位一致的相干电子和空穴并分别将其注入到电子振荡区104和空穴振荡区106。注入到振荡区的电子和空穴在强电场和半导体的周期晶格势的共同作用下做量子振荡运动，产生超高频辐射。辐射的出射方向与所加电场的方向垂直，偏振方向和电场方向平行。因此，本发明的半导体量子振荡器件很象侧面发光的半导体发光二极管，尽管两者的发光机理完全不同。对于本发明的半导体量子振荡器件，通过象半导体激光器一样利用解理面构成共振腔，或采用其它的手段使所发射的电磁辐射反馈回器件内，就可以构成激光器。
载流子在振荡区做Bloch振荡的频率可由下式确定 ν = λ 2 πeF hκ - - - ( 1 ) 其中e为电子电荷，F为电场强度，h为普朗克常数，κ为布里渊区沿电场方向的直径，λ为与具体能带结构有关的因子。对于GaAs等化合物半导体，其导带除了在布里渊区中心有一极小值外，在Δ和∧等高对称性的轴上还有一个次极小值。根据半经典描述，这将使得当电场沿这些方向时，Bloch振荡的频率不等于简单理论给出的频率(ν＝2πeF/hκ)，λ这个因子就是基于此而引入的。虽然目前对于能带结构的细节如何影响振荡频率尚不完全清楚，但估计其值应该在1-2之间。对于价带的空穴能带，由于不存在次极值，λ的值应取为1。对于GaAs，当电场为5×105V/cm2时，利用上式可计算出hν＝27λmeV。可见这时Bloch振荡所发射的电磁辐射将在电磁波谱的远红外区。
图1中的接触电极112和114是本发明的量子振荡器件和外部世界的接口，其作用包括两个方面，一是通过它们可以施加外电压从而在带间隧穿注入区和载流子振荡区产生器件工作所需的强电场，另外就是接收在振荡区做Bloch振荡运动的载流子中那些由于受到散射相位不再保持相干的载流子。这些载流子被接触区和相应的电极收集就形成了器件端口的电流。应该特别指出的是，本发明的量子振荡器件对接触电极的要求是电子振荡区一侧的电极不能向电子振荡区注入非相干的空穴，而空穴振荡区一侧的接触电极不能向空穴振荡区注入非相干的电子。如果这一要求得不到满足，在达到带间隧穿所需的强电场以前，这些非相干载流子在电场的作用下就会诱发雪崩击穿，使得无法通过带间隧穿得到相位一致的相干载流子。因为金属电极通过隧穿将可以向载流子振荡区注入非相干的载流子，故金属电极和不掺杂的载流子振荡区直接接触不容易满足上述要求。原则上说，可在金属电极和载流子振荡区之间加入一层介质层，但实际上是不行的。因为这时虽然接触电极不会向载流子振荡区注入非相干的载流子，但在介质和载流子振荡区的界面将会存在界面态。在电场的作用下这些界面态将作为载流子的产生中心，从而也会向载流子振荡区注入非相干的载流子。另外，即使在金属电极和载流子振荡区之间加入一层介质层的方案可行，该半导体量子振荡器件也只能在外加脉冲条件下工作。防止接触电极向载流子振荡区注入非相干载流子的手段是在载流子振荡区和接触电极之间加入掺杂的半导体接触区，即图1中的108和110，并使得接触电极和接触区之间的接触为欧姆接触。两个接触区的掺杂类型应该是不同的，和电子振荡区相接的接触区112的掺杂类型应该为n型，而和空穴区相接的接触区114的导电类型应为p型。总之，本发明的半导体量子振荡器件与一个反向偏置的P-I-N二极管很类似，其独特之处在于其I区是由带间隧穿注入区和载流子振荡区共同构成的复杂结构。应该特别指出的是，若两个接触区由具有相同的导电类型的半导体层构成(二极管结构为N-I-N或P-I-P)，则不能防止接触电极向载流子振荡区注入非相干的载流子。
图2给出了本发明的半导体量子振荡器件所应具有的直流电流-电压特性的示意图。该直流电流-电压特性曲线有一拐点，该拐点对应的电压就是带间隧穿开始发生时所对应的外加电压，可称为临界电压。当外加电压小于临界电压时，器件的电流为零，这对应于直流特性曲线的201段。当外加电压大于临界电压时，通过带间隧穿注入到载流子振荡区的相干电子和空穴做Bloch振荡运动，器件发射电磁辐射。与此同时，振荡过程中因受到散射而相位不再相干的电子和空穴被接触电极收集所形成的电流构成直流特性曲线的202段。应该指出的是，由于器件中的相干和非相干载流子作为一个整体其状态远离热平衡态，这将使得器件的电流电压特性与测量方法及条件有关。在图2中将特性曲线的202段画成虚线就是为了反映这一点。另外，由于做Bloch振荡运动的相干电子和空穴在空间上是局域化的，因此会产生空间电荷效应。该空间电荷效应对带间隧穿的反馈作用将使得器件的实际电流电压特性比图2给出的特性要复杂，并与器件的具体结构参数有关。尽管如此，存在一和带间隧穿开始发生相对应的临界电压这一特点应该是共有的。本发明的量子振荡器件正常工作时的外加电压应大于该临界电压。在下面的典型实施例中将可以看到对样品器件进行实测得到的电流电压特性。
本发明所提供的半导体量子振荡器件的核心部分为带间隧穿注入区(即图1中的102)和载流子振荡区(即图1中的104和106)。将本发明的器件的核心部分划为带间隧穿注入区和载流子振荡区只是为了叙述的方便，这两个区由于是直接相接的，因此只有合在一起才能实现各自的功能。下面以能带图的形式说明在如图1所示的本发明的量子振荡器件中这两个区是如何实现的。这两个区可由多个不掺杂半导体层通过适当的组合而形成。通过不掺杂不仅可以在这两个区内形成带间隧穿和Bloch振荡所需的强电场，同时也能使做Bloch振荡运动的载流子受到的散射减弱。图中给出的各层的带隙都为该层材料的布里渊区中心Γ点的直接带隙。
图3是一种可用于本发明的量子振荡器件的带间隧穿注入区和载流子振荡区结构的能带图。如图所示，301为一禁带宽度较大的半导体层，例如GaAlAs，作为空穴(或电子)电子振荡区；305也为一禁带宽度较大的半导体层，例如GaAlAs，作为电子(或空穴)振荡区。对于301和305这两层的半导体材料的最小带隙是否为直接带隙无特别要求。当为直接带隙时，例如GaAlAs中的Al组分小于0.45，图中所画出的能带图就是通常的能带图，导带边对应布里渊区中心电子的能量；当为间接带隙时，例如GaAlAs中的Al组分大于0.45，图中的导带边仍对应布里渊区中心电子的能量，尽管这时该点对应的导带边的能量已不是导带的最低能量。图中，302和304为两个禁带宽度较小的半导体层，例如GaAs，303为一禁带宽度较大的半导体层，例如AlGaAs。以301和303两层作为限制层，层302对电子和空穴同时构成一量子势阱-量子阱；以305和303两层作为限制层，层304对电子和空穴构成另一量子阱。和普通势阱，例如双异质结构中存在的势阱不同，量子阱是指至少存在一个量子化能级的势阱。为此要求阱的宽度要很小，即阱层的厚度要很薄；同时要求阱的深度，即限制层和阱层的带边能量的差要较大。对两个阱层之间的势垒层303的最小带隙是否为直接带隙也无特别要求，但该层应当允许两个阱层的量子化能级之间发生耦合，即形成耦合双量子阱结构，从而该层的厚度也要很薄。(有关量子阱方面知识可参见，(1)TheSpecial issue of″Semiconductor Quantum Wells and Superlattices：Physics and Applications″of the lEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.QE-22，Sept.，1986；(2)E.E.Mendez and K.von Klitzing(1987)，″Physics and Applications of Quantum Wells and Superlattices″，NTAOASI Series；Series B，Physics：170，Plenum，New York；(3)C.Weinbuch，B.Vinter，Quantum Semiconductor Structures，Academic，Press，1991)。
302、303和304三层是带间隧穿发生的区域。在外加电压产生的强电场的作用下，当量子阱层302最左侧的价带顶的能级和量子阱层304最右侧的导带底的能级基本对齐时，层302中的价带电子能级将和层304中的导带电子能级产生耦合，这种耦合将会使层302中满价带最顶部的电子在无声子参与的情况下共振隧穿到层304的导带。和两个阱层直接相接的两个势垒层的禁带宽度比阱层的大，它们内部在使两个阱层发生带间隧穿的电场下不会发生带间隧穿，因而，整个结构中带间隧穿只是在隧穿区内发生。通过带间隧穿进入304层导带的电子在强电场的作用下将会通过导带带内隧穿进入电子振荡区305。由于进入电子振荡区的电子来自价带顶，即波矢都等于零，在实空间这些电子又都来自同一个很薄的量子阱层，所以如此产生的导带电子是准经典的电子，满足了的Bloch振荡对注入电子的初始特性的要求。价电子发生带间隧穿的同时在层302留下的空穴是准经典的空穴，该空穴也会通过价带带内隧穿进入到空穴振荡区301，同样满足了空穴Bloch振荡对注入空穴初始特性的要求。图4是图3所示隧穿注入区和载流子振荡区在外加电压为临界电压时的能带示意图，说明了发生带间隧穿时的情况。根据该图可以定义一个临界电场Ec。半导体量子振荡器件工作时，外加电压在隧穿注入区和载流子振荡区产生的电场应大于该临界电场以使得带间隧穿能够发生。该临界电场对应的外加电压就是图2中的临界电压。该电场的大小可通过下式计算： F c = E g d w 1 + d w 2 + d b - - - ( 2 ) 其中，Eg为两个量子阱层的禁带宽度，dw1和dw2分别为两个量子阱层的厚度，db为两个量子阱之间薄势垒层的厚度。
利用外延生长技术，除了以GaAs或Si为基底采用GaAs/GaAlAs或GaInP/GaAs异质结***可获得图3所示的能带带边分布的结构外，还可用InP为基底采用InGaAs/InP、InGaAs/AlInAs或InGaAsP/InP异质结***，或者以GaSb、AlSb或ZnTe为基底采用GaSb/GaAlSb异质结***。目前，采用分子束外延(MBE)和金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)等外延生长技术生长以上异质结***已广为人知，具体细节可参见：L.L.Chang andK.Ploog，eds，″Molecular Beam Epitaxy and Heterostructures，″，Proc.Erice 1983 Summer School.Martinus Nijhoff，The Hague，1985和J。Crys Growth上的有关文章。
图5是该器件另一种隧穿注入区和载流子振荡区结构的能带示意图。该结构和图3所示的结构很相似，只是用一个宽度较大的量子势阱替换图3中的耦合双量子阱。当将图3中两个阱层中间的薄势垒层303换成和两个阱层一样的禁带宽度较小的直接带隙材料时，302、303和304三层就构成一宽度较大的量子阱，由此就可得到图5所示的结构。在外加电压产生的强电场的作用下(为了和图1对应，假设电场的方向从构成电子振荡区的层503指向构成空穴振荡区的层501)，当量子阱层502最左侧的价带顶的能级和该层最右侧的导带底的能级基本对齐时，该层中最左侧的价带电子能级将和最右侧的导带电子能级相互耦合，这种耦合将会使层内最左侧满价带最顶部的电子在无声子参与的情况下共振隧穿到同一层最右侧的导带。由于在波失空间(k空间)发生隧穿的电子来自价带顶，即波矢都等于零，在实空间这些电子又都来自同一个量子阱层的最左侧，所以如此产生的导带电子也是准经典的电子。这些电子通过导带带内隧穿进入电子振荡区满足了Bloch振荡对注入电子的初始特性的要求。价电子发生带间隧穿的同时在阱层502的最左侧留下准经典的空穴，这些空穴通过价带带内隧穿进入空穴振荡区也满足了空穴Bloch振荡对注入空穴初始特性的要求。具有该种能带带边分布的结构同样可以利用GaAs/GaAlAs、GaInP/GaAs、InGaAs/InP、InGaAs/AlInAs、InGaAsP/InP和GaSb/GaAlSb等异质结***来实现。
图6是本发明半导体量子振荡器件的又一种隧穿注入区和载流子振荡区结构的能带图。该器件的带间隧穿注入区和载流子振荡区由三个半导体层601层、603层和602层构成，它们构成II型排列的异质结。关于半导体异质结的能带排列类型可参见S.M.Sze ed.″High Speed Semiconductors″，John Wiley&Sons，1990，P.20 1992。关于602层，对其最小的带隙是否为直接带隙无特别要求，但要求其厚度很小以便对空穴构成一量子势阱。为了和图1对应，假设外加电场的方向由603层指向601层。这时，603层构成电子振荡区，在外加强电场的作用下，当阱层602最左侧的价带顶的能级和603层电子振荡区最左侧的导带底能级对齐时，阱中的价带电子可以通过带间隧穿注入到电子振荡区，价电子隧穿进入导带在阱内留下的空穴将在电场的作用下通过价带内的带间隧穿注入到601层构成的空穴振荡区。由此得到的电子和空穴也同样满足Bloch振荡对载流子初始特性的要求。该结构可利用在InP衬底上生长的AlInAs/InP异质结***来实现，该异质结***的能带排列为II型。AlInAs的价带顶有更高的能量，可用于形成阱层602，相应地，InP可用作电子和空穴振荡区。II-VI族化合物半导体ZnTe和CdSe构成的异质结***的能带排列也为II型，ZnTe的价带顶的能量较高，可用于构成量子阱层602，CdSe可用于构成载流子振荡区。
图7是本发明的半导体量子振荡器件又一种带间隧穿注入区和载流子振荡区结构的能带图。该半导体量子振荡器件的带间隧穿注入区和载流子振荡区由三种不同半导体材料共五层构成，其中701、703和705三层为同一种半导体材料，例如InP；702为另一种材料，例如InGaAs，该层和701和703层构成的异质结的能带排列为I型，并在这两层的限制下构成一量子阱，因此，该层的厚度要很薄；704层为第三种半导材料，例如AlInAs，该层和703和705两层构成的异质结的能带排列为II型，并在这两层的限制下对空穴构成一量子阱，因此该层的厚度也要很薄。该空穴量子阱的深度应小于由702层构成的空穴量子阱的深度。假设电场方向由层705指向层701，这时705层构成电子振荡区，701层构成空穴振荡区；702、703和704三层共同构成带间隧穿注入区。在强电场的作用下，702量子阱层中靠近和701层界面处的满价带中的电子可以通过带间隧穿注入到703层靠近704层的界面处，从而变成导带电子。这些导带电子通过进一步隧穿过704层构成的薄电子势垒后将会注入到由705层构成的电子振荡区。702量子阱层中价电子隧穿到导带留下的空穴通过带内隧穿将会注入到由701层构成的空穴振荡区。如此在载流子振荡区得到的电子和空穴同样也满足Bloch振荡对载流子初始特性的要求。该能带带边分布所对应的结构中，引入704的目的是通过形成一薄的导带势垒来提高702层到703层带间共振隧穿发生的几率，为此703层的厚度也要很薄。
图3和图5-7个中给出的载流子振荡区均由一均匀半导体层构成。载流子振荡区也可以由多个半导体层构成，每个层也可以是不均匀的(如通过组分渐变达到)，只要构成带间隧穿注入区和载流子振荡区的整个结构支持带间隧穿在带间隧穿注入区首先发生。图8所示的结构的载流子振荡区就是由两个半导体层构成的，电子振荡区由806和807两层构成，空穴振荡区由801和802两层构成。该结构和图3所示结构很相似，也是利用耦合双量子阱结构构成隧穿注入区。两个量子阱层分别为803和805，两个阱之间的薄势垒层为804。对于该结构来说，通过调整802和806两个层的厚度和带隙，可以较图3所示的结构更好地利用电子的共振隧穿特性。另外，针对一个具体的器件来说，也可以使器件只包含一个载流子振荡区。为此，可以使空穴振荡区的厚度小于空穴Bloch振荡的空间扩展，或使电子振荡区的厚度小于电子Bloch振荡的空间扩展。载流子振荡区由多层构成的一个极端的例子就是利用短周期超晶格作为载流子振荡区。图9是一采用超晶格作为电子振荡区的器件的能带图。该器件的空穴振荡区901为一层均匀的半导体材料，902、903和904三层半导体材料构成耦合双量子阱带间隧穿注入区，905则为由两种禁带宽度不同的材料交替排列得到的超晶格，周期为d。为了保证带间隧穿在注入区首先发生，构成超晶格的禁带宽度较小的半导体材料的禁带宽度不应小于构成量子阱层902和904的材料的禁带宽度。构成超晶格的两种半导体材料在导带的带边能量差和各自的厚度是决定超晶格子能带宽度的重要参数，也是器件的重要设计参数。采用超晶格结构作为载流子振荡区时，由于其微布里渊区的直径反比于超晶格的周期d，较体材料的布里渊区要小，因此在相同的电场下可得到频率更高的电磁辐射。
为了使隧穿注入区的带间隧穿更容易实现，本发明的量子振荡器件的可以有效地利用应力对半导体的能带结构的剪裁作用。图3-9所给出的能带图对于价带顶的轻空穴(J＝3/2，mz＝1/2)和重空穴(J＝3/2，mz＝3/2)没有进行区分。这对于构成带间隧穿注入区和载流子振荡区的半导体层内不存在应力的情况是合适的。这时图中的价带顶能级对于轻空穴带和重空穴带是简并的。在应力的作用下，价带顶轻、重空穴的简并将被解除。在双轴张应力的作用下，轻空穴带在价带顶将具有更高的能量；压应力时重空穴带有更高的能量。由于根据选择定则，在布里渊区的中心只有轻空穴带的电子能级和导带的电子能级有耦合，因此，使轻空穴带的带顶具有更高能量的张应力状态对于实现带间隧穿更为有利。为此，可充分利用晶格不匹配材料生长所提供的潜力设法使得整个器件结构或失去价电子的局部区域处于双轴张应力状态，以使得带间隧穿更容易实现。例如，对于具有图3所示能带分布的器件，可通过在Si衬底上生长GaAs/GaAlAs异质结构，使得在整个器件结构内都存在双轴张应力；而当采用基于InP衬底的InGaAs/InP异质结***时，为了使得在量子阱层内存在双轴张应力，可使构成量子阱层的InGaAs中In的组分稍小于InGaAs和InP晶格匹配时的组分(0.53)。外延层内的双轴张应力可以等效为垂直于外延层面(沿生长方向，和外加电场方向平行)的单轴亚应力和流体净张力的叠加。因此，在器件制作完成后，也可以通过外加沿电场方向的单轴压应力使得带间隧穿结构内的隧穿更容易发生。对于存在应变的情况，图3和图5-9所示结构各层的价带顶能级应被认为是与轻空穴带带顶对应的能级。
除了利用外加的沿电场方向的单轴应力可以使隧穿注入区的带间隧穿更容易发生外，提高本发明的量子振荡器件的性能的另一个可以改变的外部条件是使器件工作在较低的温度下，例如使其在液氮甚至在液氦温度下工作。在低温条件下，半导体材料的晶格振动减弱，声子的数量相应地减少，这不仅对于在隧穿注入区发生波矢守恒的带间隧穿有利，还可以减弱电子或空穴在振荡区作Bloch振荡过程中受到的非弹性散射。
图10给出了本发明的量子振荡器件的一个实施例的剖面示意图，该器件中隧穿注入区和载流子振荡区具有图3所示的能带排列形式。整个器件结构由在(100)Si衬底上采用分子束外延(MBE)技术生长GaAs/GaAlAs异质结***而得到。采用Si衬底生长可使在包括带间隧穿注入区在内的整个结构中存在双轴张应力。该张应力的存在有助于带间隧穿的发生。关于应力对带间隧穿的影响前面已有说明。首先生长一层厚的由III-V族化合物材料构成的缓冲层，然后再生长器件所需的结构。各层半导体材料生长完成后，通过光刻、化学腐蚀、介质膜淀积、金属蒸发、剥离和合金等一整套类似于光电二极管的制作工艺制成台面器件。图中“u”表示所生长的半导体材料在生长过程中不有意加入掺杂剂；n和p右上角的“+”表示重掺杂。该半导体量子振荡器件的隧穿注入区是不掺杂的两层GaAs夹着一层GaAlAs构成的。其中，不掺杂的两个GaAs层构成两个量子阱，厚度为100埃。被两个GaAs阱层夹在中间的不掺杂AlGaAs薄势垒层限定了每个量子阱的一个边界，其厚度为50埃，Al的组分为0.2；在此隧穿注入区两侧的另外两个不掺杂的AlGaAs层分别构成电子和空穴振荡区，同时限定了每个量子阱的另一个边界，这两层Al的组分都为0.40，厚度都为2000埃。图中n型GaAlAs和重掺杂的n型GaAs一起构成与电子振荡区相接的一个接触区，相应的接触电极还包括在重掺杂的n型GaAs上制作的AuGe/Ni欧姆接触，它构成非相干电子收集端。和空穴振荡区相接的另一个接触区由p型AlGaAs和重掺杂的p型GaAs共同构成，相应的接触电极包括制作在重掺杂p型GaAs上的AuZn欧姆接触，它构成非相干空穴收集端。重掺杂的n型和p型GaAs的引入是为了改善欧姆接触的特性。n型AlGaAs和p型AlGaAs的Al组分和构成载流子振荡区的不掺杂AlGaAs的Al组分相同，也为0.4，厚度都为2000埃，掺杂浓度都为5×1017cm-3。这两层的作用是防止非相干电子和空穴从靠近电极一侧注入到载流子振荡区。当隧穿注入区和载流子振荡区的强电场完全由分别局限于这两层内的正、负空间电荷的产生时，这一条件就能被满足。器件工作所需的强电场的下限可由带间隧穿发生所需的临界电场Ec确定。将本实施例器件中量子阱层的厚度10nm和薄势垒层的厚度db＝5nm以及GaAs的禁带宽度Eg＝1.42eV代入式(2)可得Fc＝5.68×105v/cm。产生该强电场所需单位面积电荷的数量为Fcεε0/q＝3.6×1012/cm2。据此，对于本实施例器件中掺杂浓度为5×107/cm3的具体情况很容易得到空间电荷层的厚度约为700埃。可见，将两个AlGaAs接触层的厚度设计成2000埃足以满足使空间电荷区完全局限在接触区这一要求。
Bloch振荡的空间扩展可由下式计算：
                  L＝ΔE/eF    (3)其中e为电子电荷，F为振荡区的电场强度，ΔE为能带沿电场方向的宽度。对于电子振荡区和空穴振荡区，这一宽度分别对应于载流子受电场作用下运动方向(外延生长方向)上的导带和价带宽度。为了使得电子和空穴在做Bloch振荡运动的过程中不受与振荡区相接的掺杂接触区中杂质散射的影响，从而影响相位的一致性，构成振荡区的不掺杂半导体层的厚度要大于由上式确定的Bloch振荡的空间扩展。对于GaAs等常用的半导体材料，导带和价带沿布里渊区Δ轴方向(实空间<100>方向上)的宽度在2-4eV这一范围，对于大小为5×105V/cm2的电场，根据(3)式可得到L的相应大小为400-800埃。可见，在本实施例中将两个振荡区的厚度都设计成2000埃是满足以上要求的。
图11给出了对图10所示器件用QT-2型晶体管图示仪在室温下测量得到的电流电压特性曲线。测量时器件的两个电极分别与仪器的集电极和发射极接线端连接，仪器的基极接线端不用。在液氮温度下测量时，得到的特性曲线的形状与图2中的相同，但电流密度的峰值增加，可达300A/cm2。从图中可见，和图2给出的解释性电流电压特性一样，器件的电流电压特性也存在一个临界电压，大小为约20V。根据两个振荡区的厚度和带间隧穿所要求的临界电场可对临界电压作一估计。对于大小为FC＝5.68×105V/cm的临界电场，器件内构成注入区和振荡区的整个不掺杂区域(总厚度为4250埃)的电压降为24.1eV。考虑到该电压降的一小部分是由两个接触区间大小约为GaAs禁带宽度(1.42eV)的接触电势差产生的，可得到所需的外加电压(即临界电压)为22.7eV。可见计算得到的阈值电压和测量值符合得很好。和图2所示器件的解释性电流电压特性相比，本发明的半导体量子振荡器件特性的特点是有一负阻段3和很强的电流为零的回线段4，这一特点可从图11直接看出。另外，测量中还发现了该器件电流电压特性的另一个特点，即特性曲线的形状受所加扫描电压峰值的影响。随着扫描电压峰值的增加，图中电流的峰值jp增加，回线段4的宽度也增加。这两个特点恰好反映了本发明的半导体量子振荡器件的工作原理不同于所有现有半导体器件的工作原理，同时也说明了在器件内部确实发生了带间隧穿载流子注入和Bloch振荡。如前所述，作Bloch振荡运动的电子和空穴并不对器件的端口直流电流作出贡献。因此，图11中特性曲线的正阻段3和负阻段4的电流都应当由振荡过程中因受到散射相位不再保持相干的电子和空穴被电极收集所产生。尽管作Bloch振荡运动的电子和空穴并不对器件的直流电流作出贡献，但它们却会通过空间电荷效应对电流电压特性曲线产生重要影响。负阻段3和回线段4的产生以及特性曲线随外加扫描电压峰值而改变这些特征就与器件中相干和非相干载流子作为一个***其状态处于远离热平衡态的准有序状态以及作布洛赫振荡运动的载流子的空间局域区所对应的空间电荷效应有关。
上述根据多个半导体层的能带排列及实施例对本发明的半导体量子振荡器件的描述着重说明了如何能通过多个具有确定能带结构的半导体层的特定排列来实现带间隧穿。应该指出的是，以上根据能带图所给出的结构和相应可采用的异质结***只对本发明的器件起说明作用，但本发明并不局限于以上的描述。基于本发明的精神，本专业领域的一般技术人员应该清楚，对带间隧穿注入区和载流子振荡区当然还可以采用具有其它能带分布形式的结构和/或利用另外的异质结***。

Claims (9)

1.一种半导体量子振荡器件，包括一个由多层半导体材料构成的结构和给上述半导体结构施加电压的装置，其特征在于：
所述由多层半导体材料构成的结构包括隧穿注入区和与其直接相接并位于其两侧的两个载流子振荡区-电子振荡区和空穴振荡区，所述施加电压的装置将电压加在两个振荡区上，引起隧穿区局部的价带电子通过带间隧穿进入到导带，在两个振荡区内分别引入做量子振荡运动的电子和空穴，产生远红外辐射。
2.根据权利要求1所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述施加电压的装置包括分别位于所述两个载流子振荡区不和隧穿注入区相接一侧的两个接触电极，外加电压通过所述两个接触电极而加到所述载流子振荡区上。
3.根据权利要求1所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述隧穿注入区和载流子振荡区由禁带宽度不同的多个半导体外延层按特定顺序排列得到的异质结构构成。
4.根据权利要求1所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述的隧穿注入区和载流子振荡区由非有意掺杂的半导体层构成。
5.根据权利要求1所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述的隧穿注入区由一耦合双量子阱结构构成，两个阱外侧的区域既限定量子阱的外边界又同时构成两个载流子振荡区。
6.根据权利要求5所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述施加电压的装置包括分别位于所述两个载流子振荡区不和隧穿注入区相接一侧的两个接触电极，外加电压通过所述两个接触电极而加到所述载流子振荡区上。
7.根据权利要求6所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述的两个接触电极包括导电类型分别为n型和p型的两个接触区，所述的施加电压的装置把正极性的电压加在包括n型接触区的接触电极上。
8.根据权利要求5所述的半导体量子振荡器件，其特征在于：所述的振荡区由短周期超晶格构成。
9.一种由如权利要求1所述的半导体量子振荡器件构成的远红外激光器，进一步包括将所述的半导体量子振荡器所发射的远红外辐射耦合到振荡器内的装置。
CN97110353.4A 1997-04-10 1997-04-10 半导体量子振荡器件 Pending CN1195895A (zh)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN97110353.4A CN1195895A (zh) 1997-04-10 1997-04-10 半导体量子振荡器件
US09/402,709 US6472683B1 (en) 1997-04-10 1998-03-23 Semiconductor quantum oscillation device
CN98804016.6A CN1117399C (zh) 1997-04-10 1998-03-23 半导体量子振荡器件和在器件内产生Bloch振荡的方法
EP98910573A EP1009034A4 (en) 1997-04-10 1998-03-23 SEMICONDUCTOR QUANTUM OSCILLATOR ARRANGEMENT
JP54220998A JP2001522527A (ja) 1997-04-10 1998-03-23 半導体量子発振装置
PCT/CN1998/000049 WO1998045882A1 (fr) 1997-04-10 1998-03-23 Oscillateur quantique a semi-conducteur
AU64936/98A AU6493698A (en) 1997-04-10 1998-03-23 Semiconductor quantum oscillation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN97110353.4A CN1195895A (zh) 1997-04-10 1997-04-10 半导体量子振荡器件

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1195895A true CN1195895A (zh) 1998-10-14

Family

ID=5171385

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN97110353.4A Pending CN1195895A (zh) 1997-04-10 1997-04-10 半导体量子振荡器件
CN98804016.6A Expired - Fee Related CN1117399C (zh) 1997-04-10 1998-03-23 半导体量子振荡器件和在器件内产生Bloch振荡的方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN98804016.6A Expired - Fee Related CN1117399C (zh) 1997-04-10 1998-03-23 半导体量子振荡器件和在器件内产生Bloch振荡的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6472683B1 (zh)
EP (1) EP1009034A4 (zh)
JP (1) JP2001522527A (zh)
CN (2) CN1195895A (zh)
AU (1) AU6493698A (zh)
WO (1) WO1998045882A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114993360A (zh) * 2022-06-07 2022-09-02 电子科技大学 一种通过声子相干性进行精密测量的方法与装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958497B2 (en) * 2001-05-30 2005-10-25 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
US6829269B2 (en) * 2002-05-21 2004-12-07 University Of Massachusetts Systems and methods using phonon mediated intersubband laser
US20050058166A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 Qing Hu Metal waveguides for mode confinement in terahertz lasers and amplifiers
US7158545B2 (en) * 2003-09-12 2007-01-02 Massachusetts Institute Of Technology Terahertz lasers and amplifiers based on resonant optical phonon scattering to achieve population inversion
US7224041B1 (en) 2003-09-30 2007-05-29 The Regents Of The University Of California Design and fabrication of 6.1-Å family semiconductor devices using semi-insulating A1Sb substrate
WO2005050722A1 (en) * 2003-11-17 2005-06-02 The Regents Of The University Of California DESIGN AND FABRICATION OF 6.1- Å FAMILY SEMICONDUCTOR DEVICES USING SEMI-INSULATING AlSb SUBSTRATE
EP1619729B1 (en) * 2004-04-16 2010-02-10 Nitride Semiconductors Co., Ltd. Gallium nitride based light-emitting device
TWI315585B (en) * 2005-04-28 2009-10-01 Chung Shan Inst Of Science Resonant tunneling quantum dot device
JP5171539B2 (ja) * 2007-11-29 2013-03-27 キヤノン株式会社 共鳴トンネル構造体
KR100961109B1 (ko) * 2008-02-11 2010-06-07 삼성엘이디 주식회사 ＧａＮ계 반도체 발광소자
US8203127B2 (en) * 2008-05-06 2012-06-19 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Army Terahertz radiation device using polar semiconductor materials and method of generating terahertz radiation
FR2980642B1 (fr) * 2011-09-23 2014-11-14 Centre Nat Rech Scient Dispositif a super-reseau semiconducteur fonctionnant dans le domaine de frequences terahertz
JP5953840B2 (ja) * 2012-03-13 2016-07-20 富士通株式会社 半導体装置及び受信機
CN104465913B (zh) * 2014-11-26 2017-06-16 西安电子科技大学 具有双InGaN子量子阱的共振隧穿二极管及其制作方法
CN109524453B (zh) * 2018-10-22 2022-03-29 杭州电子科技大学 一种GaN基高压整流共振隧穿二极管

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3626328A (en) * 1969-04-01 1971-12-07 Ibm Semiconductor bulk oscillator
US3626257A (en) 1969-04-01 1971-12-07 Ibm Semiconductor device with superlattice region
US4198644A (en) * 1978-06-09 1980-04-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Tunnel diode
US4371884A (en) * 1981-01-23 1983-02-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army InAs-GaSb Tunnel diode
JPS61161774A (ja) * 1985-01-10 1986-07-22 Nec Corp ダイオ−ド
US4667211A (en) * 1985-09-05 1987-05-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Millimeter wave-infrared bloch oscillator/detector
JPH01223775A (ja) * 1988-03-03 1989-09-06 Toshiba Corp 二重障壁共鳴トンネル素子
JP2710783B2 (ja) * 1988-04-28 1998-02-10 日本電信電話株式会社 半導体装置
US5132746A (en) * 1991-01-04 1992-07-21 International Business Machines Corporation Biaxial-stress barrier shifts in pseudomorphic tunnel devices
JP2991616B2 (ja) * 1994-06-30 1999-12-20 シャープ株式会社 半導体発光素子
US5588015A (en) * 1995-08-22 1996-12-24 University Of Houston Light emitting devices based on interband transitions in type-II quantum well heterostructures
US5659180A (en) * 1995-11-13 1997-08-19 Motorola Heterojunction interband tunnel diodes with improved P/V current ratios

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114993360A (zh) * 2022-06-07 2022-09-02 电子科技大学 一种通过声子相干性进行精密测量的方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
AU6493698A (en) 1998-10-30
EP1009034A1 (en) 2000-06-14
JP2001522527A (ja) 2001-11-13
WO1998045882A1 (fr) 1998-10-15
US6472683B1 (en) 2002-10-29
EP1009034A4 (en) 2002-11-27
CN1252167A (zh) 2000-05-03
CN1117399C (zh) 2003-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1117399C (zh) 半导体量子振荡器件和在器件内产生Bloch振荡的方法
DPG et al. Semiconductor physics
CN100470858C (zh) 半导体异质结构及包括该半导体异质结构的发光二极管
Noda et al. Mode assignment of excited states in self-assembled InAs/GaAs quantum dots
Mendez Physics of resonant tunneling in semiconductors
Finley et al. Resonant Γ− X− Γ magnetotunneling in GaAs-AlAs-GaAs heterostructures
Chen et al. Surface-optical phonon assisted transitions in quantum dots
Leadbeater et al. Inverted bistability in the current-voltage characteristics of a resonant tunneling device
Li et al. Photoluminescence spectroscopy of intersubband population inversion in a G a A s/A l x Ga 1− x As triple-barrier tunneling structure
EP0759640B1 (en) Semiconductor superlattice oscillator and methods of manufacturing and operating the same
Rasulova et al. Domain boundary instability in weakly coupled GaAs/AlGaAs superlattices
Leadbeater et al. Sequential tunnelling and magnetically enhanced bistability in double barrier resonant-tunnelling structures
Cebulla et al. Direct-indirect band gap crossover in two-dimensional GaSb/AlSb-quantum-well-structures
Biermann et al. Wave-packet theory of coherent carrier dynamics in a semiconductor superlattice
Slivken Quantum cascade lasers grown by gas-source molecular beam epitaxy
Rasulova et al. Self-sustained oscillations in weakly coupled GaAs/AlGaAs superlattices
Kim et al. An improved calculation model for analysis of [111] InGaAs/GaAs strained piezoelectric superlattices
Wang et al. A novel approach in fabrication and study of laterally quantum-confined resonant tunnelling diodes
Kurlov Scattering-Rate Approach for Vertical Electron Transport in III-V Quantum Cascade Heterostructures
Gelmont et al. Optical gain in an interband-resonant-tunneling-diode
Chevoir et al. Resonant and scattering-assisted magnetotunneling
Chao et al. Double-Barrier Resonant-Tunneling: Physics and Device Applications
JP2788985B2 (ja) 超格子構造体
Kindlihagen et al. Electroluminescence from double-barrier resonant-tunnelling structures
Zhou et al. Magnetic Field Dependence of Negative Differential Conductivity in Double Barrier Resonant Tunneling Diodes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1027134

Country of ref document: HK