JPS6365680A - トンネルダイオ−ド型半導体装置 - Google Patents
トンネルダイオ−ド型半導体装置Info
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- JPS6365680A JPS6365680A JP21020386A JP21020386A JPS6365680A JP S6365680 A JPS6365680 A JP S6365680A JP 21020386 A JP21020386 A JP 21020386A JP 21020386 A JP21020386 A JP 21020386A JP S6365680 A JPS6365680 A JP S6365680A
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Links
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はトンネルダイオード型半導体装置に関し、特に
電子親和力が異なる半導体層、又は電子親和力と禁制帯
幅との和が異なる半導体層により形成される量子準位を
用いたトンネルダイオード型半導体装置に関する。
電子親和力が異なる半導体層、又は電子親和力と禁制帯
幅との和が異なる半導体層により形成される量子準位を
用いたトンネルダイオード型半導体装置に関する。
電子親和力が興なる半導体層、あるいは電子親和力と禁
制帯幅が異なる半導体層により形成される量子準位を用
いたトンネルダイオードはとくに低温において大きな負
性抵抗が得られることより近年ますます着目されている
ものである。この型のトンネルダイオードは、例えばヒ
化ガリウム（以下ＧａＡｓ）層とこれより電子親和力の
小さい半導体層たとえばヒ化アルミニウムガリウム（以
下＾Ｉ ＧａＡｓ）層により形成される量子準位を透過
する電子を電極電圧で制御して動作する。
制帯幅が異なる半導体層により形成される量子準位を用
いたトンネルダイオードはとくに低温において大きな負
性抵抗が得られることより近年ますます着目されている
ものである。この型のトンネルダイオードは、例えばヒ
化ガリウム（以下ＧａＡｓ）層とこれより電子親和力の
小さい半導体層たとえばヒ化アルミニウムガリウム（以
下＾Ｉ ＧａＡｓ）層により形成される量子準位を透過
する電子を電極電圧で制御して動作する。
さてこのような半導体装置において、たとえば電子はＧ
ａＡｓ層及び障壁となるＡｌ ＧａＡｓ層を透過するが
、ｋｌ ＧａＡｓ層中ではトンネル電流であり、一般に
アルミニウム組成が多いほどつまりＧａＡｓ層とＡｅ
ＧａＡｓ層の価電子帯の不連続量を大きくするほど、又
ＡＪ？ ＧａＡｓ層が厚いほど透過する確率がさがる。
ａＡｓ層及び障壁となるＡｌ ＧａＡｓ層を透過するが
、ｋｌ ＧａＡｓ層中ではトンネル電流であり、一般に
アルミニウム組成が多いほどつまりＧａＡｓ層とＡｅ
ＧａＡｓ層の価電子帯の不連続量を大きくするほど、又
ＡＪ？ ＧａＡｓ層が厚いほど透過する確率がさがる。
したがって透過する電流量を大きくするにはに！！Ｇａ
Ａｓ層をある程度薄くする必要があるが、量子準位を形
成するためにはある程度以上でなければならない。した
がって、Ａｌ ＧａＡｓ層の厚さは５０人程度である。
Ａｓ層をある程度薄くする必要があるが、量子準位を形
成するためにはある程度以上でなければならない。した
がって、Ａｌ ＧａＡｓ層の厚さは５０人程度である。
このようにＡｅ ＧａＡｓ層を透過する電子はトンネル
現象でありその電子のエネルギーは＾ｅＧａＡｓの禁制
帯中に位置し、不純物の存在しないｋｌ ＧａＡｓ層で
は電子の存在できるエネルギー準位は存在しない、した
がって定常的にはそのエネルギー準位には電子は存在し
ないなめ、この層を電子が透過する割合が低くダイオー
ドの電流量が大きくできないという問題点があった。
現象でありその電子のエネルギーは＾ｅＧａＡｓの禁制
帯中に位置し、不純物の存在しないｋｌ ＧａＡｓ層で
は電子の存在できるエネルギー準位は存在しない、した
がって定常的にはそのエネルギー準位には電子は存在し
ないなめ、この層を電子が透過する割合が低くダイオー
ドの電流量が大きくできないという問題点があった。
本発明の目的は電流量の大きなトンネルダイオード型半
導体装置を提供することにある。
導体装置を提供することにある。
本発明第１のトンネルダイオード型半導体装置は、ｐ型
の第１の半導体層にこれより電子親和力の小さい第２の
半導体層又は第１の絶縁体層が設けられ、さらに前記第
２の半導体層又は第１の絶縁体層上にこれより電子親和
力の小さい第３の半導体層が設けられ、さらに前記第３
の半導体層上にこれより電子親和力の小さい第４の半導
体層又は第２の絶縁体層が設けられ、さらに前記第４の
半導体層又は第２の絶縁体層上にこれより電子親和力の
大きいｐ型の第５の半導体層が設けられて少なくとも一
つの量子井戸を構成してなるトンネルダイオード型半導
体装置において、前記第１の半導体層と前記第５の半導
体層との間に印加される所定電圧において前記量子井戸
内の量子準位に一致する不純物準位を構成するｎ型不純
物が前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層と前記第４
の半導体層又は第２の絶縁体層の少なくともいずれか一
つに含まれているという構成を有している。
の第１の半導体層にこれより電子親和力の小さい第２の
半導体層又は第１の絶縁体層が設けられ、さらに前記第
２の半導体層又は第１の絶縁体層上にこれより電子親和
力の小さい第３の半導体層が設けられ、さらに前記第３
の半導体層上にこれより電子親和力の小さい第４の半導
体層又は第２の絶縁体層が設けられ、さらに前記第４の
半導体層又は第２の絶縁体層上にこれより電子親和力の
大きいｐ型の第５の半導体層が設けられて少なくとも一
つの量子井戸を構成してなるトンネルダイオード型半導
体装置において、前記第１の半導体層と前記第５の半導
体層との間に印加される所定電圧において前記量子井戸
内の量子準位に一致する不純物準位を構成するｎ型不純
物が前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層と前記第４
の半導体層又は第２の絶縁体層の少なくともいずれか一
つに含まれているという構成を有している。
本発明第２のトンネルダイオード型半導体装置は、ｐ型
の第１の半導体層上にこれより電子親和力と禁制帯幅の
和の大きい第２の半導体層又は第１の絶縁体層が設けら
れ、さらに前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層上に
これより電子親和力と禁制帯幅の和の小さい第３の半導
体層が設けられ、さらに前記第３の半導体層上にこれよ
り電子親和力と禁制帯幅の和の大きい第４の半導体層又
は第２の絶縁体層が設けられ、さらに前記第４の半導体
層又は第２の絶縁体層上にこれより電子親和力と禁制帯
の和の小さいｐ型の第５の半導体層が設けられて少なく
とも一つの量子井戸を構成してなるトンネルダイオード
型半導体装置において、前記第１の半導体層と前記第５
の半導体層との間に印加される所定電圧において前記量
子井戸内の量子準位に一致する不純物準位を形成するｎ
型不純物が前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層と前
記第４の半導体層又は第２の絶縁体層の少なくともいず
れかに含まれているという構成を有しているや 〔作用〕 第２の半導体層又は第１の絶縁体層と第４の半導体層又
は第２の絶縁体層の少なくともいずれか一方にｎ（又は
ｐ）型不純物が含まれていてその不純物固有のエネルギ
ー準位が半導体層又は絶縁体層のエネルギー帯中に形成
され、この不純物エネルー準位に対応するエネルギーを
もつ電子はその層中の存在確率及び透過確率が増大する
。
の第１の半導体層上にこれより電子親和力と禁制帯幅の
和の大きい第２の半導体層又は第１の絶縁体層が設けら
れ、さらに前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層上に
これより電子親和力と禁制帯幅の和の小さい第３の半導
体層が設けられ、さらに前記第３の半導体層上にこれよ
り電子親和力と禁制帯幅の和の大きい第４の半導体層又
は第２の絶縁体層が設けられ、さらに前記第４の半導体
層又は第２の絶縁体層上にこれより電子親和力と禁制帯
の和の小さいｐ型の第５の半導体層が設けられて少なく
とも一つの量子井戸を構成してなるトンネルダイオード
型半導体装置において、前記第１の半導体層と前記第５
の半導体層との間に印加される所定電圧において前記量
子井戸内の量子準位に一致する不純物準位を形成するｎ
型不純物が前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層と前
記第４の半導体層又は第２の絶縁体層の少なくともいず
れかに含まれているという構成を有しているや 〔作用〕 第２の半導体層又は第１の絶縁体層と第４の半導体層又
は第２の絶縁体層の少なくともいずれか一方にｎ（又は
ｐ）型不純物が含まれていてその不純物固有のエネルギ
ー準位が半導体層又は絶縁体層のエネルギー帯中に形成
され、この不純物エネルー準位に対応するエネルギーを
もつ電子はその層中の存在確率及び透過確率が増大する
。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明第１のトンネルダイオード型半導体装置
の一実施例の主要部を示すダイオードチップの断面図で
あるに の実施例は、第１の半導体層としてｎ型Ｇａ＾Ｓ基板１
、第２の半導体層としてＳｉを５Ｘ１０”Ｃ１１ドープ
したｎ型ｈｅ ０−３ｃａＱ、７ＡＳ層２、第３の半導
体層として高純度ＧａＡｓ層３、第４の半導体層として
高純度ｈｅ Ｏ，３ａａ０．７ＡＳ層４、第５の半導体
層としてｎ型ＧａＡｓ層を用い、エピタキシャル成長し
たものである。図において電極６．７は金、ゲルマニウ
ム、ニッケルを蒸着し合金化したものである。エピタキ
シャル成長法は分子線エピタキシャル法でｎ型Ａｊ？
０．３Ｇａｇ、７Ａ５層２、高純度Ａ１０−３ＧａＯ−
７ＡＳ層４をそれぞれ５０人、高純度ＧａＡｓ層を４５
人成長させている。
の一実施例の主要部を示すダイオードチップの断面図で
あるに の実施例は、第１の半導体層としてｎ型Ｇａ＾Ｓ基板１
、第２の半導体層としてＳｉを５Ｘ１０”Ｃ１１ドープ
したｎ型ｈｅ ０−３ｃａＱ、７ＡＳ層２、第３の半導
体層として高純度ＧａＡｓ層３、第４の半導体層として
高純度ｈｅ Ｏ，３ａａ０．７ＡＳ層４、第５の半導体
層としてｎ型ＧａＡｓ層を用い、エピタキシャル成長し
たものである。図において電極６．７は金、ゲルマニウ
ム、ニッケルを蒸着し合金化したものである。エピタキ
シャル成長法は分子線エピタキシャル法でｎ型Ａｊ？
０．３Ｇａｇ、７Ａ５層２、高純度Ａ１０−３ＧａＯ−
７ＡＳ層４をそれぞれ５０人、高純度ＧａＡｓ層を４５
人成長させている。
第２図はこの実施例のトンネルダイオードにおいて電極
７下における深さ方向の熱平衡状態でのエネルギーバン
ド状態図である。ここで第２．第３、第４の半導体層に
より量子井戸構造が形成されていて第３の半導体層中に
量子準位が形成されている。又、第２の半導体層にｎ型
不純物であるシリコンをドーピングし、このｎ型＾ｅ
０−３ａａＯ，７人ｓ層２のエネルギーバンド中に不純
物準位８を形成している。
７下における深さ方向の熱平衡状態でのエネルギーバン
ド状態図である。ここで第２．第３、第４の半導体層に
より量子井戸構造が形成されていて第３の半導体層中に
量子準位が形成されている。又、第２の半導体層にｎ型
不純物であるシリコンをドーピングし、このｎ型＾ｅ
０−３ａａＯ，７人ｓ層２のエネルギーバンド中に不純
物準位８を形成している。
次に、電極６を正、電極７を負として電圧を約０．２ボ
ルト印加する。第３図はこのときのエネルギーバンド状
態図である。電圧を印加することにより第５の半導体層
であるｎ型ＧａＡｓＮ３の価電子帯と第３の半導体層で
ある高純度ＧａＡｓ層３の量子準位９、さらに半導体層
中の不純物準位８がほぼ同一エネルギー準位となる。こ
のような状態においてｎ型ＧａＡｓ層５より注入された
電子は高純度＾ｅ ｏ、５Ｇａｏ、７Ａｓ層４を透過し
て高純度ＧａＡｓ層３にする。そして量子準位９及び不
純物準位８はほぼ同一準位を形成しておりこの準位を介
してｎｆｉＧａ＾Ｓ基板１に達する。一方従来の構造つ
まり第２の半導体層に不純物準位が存在しない場合筒３
の半導体層に達した電子の一部は透過するが一部は反射
してしまう。したがって本発明の場合はど共鳴した電圧
における電流量は得られない。
ルト印加する。第３図はこのときのエネルギーバンド状
態図である。電圧を印加することにより第５の半導体層
であるｎ型ＧａＡｓＮ３の価電子帯と第３の半導体層で
ある高純度ＧａＡｓ層３の量子準位９、さらに半導体層
中の不純物準位８がほぼ同一エネルギー準位となる。こ
のような状態においてｎ型ＧａＡｓ層５より注入された
電子は高純度＾ｅ ｏ、５Ｇａｏ、７Ａｓ層４を透過し
て高純度ＧａＡｓ層３にする。そして量子準位９及び不
純物準位８はほぼ同一準位を形成しておりこの準位を介
してｎｆｉＧａ＾Ｓ基板１に達する。一方従来の構造つ
まり第２の半導体層に不純物準位が存在しない場合筒３
の半導体層に達した電子の一部は透過するが一部は反射
してしまう。したがって本発明の場合はど共鳴した電圧
における電流量は得られない。
第４図は本発明第２のトンネルダイオード型半導体装置
の一実施例の主要部を示すダイオードチップの断面図で
ある。
の一実施例の主要部を示すダイオードチップの断面図で
ある。
この実施例は第１の半導体層としてｐ型ＧａＡｓ基板１
１、第２の半導体層としてＣｄを５Ｘ１０１７ｃｍ’ド
ープしたｐ型＾ｅ Ｏ，５Ｇａｏ、ｔＡＳ層１２、第３
の半導体層として高純度ＧａＡｓ層１３、第４の半導体
層として高純度ＡＩ！ｏ、５Ｇａｏ、ｓＡｓ層１４、第
５の半導体層としてｎ型ＧａＡｓ層１５を用いる。電極
１６．１７は金、亜鉛、二・ソケルを蒸着し合金化した
ものを使う。
１、第２の半導体層としてＣｄを５Ｘ１０１７ｃｍ’ド
ープしたｐ型＾ｅ Ｏ，５Ｇａｏ、ｔＡＳ層１２、第３
の半導体層として高純度ＧａＡｓ層１３、第４の半導体
層として高純度ＡＩ！ｏ、５Ｇａｏ、ｓＡｓ層１４、第
５の半導体層としてｎ型ＧａＡｓ層１５を用いる。電極
１６．１７は金、亜鉛、二・ソケルを蒸着し合金化した
ものを使う。
第５図はこの実施例において電極１７下における深さ方
向の熱平衡状態でのエネルギーバンド状態図であり、ｐ
型ｋｌ ０−５ａａＯ１５人Ｓ層１２中に不純物準位１
８、高純度ＧａＡｓ層１３中に量子準位１９が形成され
ている。
向の熱平衡状態でのエネルギーバンド状態図であり、ｐ
型ｋｌ ０−５ａａＯ１５人Ｓ層１２中に不純物準位１
８、高純度ＧａＡｓ層１３中に量子準位１９が形成され
ている。
正孔のトンネル現象も電子の場合と同様量子準位及び不
純物準位が印加電圧によってほぼ同一準位となった場合
に共鳴トンネル現象がおこり、不純物準位が存在しない
従来構造のものに比較してその透過確率が増大し、共鳴
電流量を多くとることが可能となる。
純物準位が印加電圧によってほぼ同一準位となった場合
に共鳴トンネル現象がおこり、不純物準位が存在しない
従来構造のものに比較してその透過確率が増大し、共鳴
電流量を多くとることが可能となる。
なお、第２の半導体層の代りに第１の絶縁層、第４の半
導体層の代りに第２の絶縁層をもちいても、これらの絶
縁層がトンネル電流を通す程度の厚さである限り以上の
議論はそのままあてはまる。
導体層の代りに第２の絶縁層をもちいても、これらの絶
縁層がトンネル電流を通す程度の厚さである限り以上の
議論はそのままあてはまる。
以上の説明から明らかなように本発明は量子井戸を形成
するための障壁となる半導体層の禁制帯中に不純物準位
を形成することにより電子の透過確率を増大させしたが
って透過する電流量を増大することが可能となるという
利点がありトンネルダイオード型半導体装置の電流駆動
能力を増大することができ、従来のものに比較して半導
体素子の性能向上を達成することができる効果は著しい
。
するための障壁となる半導体層の禁制帯中に不純物準位
を形成することにより電子の透過確率を増大させしたが
って透過する電流量を増大することが可能となるという
利点がありトンネルダイオード型半導体装置の電流駆動
能力を増大することができ、従来のものに比較して半導
体素子の性能向上を達成することができる効果は著しい
。
第１図は本発明の第１のトンネルダイオード型半導体装
置の一実施例の主要部を示す断面図、第２図及び第３図
はそれぞれ第１図の実施例の熱平衡状態、及び電圧印加
状態のエネルギーバンド状態図、第４図は本発明の第２
のトンネルダイオード型半導体装置の一実施例を示す断
面図、第５図は第４図の実施例の熱平衡状態のエネルギ
ーバンド状態図である。 １−−− ｎ型ＧａＡｓ基板、２ ・ｎ型Ａｊ’ ｏ、
５Ｇａｏ−ｐ＾Ｓ層、３・・・高純度ＧａＡｓ層、４・
・・高純度＾ｅ ０−３ａａＱ−７Ａｓ層、５・・・ｎ
型ＧａＡｓ層、６．７・・・電極、８・・・不純物準位
、９・・・量子準位、１１・・・ｐ型ＧａＡｓ基板、１
２ ・Ｐ型Ａ１！、）、５ＧａＯ，ｇＡｓ層、１３ ・
・・高純度ＧａＡｓ層、１４ ・・・高純度＾ｅ ｏ−
５Ｇａｏ、５Ａｖ層、１５ ・−ｐ型ＧａＡｓ層、１６
．１７・・・電極、１８・・・不純物準位、１９・・・
量子準位。 滞 ４１！Ｉ
置の一実施例の主要部を示す断面図、第２図及び第３図
はそれぞれ第１図の実施例の熱平衡状態、及び電圧印加
状態のエネルギーバンド状態図、第４図は本発明の第２
のトンネルダイオード型半導体装置の一実施例を示す断
面図、第５図は第４図の実施例の熱平衡状態のエネルギ
ーバンド状態図である。 １−−− ｎ型ＧａＡｓ基板、２ ・ｎ型Ａｊ’ ｏ、
５Ｇａｏ−ｐ＾Ｓ層、３・・・高純度ＧａＡｓ層、４・
・・高純度＾ｅ ０−３ａａＱ−７Ａｓ層、５・・・ｎ
型ＧａＡｓ層、６．７・・・電極、８・・・不純物準位
、９・・・量子準位、１１・・・ｐ型ＧａＡｓ基板、１
２ ・Ｐ型Ａ１！、）、５ＧａＯ，ｇＡｓ層、１３ ・
・・高純度ＧａＡｓ層、１４ ・・・高純度＾ｅ ｏ−
５Ｇａｏ、５Ａｖ層、１５ ・−ｐ型ＧａＡｓ層、１６
．１７・・・電極、１８・・・不純物準位、１９・・・
量子準位。 滞 ４１！Ｉ
Claims (2)
- （１）ｎ型の第１の半導体層にこれより電子親和力の小
さい第２の半導体層又は第１の絶縁体層が設けられ、さ
らに前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層上にこれよ
り電子親和力の小さい第３の半導体層が設けられ、さら
に前記第３の半導体層上にこれより電子親和力の小さい
第４の半導体層又は第２の絶縁体層が設けられ、さらに
前記第４の半導体層又は第２の絶縁体層上にこれより電
子親和力の大きいｎ型の第５の半導体層が設けられて少
なくとも一つの量子井戸を構成してなるトンネルダイオ
ード型半導体装置において、前記第１の半導体層と前記
第５の半導体層との間に印加される所定電圧において前
記量子井戸内の量子準位に一致する不純物準位を構成す
るｎ型不純物が前記第２の半導体層又は第１の絶縁体層
と前記第４の半導体層又は第２の絶縁体層の少なくとも
いずれか一つに含まれていることを特徴とするトンネル
ダイオード型半導体装置。 - （２）ｐ型の第１の半導体層上にこれより電子親和力と
禁制帯幅の和の大きい第２の半導体層又は第１の絶縁体
層が設けられ、さらに前記第２の半導体層又は第１の絶
縁体層上にこれより電子親和力と禁制帯幅の和の小さい
第３の半導体層が設けられ、さらに前記第３の半導体層
上にこれより電子親和力と禁制帯幅の和の大きい第４の
半導体層又は第２の絶縁体層が設けられ、さらに前記第
４の半導体層又は第２の絶縁体層上にこれより電子親和
力と禁制帯の和の小さいｐ型の第５の半導体層が設けら
れて少なくとも一つの量子井戸を構成してなるトンネル
ダイオード型半導体装置において、前記第１の半導体層
と前記第５の半導体層との間に印加される所定電圧にお
いて前記量子井戸内の量子準位に一致する不純物準位を
形成するｐ型不純物が前記第２の半導体層又は第１の絶
縁体層と前記第４の半導体層又は第２の絶縁体層の少な
くともいずれかに含まれていることを特徴とするトンネ
ルダイオード型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21020386A JPS6365680A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | トンネルダイオ−ド型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21020386A JPS6365680A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | トンネルダイオ−ド型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6365680A true JPS6365680A (ja) | 1988-03-24 |
Family
ID=16585498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21020386A Pending JPS6365680A (ja) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | トンネルダイオ−ド型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6365680A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825240A (en) * | 1994-11-30 | 1998-10-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant-tunneling transmission line technology |
| JP4917030B2 (ja) * | 2005-04-13 | 2012-04-18 | 三菱電機株式会社 | エレベータ装置 |
-
1986
- 1986-09-05 JP JP21020386A patent/JPS6365680A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825240A (en) * | 1994-11-30 | 1998-10-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant-tunneling transmission line technology |
| JP4917030B2 (ja) * | 2005-04-13 | 2012-04-18 | 三菱電機株式会社 | エレベータ装置 |
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