JPH0226792B2 - - Google Patents
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- JPH0226792B2 JPH0226792B2 JP58136171A JP13617183A JPH0226792B2 JP H0226792 B2 JPH0226792 B2 JP H0226792B2 JP 58136171 A JP58136171 A JP 58136171A JP 13617183 A JP13617183 A JP 13617183A JP H0226792 B2 JPH0226792 B2 JP H0226792B2
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- semiconductor
- superlattice
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
- H10D1/40—Resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/81—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation
- H10D62/815—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW]
- H10D62/8161—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices
- H10D62/8162—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation
- H10D62/8164—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation comprising only semiconductor materials
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/755—Nanosheet or quantum barrier/well, i.e. layer structure having one dimension or thickness of 100 nm or less
- Y10S977/76—Superlattice with graded effective bandgap, e.g. "chirp-graded" superlattice
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/755—Nanosheet or quantum barrier/well, i.e. layer structure having one dimension or thickness of 100 nm or less
- Y10S977/761—Superlattice with well or barrier thickness adapted for increasing the reflection, transmission, or filtering of carriers having energies above the bulk-form conduction or valence band energy level of the well or barrier, i.e. well or barrier with n-integer-λ-carrier-/4 thickness
Landscapes
- Thyristors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、印加電界に応答して微分負性抵抗
を示す半導体装置に関するものである。
を示す半導体装置に関するものである。
〔従来技術の説明〕
微分負性抵抗（以下単に負抵抗という）を示す
半導体装置は、スイツチング回路、発振回路、増
幅回路、検波回路、周波数混合回路等の種々の電
気的回路に利用されるため、使用目的の回路に応
じて、負抵抗を示す半導体装置を容易に設計でき
ることが嘱望されている。
半導体装置は、スイツチング回路、発振回路、増
幅回路、検波回路、周波数混合回路等の種々の電
気的回路に利用されるため、使用目的の回路に応
じて、負抵抗を示す半導体装置を容易に設計でき
ることが嘱望されている。
従来、負抵抗を示す素子としては、種々のもの
が考えられてきている。最近では、ガン効果素
子、トンネルダイオード、完全に周期的な超格子
構造の素子などがある。
が考えられてきている。最近では、ガン効果素
子、トンネルダイオード、完全に周期的な超格子
構造の素子などがある。
ガン効果素子は、GaAsやInP等の直接遷移型
の化合物半導体で作られるが、ガン効果それ自身
が物質のエネルギ帯構造で定まつており、人為的
にこれを変えることが困難であり、負抵抗を示す
電界強度、電流密度、素子の大きさ、電子濃度な
ど種々の点で制限され、各種使用回路に応じて任
意の設計を行うことは非常に困難である。
の化合物半導体で作られるが、ガン効果それ自身
が物質のエネルギ帯構造で定まつており、人為的
にこれを変えることが困難であり、負抵抗を示す
電界強度、電流密度、素子の大きさ、電子濃度な
ど種々の点で制限され、各種使用回路に応じて任
意の設計を行うことは非常に困難である。
また、トンネルダイオードは高濃度不純物添加
を行つたｐ−ｎ接合を用いて、この接合間におけ
る電子のトンネル現象を利用するため、使用する
半導体のエネルギ帯構造によつて負抵抗の特性が
定まつてしまい、設計の自由度が非常に少なく、
使用する電気的回路に応じて設計することは、は
なはだ困難である。
を行つたｐ−ｎ接合を用いて、この接合間におけ
る電子のトンネル現象を利用するため、使用する
半導体のエネルギ帯構造によつて負抵抗の特性が
定まつてしまい、設計の自由度が非常に少なく、
使用する電気的回路に応じて設計することは、は
なはだ困難である。
さらに、完全に周期的な超格子構造を持つ素子
の場合について、図面によつて説明する。
の場合について、図面によつて説明する。
第１図に、完全に周期的な超格子構造（以下超
格子と呼ぶ）によつて作られる電子に対するバン
ド・エツジ・エネルギから作られるポテンシヤル
１の概念図及びそのポテンシヤル１によつてでき
上がるエネルギ小帯の許容帯（以下ミニバンドと
呼ぶ）２、エネルギ小帯の禁制帯（以下ミニギヤ
ツプと呼ぶ）３、を示し、横軸は距離ｘ、縦軸は
電子に対するエネルギＥを示す。第１図のポテン
シヤル１に対してでき上がるミニバンド２やミニ
ギヤツプ３は、模式図であり、正確なものではな
い。ポテンシヤル１の周期をｄ、ポテンシヤル１
の高さをV0で示した。第１図において、ミニギ
ヤツプ３は下から第１、第２、第３の３つまで、
ミニバンド２も下から第１、第２、第３の３つま
でを示してあり、それ以上については書いてな
い。超格子に電界が印加されると、第１図のポテ
ンシヤル１及びミニギヤツプ３、ミニバンド２
は、第２図に示すようになる。
格子と呼ぶ）によつて作られる電子に対するバン
ド・エツジ・エネルギから作られるポテンシヤル
１の概念図及びそのポテンシヤル１によつてでき
上がるエネルギ小帯の許容帯（以下ミニバンドと
呼ぶ）２、エネルギ小帯の禁制帯（以下ミニギヤ
ツプと呼ぶ）３、を示し、横軸は距離ｘ、縦軸は
電子に対するエネルギＥを示す。第１図のポテン
シヤル１に対してでき上がるミニバンド２やミニ
ギヤツプ３は、模式図であり、正確なものではな
い。ポテンシヤル１の周期をｄ、ポテンシヤル１
の高さをV0で示した。第１図において、ミニギ
ヤツプ３は下から第１、第２、第３の３つまで、
ミニバンド２も下から第１、第２、第３の３つま
でを示してあり、それ以上については書いてな
い。超格子に電界が印加されると、第１図のポテ
ンシヤル１及びミニギヤツプ３、ミニバンド２
は、第２図に示すようになる。
第２図において、ｘ方向に、ポテンシヤル１及
びミニバンド２、ミニギヤツプ３は電界によつて
傾き、第１ミニバンド２の底、即ちP1点にあつ
た電子ｅは、第１ミニバンド２のP1−P2間を往
復運動する。この往復運動が超格子における負抵
抗を生じる原因となるためには、超格子内におけ
る全ての電子が同時に、完全に同方向に、位相を
合わせて動きながら往復運動をくり返えさなけれ
ばならない。そのためには、格子振動や不純物に
よる散乱を極力減少させなければならない。ま
た、第３ミニギヤツプ３ををトンネルして第２図
のP3点に出るような電子の数も減少するような
ミニギヤツプ３ができるようにポテンシヤル１を
設計する必要がある。このように超格子において
負抵抗を得るようにするためには、散乱対策とト
ンネル防止が必要であり、そのため著しく設計し
難いものとなる。
びミニバンド２、ミニギヤツプ３は電界によつて
傾き、第１ミニバンド２の底、即ちP1点にあつ
た電子ｅは、第１ミニバンド２のP1−P2間を往
復運動する。この往復運動が超格子における負抵
抗を生じる原因となるためには、超格子内におけ
る全ての電子が同時に、完全に同方向に、位相を
合わせて動きながら往復運動をくり返えさなけれ
ばならない。そのためには、格子振動や不純物に
よる散乱を極力減少させなければならない。ま
た、第３ミニギヤツプ３ををトンネルして第２図
のP3点に出るような電子の数も減少するような
ミニギヤツプ３ができるようにポテンシヤル１を
設計する必要がある。このように超格子において
負抵抗を得るようにするためには、散乱対策とト
ンネル防止が必要であり、そのため著しく設計し
難いものとなる。
また、超格子の周期のみを変えた変調超格子の
モデル的ポテンシヤルに電子波束が入射する場合
の数学的取り扱いについては計算の一例として、
第30回応用物理学関係連合講演会講演予稿集
P.513「6p−Ｎ−７超格子中の電子波束の計算機シ
ユミレーシヨン（）」がないわけではないが、
実際にどのような材料を用いていかに構成するか
についての記述はなく、実際のデバイスの設計の
指針は得られない。
モデル的ポテンシヤルに電子波束が入射する場合
の数学的取り扱いについては計算の一例として、
第30回応用物理学関係連合講演会講演予稿集
P.513「6p−Ｎ−７超格子中の電子波束の計算機シ
ユミレーシヨン（）」がないわけではないが、
実際にどのような材料を用いていかに構成するか
についての記述はなく、実際のデバイスの設計の
指針は得られない。
この発明は、上述の点にかんがみなされたもの
で、使用する電気回路に応じて、ほぼ任意に設計
することができ、製作上の制約も少なく、各種の
散乱に不敏感であり、負抵抗の特性もよく、スイ
チング回路、増幅回路、発振回路、検波回路、周
波数混合回路等で用いることができる、負抵抗を
示す新しい半導体装置を提供するものであり、さ
らに、超格子構造に変調を加えることにより、エ
ネルギ小帯が、超格子構造を作る方向においてエ
ネルギ的に傾いた変調超格子構造を有する半導体
装置を提供することを目的とする。
で、使用する電気回路に応じて、ほぼ任意に設計
することができ、製作上の制約も少なく、各種の
散乱に不敏感であり、負抵抗の特性もよく、スイ
チング回路、増幅回路、発振回路、検波回路、周
波数混合回路等で用いることができる、負抵抗を
示す新しい半導体装置を提供するものであり、さ
らに、超格子構造に変調を加えることにより、エ
ネルギ小帯が、超格子構造を作る方向においてエ
ネルギ的に傾いた変調超格子構造を有する半導体
装置を提供することを目的とする。
まず、第１図に示されるようなポテンシヤル１
がどのような手段によつて作られるかを第３図ａ
〜ｃに各種の半導体のヘテロ接合によつて作られ
るバンド・エツジ・エネルギの段差の図、及び第
３図ｄ〜ｅに不純物添加によつて作られるバン
ド・エツジ・エネルギの段差の図で示す。図中、
Ｃは伝導帯の下端、Ｖは価電子帯の上端、Efはフ
エルミエネルギを表わす。第３図ａに属するもの
としては、Ａ及びＢの半導体として、AlxGa1-x
As−GaAs、AlAs−GaAs、Si−Ge、AlSb−
GaSb、AlxGa1-xSb−GaSb、AlAs−Ge、Alx
Ga1-xAs−Ge、AlxGa1-xAs−AlyGa1-yAs（ｘ＞
ｙ）、GaAs−InAs、InxGa1-xAs−InAs、Inx
Ga1-xAs−InyGa1-yAs（ｘ＞ｙ）、InP−InAs、
InPxAs1-x−InPyAs1-y（ｘ＞ｙ）、CdTe−InSb、
CdxHg1-xTe−InSb、AlxIn1-xSb−AlyIn1-ySb
（ｘ＞ｙ）、InxGa1-xAsyP1-y−InzGa1-zAsuP1-u
（ｘ＜ｚ、ｙ＜ｕ）等の種々の半導体の組み合せ
で作ることができる。第３図ｂに属するものとし
ては、Ａ−Ｂとして、GaSb−InSb、InxGa1-xSb
−InSb、InxGa1-xSb−InyGa1-ySb（ｘ＜ｙ）、Si
−InAs、Si−InxGa1-xAs、GaSb−InAs、AlSb
−InP、AlSb−CdTe、AlAs−CdTe等、第３図
ｃに属するものとしては、Ge−GaAs、InAs−
AlSb、InxAl1-xAs−AlSb、InSb−InAs、GaSb
−InAs、GaAs−InP、Si−GaP、Si−ZnSe、Si
−CdTe等の半導体の組み合せによつて作ること
ができる。第３図ｄ，ｅは同種の半導体の組み合
せであるが、第３図ｄのＡ−Ｂはｎ−n+型の組
み合せであり、第３図ｅのＡ−Ｂはｐ−ｎ型の接
合である。Ａ、Ｂはそれぞれ単結晶半導体でもア
モルフアス半導体でもよい。第３図ａ〜ｃにおい
てもそれぞれの半導体においてｎ型、ｐ型を作る
ことができるため、さらに多くの方法でバンド・
エツジ・エネルギの段差を作ることができ、適当
に選んだ半導体の組み合せにおいて超格子を作つ
た場合、バンド・エツジ・エネルギの段差が作る
ポテンシヤル１を第１図に示すもののようにする
ことができる。伝導体でのバンド・エツジ・エネ
ルギの段差は電子に対するポテンシヤル１になる
が、価電子帯でのバンド・エツジ・エネルギの段
差は正孔に対するポテンシヤル１となり得る。従
つて、電子に対するポテンシヤル１の議論によつ
て、正孔に対しても電子を正孔、ｎ型をｐ型、Ｅ
を−Ｅと読みかえることによつて、正孔に対する
ポテンシヤル１の議論とすることができるため、
話を簡便にするために、電子に対するポテンシヤ
ル１の形のみを以後取り扱う。
がどのような手段によつて作られるかを第３図ａ
〜ｃに各種の半導体のヘテロ接合によつて作られ
るバンド・エツジ・エネルギの段差の図、及び第
３図ｄ〜ｅに不純物添加によつて作られるバン
ド・エツジ・エネルギの段差の図で示す。図中、
Ｃは伝導帯の下端、Ｖは価電子帯の上端、Efはフ
エルミエネルギを表わす。第３図ａに属するもの
としては、Ａ及びＢの半導体として、AlxGa1-x
As−GaAs、AlAs−GaAs、Si−Ge、AlSb−
GaSb、AlxGa1-xSb−GaSb、AlAs−Ge、Alx
Ga1-xAs−Ge、AlxGa1-xAs−AlyGa1-yAs（ｘ＞
ｙ）、GaAs−InAs、InxGa1-xAs−InAs、Inx
Ga1-xAs−InyGa1-yAs（ｘ＞ｙ）、InP−InAs、
InPxAs1-x−InPyAs1-y（ｘ＞ｙ）、CdTe−InSb、
CdxHg1-xTe−InSb、AlxIn1-xSb−AlyIn1-ySb
（ｘ＞ｙ）、InxGa1-xAsyP1-y−InzGa1-zAsuP1-u
（ｘ＜ｚ、ｙ＜ｕ）等の種々の半導体の組み合せ
で作ることができる。第３図ｂに属するものとし
ては、Ａ−Ｂとして、GaSb−InSb、InxGa1-xSb
−InSb、InxGa1-xSb−InyGa1-ySb（ｘ＜ｙ）、Si
−InAs、Si−InxGa1-xAs、GaSb−InAs、AlSb
−InP、AlSb−CdTe、AlAs−CdTe等、第３図
ｃに属するものとしては、Ge−GaAs、InAs−
AlSb、InxAl1-xAs−AlSb、InSb−InAs、GaSb
−InAs、GaAs−InP、Si−GaP、Si−ZnSe、Si
−CdTe等の半導体の組み合せによつて作ること
ができる。第３図ｄ，ｅは同種の半導体の組み合
せであるが、第３図ｄのＡ−Ｂはｎ−n+型の組
み合せであり、第３図ｅのＡ−Ｂはｐ−ｎ型の接
合である。Ａ、Ｂはそれぞれ単結晶半導体でもア
モルフアス半導体でもよい。第３図ａ〜ｃにおい
てもそれぞれの半導体においてｎ型、ｐ型を作る
ことができるため、さらに多くの方法でバンド・
エツジ・エネルギの段差を作ることができ、適当
に選んだ半導体の組み合せにおいて超格子を作つ
た場合、バンド・エツジ・エネルギの段差が作る
ポテンシヤル１を第１図に示すもののようにする
ことができる。伝導体でのバンド・エツジ・エネ
ルギの段差は電子に対するポテンシヤル１になる
が、価電子帯でのバンド・エツジ・エネルギの段
差は正孔に対するポテンシヤル１となり得る。従
つて、電子に対するポテンシヤル１の議論によつ
て、正孔に対しても電子を正孔、ｎ型をｐ型、Ｅ
を−Ｅと読みかえることによつて、正孔に対する
ポテンシヤル１の議論とすることができるため、
話を簡便にするために、電子に対するポテンシヤ
ル１の形のみを以後取り扱う。
第４図はこの発明の一実施例を示す概略構成図
で、４，１０はリード線、５，９は入射用・出射
用電極、６，８はｎ型の均質な半導体、７は変調
超格子構造を有する半導体であり、上記第４図の
拡大図を第５図ａに詳しく示す。第５図ａにおい
て、半導体７ａと７ｂは第３図ａ〜ｃのバンド・
エツジ・エネルギの段差を作ることができる半導
体の組み合せにより交互に積層状態になつてお
り、分子線エピタキシー、有機金属熱分解法
（MOCVD法）、等のエピタキシヤル成長法で作
ることができる。７ａ及び７ｂの各層の一対より
なる周期厚は、均質なｎ型の半導体６側から均質
なｎ型の半導体８側に向つて徐徐に変化するよう
に超格子に変調を加えることができる。超格子の
周期を変調したことによりできる変調された周期
をd1、d2…、di…、doとしたものを第５図ｂに示
した。１周期内における７ａと７ｂの膜厚比はど
の周期でも同じようにすることができる。均質な
半導体６としては、それが作るポテンシヤル６′
が７ａの作るポテンシヤルと同じポテンシヤルの
高さとなるように、第３図ａ〜ｅのバンド・エツ
ジ・エネルギの段差を作ることができる半導体の
組み合せから選ぶことができる。半導体６の作る
ポテンシヤル１を７ｂの作るポテンシヤルと同じ
くする必要は必ずしもなく、変調超格子構造を有
する半導体７に電子を入射させるに必要なエネル
ギーを有するものであればよく、必要とする負抵
抗特性と使用する電気回路に応じて均質なｎ型半
導体６を選ぶことができる。又、ｎ型の均質な半
導体８としては、それが作るポテンシヤル８′が
７ａの作るポテンシヤルと同じくするように選ぶ
ことができる。以上に示した構造によつて得られ
る均質なｎ型半導体６，８にかけての構造に対応
したポテンシヤル１１の様子を第５図ｂに示す。
ポテンシヤル１１に対する電子のエネルギ状態を
現段階において完全正確には把握することはでき
ない。しかしながら、ｉ番目の周期diと同じ周期
を持つ超格子のポテンシヤル１に付随するミニバ
ンド２、ミニギヤツプ３をｉ番目での局所的なミ
ニバンド１２及びミニギヤツプ１３として考える
ことが可能である。第５図ｃにおいて、１２及び
１３は上述のように局所的な意味で考えて模式的
に作つた第１、第２、第３ミニバンド１２及び第
１、第２、第３ミニギヤツプ１３である。さらに
高いエネルギ状態でのミニバンド１２、ミニギヤ
ツプ１３は書いてない。
で、４，１０はリード線、５，９は入射用・出射
用電極、６，８はｎ型の均質な半導体、７は変調
超格子構造を有する半導体であり、上記第４図の
拡大図を第５図ａに詳しく示す。第５図ａにおい
て、半導体７ａと７ｂは第３図ａ〜ｃのバンド・
エツジ・エネルギの段差を作ることができる半導
体の組み合せにより交互に積層状態になつてお
り、分子線エピタキシー、有機金属熱分解法
（MOCVD法）、等のエピタキシヤル成長法で作
ることができる。７ａ及び７ｂの各層の一対より
なる周期厚は、均質なｎ型の半導体６側から均質
なｎ型の半導体８側に向つて徐徐に変化するよう
に超格子に変調を加えることができる。超格子の
周期を変調したことによりできる変調された周期
をd1、d2…、di…、doとしたものを第５図ｂに示
した。１周期内における７ａと７ｂの膜厚比はど
の周期でも同じようにすることができる。均質な
半導体６としては、それが作るポテンシヤル６′
が７ａの作るポテンシヤルと同じポテンシヤルの
高さとなるように、第３図ａ〜ｅのバンド・エツ
ジ・エネルギの段差を作ることができる半導体の
組み合せから選ぶことができる。半導体６の作る
ポテンシヤル１を７ｂの作るポテンシヤルと同じ
くする必要は必ずしもなく、変調超格子構造を有
する半導体７に電子を入射させるに必要なエネル
ギーを有するものであればよく、必要とする負抵
抗特性と使用する電気回路に応じて均質なｎ型半
導体６を選ぶことができる。又、ｎ型の均質な半
導体８としては、それが作るポテンシヤル８′が
７ａの作るポテンシヤルと同じくするように選ぶ
ことができる。以上に示した構造によつて得られ
る均質なｎ型半導体６，８にかけての構造に対応
したポテンシヤル１１の様子を第５図ｂに示す。
ポテンシヤル１１に対する電子のエネルギ状態を
現段階において完全正確には把握することはでき
ない。しかしながら、ｉ番目の周期diと同じ周期
を持つ超格子のポテンシヤル１に付随するミニバ
ンド２、ミニギヤツプ３をｉ番目での局所的なミ
ニバンド１２及びミニギヤツプ１３として考える
ことが可能である。第５図ｃにおいて、１２及び
１３は上述のように局所的な意味で考えて模式的
に作つた第１、第２、第３ミニバンド１２及び第
１、第２、第３ミニギヤツプ１３である。さらに
高いエネルギ状態でのミニバンド１２、ミニギヤ
ツプ１３は書いてない。
次に上記第４図で変調超格子構造を有する半導
体７の他の例、即ち、超格子を構成する半導体の
組成を変調する例を第６図ａで詳しく説明する。
簡単のために、５対の変調超格子を記したが、実
際は、負抵抗の設計に応じて対の数を増すことが
できる。７ａ及び７ｂの膜厚の比を一定にしたま
ま７ａのバンド・エツジ・エネルギを基準にして
７ｂのバンド・エツジ・エネルギを除々に高く
し、第６図ｂのようなポテンシヤル１６にするこ
とができる。第６図ｂにおいてｄは周期であり、
d1、d2は７ａ及び７ｂの膜厚を表わす。７ａとし
てはGaAs、７ｂとしてはAlxGa1-xAsを選びAlx
Ga1-xAsのｘを徐々に増しながらエピタキシー成
長を行うことによつてポテンシヤル１６を作るこ
とができる。７ａ及び７ｂが単一の半導体でも７
ｂの半導体における不純物濃度を徐々に変化させ
ることでもポテンシヤル１６を得ることができ
る。また、７ａをGe、７ｂにGe1-xSixとし、ｘ
を均質なｎ型半導体８側に向つて増してもよい。
さらに、上記第３図ａ〜ｅに示したバンド・エツ
ジ・エネルギの段差を作ることができる半導体の
組み合せにより７ａ及び７ｂを作ることができ
る。ポテンシヤル１６によつて作られる局所的な
意味でのミニバンド１４及びミニギヤツプ１５
は、それぞれ第６図ｂのようになり、ミニバンド
１４及びミニギヤツプ１５は均質なｎ型半導体６
から８に向つて傾いている。
体７の他の例、即ち、超格子を構成する半導体の
組成を変調する例を第６図ａで詳しく説明する。
簡単のために、５対の変調超格子を記したが、実
際は、負抵抗の設計に応じて対の数を増すことが
できる。７ａ及び７ｂの膜厚の比を一定にしたま
ま７ａのバンド・エツジ・エネルギを基準にして
７ｂのバンド・エツジ・エネルギを除々に高く
し、第６図ｂのようなポテンシヤル１６にするこ
とができる。第６図ｂにおいてｄは周期であり、
d1、d2は７ａ及び７ｂの膜厚を表わす。７ａとし
てはGaAs、７ｂとしてはAlxGa1-xAsを選びAlx
Ga1-xAsのｘを徐々に増しながらエピタキシー成
長を行うことによつてポテンシヤル１６を作るこ
とができる。７ａ及び７ｂが単一の半導体でも７
ｂの半導体における不純物濃度を徐々に変化させ
ることでもポテンシヤル１６を得ることができ
る。また、７ａをGe、７ｂにGe1-xSixとし、ｘ
を均質なｎ型半導体８側に向つて増してもよい。
さらに、上記第３図ａ〜ｅに示したバンド・エツ
ジ・エネルギの段差を作ることができる半導体の
組み合せにより７ａ及び７ｂを作ることができ
る。ポテンシヤル１６によつて作られる局所的な
意味でのミニバンド１４及びミニギヤツプ１５
は、それぞれ第６図ｂのようになり、ミニバンド
１４及びミニギヤツプ１５は均質なｎ型半導体６
から８に向つて傾いている。
次に、第７図でこの発明の実施例である上記第
４図の変調超格子構造を有する半導体７の他の例
を示す。第７図ａに示すように周期ｄは一定のま
まにしておき、７ａ及び７ｂの膜厚の比を徐々に
変えてゆくことにより第７図ｂのポテンシヤル１
７を得ることができる。d1〜d9は７ｂの膜厚を表
わす。このように膜厚の比を変えた場合にできる
局所的な意味でのミニバンド１８及びミニギヤツ
プ１９は、第７図ｂに示すように均質なｎ型半導
体６から８に向つて傾くことができる。第７図ａ
の７ａ及び７ｂの対の数は、簡単のため９対のみ
示してあるが、必ずしも対の数は９対とは限らず
必要とする負抵抗の特性と使用する電気回路に応
じて変えることができる。
４図の変調超格子構造を有する半導体７の他の例
を示す。第７図ａに示すように周期ｄは一定のま
まにしておき、７ａ及び７ｂの膜厚の比を徐々に
変えてゆくことにより第７図ｂのポテンシヤル１
７を得ることができる。d1〜d9は７ｂの膜厚を表
わす。このように膜厚の比を変えた場合にできる
局所的な意味でのミニバンド１８及びミニギヤツ
プ１９は、第７図ｂに示すように均質なｎ型半導
体６から８に向つて傾くことができる。第７図ａ
の７ａ及び７ｂの対の数は、簡単のため９対のみ
示してあるが、必ずしも対の数は９対とは限らず
必要とする負抵抗の特性と使用する電気回路に応
じて変えることができる。
第４図の変調超格子構造を有する半導体７の他
の例としては、第５図ａに示したように膜厚比を
固定したまま周期のみを変調した場合、第６図ａ
に示したように、でき上がるポテンシヤル１６の
振幅が変調されるように半導体の組み合せを選ん
だ場合、さらに第７図ａに示したようにポテンシ
ヤル１７の膜厚の比が徐々に変化するように半導
体の対の膜厚比を変調した３つの場合のどれか２
つの場合を組み合わせることにより、または３つ
の場合全てを組み合わせることにより、必要とす
る負抵抗の特性と使用する電気回路に応じて、ミ
ニバンド１８及びミニギヤツプ１９のエネルギ
幅、エネルギ値、傾きの度合等を設計することが
できる。
の例としては、第５図ａに示したように膜厚比を
固定したまま周期のみを変調した場合、第６図ａ
に示したように、でき上がるポテンシヤル１６の
振幅が変調されるように半導体の組み合せを選ん
だ場合、さらに第７図ａに示したようにポテンシ
ヤル１７の膜厚の比が徐々に変化するように半導
体の対の膜厚比を変調した３つの場合のどれか２
つの場合を組み合わせることにより、または３つ
の場合全てを組み合わせることにより、必要とす
る負抵抗の特性と使用する電気回路に応じて、ミ
ニバンド１８及びミニギヤツプ１９のエネルギ
幅、エネルギ値、傾きの度合等を設計することが
できる。
また、上記第４図の変調超格子構造を有する半
導体７を構成する第５図〜第７図の各ａ図におけ
る７ａ及び７ｂの半導体において、これら７ａ及
び７ｂの間は必ずしも空間的に瞬時に７ａから７
ｂに、または７ｂから７ａに変わる必要はなく、
距離ｘに応じてsin ｘ（又はcos ｘ）で変えても
よく、その他の関数形で変えてもよい。最も重要
なことは、完全周期型の超格子に変調を入れるこ
とであり、もとの超格子によつてできるポテンシ
ヤルの周期関数がいかなる形をしてもよい。
導体７を構成する第５図〜第７図の各ａ図におけ
る７ａ及び７ｂの半導体において、これら７ａ及
び７ｂの間は必ずしも空間的に瞬時に７ａから７
ｂに、または７ｂから７ａに変わる必要はなく、
距離ｘに応じてsin ｘ（又はcos ｘ）で変えても
よく、その他の関数形で変えてもよい。最も重要
なことは、完全周期型の超格子に変調を入れるこ
とであり、もとの超格子によつてできるポテンシ
ヤルの周期関数がいかなる形をしてもよい。
次に、第８図で、上記第１図に示した完全に周
期的な超格子におけるミニバンド２及びミニギヤ
ツプ３の計算機による計算結果を示す。超格子の
周期ｄを変えることで、横軸にはエネルギの形で
〓2／2m*（π／ｄ）2を、縦軸には電子のエネルギを示
し た。前記〓2／2m*（π／ｄ）2のm*は電子の有効質量、 〓はプランク定数を2πで割つたものである。対
応する周期ｄの値を上の横軸に示した。ポテンシ
ヤルの高い方の厚さをd1、低い方の厚さをd2とす
るとｄ＝d1＋d2であり、d1＝d2の場合を第８図に
示してある。第８図には第４ミニギヤツプ以上の
ミニバンド２やミニギヤツプ３は煩雑になるため
書き入れてない。周期ｄを小さくするとミニバン
ド２及びミニギヤツプ３が大きくなつていくこと
が分る。第８図において、d1とd2が等しくない場
合も全く同様の計算により、ミニバンド２及びミ
ニギヤツプ３を周期ｄに対して計算するこことが
できるため、変調超格子構造における局所的な意
味でのミニバンド１２，１４，１８及びミニギヤ
ツプ１３，１５，１９を知ることができ、必要と
する負抵抗特性及び使用電気回路に応じて、変調
超格子構造におけるミニバンド１２，１４，１８
及びミニギヤツプ１３，１５，１９を第８図のよ
うなエネルギ図を利用して、設計することができ
る。
期的な超格子におけるミニバンド２及びミニギヤ
ツプ３の計算機による計算結果を示す。超格子の
周期ｄを変えることで、横軸にはエネルギの形で
〓2／2m*（π／ｄ）2を、縦軸には電子のエネルギを示
し た。前記〓2／2m*（π／ｄ）2のm*は電子の有効質量、 〓はプランク定数を2πで割つたものである。対
応する周期ｄの値を上の横軸に示した。ポテンシ
ヤルの高い方の厚さをd1、低い方の厚さをd2とす
るとｄ＝d1＋d2であり、d1＝d2の場合を第８図に
示してある。第８図には第４ミニギヤツプ以上の
ミニバンド２やミニギヤツプ３は煩雑になるため
書き入れてない。周期ｄを小さくするとミニバン
ド２及びミニギヤツプ３が大きくなつていくこと
が分る。第８図において、d1とd2が等しくない場
合も全く同様の計算により、ミニバンド２及びミ
ニギヤツプ３を周期ｄに対して計算するこことが
できるため、変調超格子構造における局所的な意
味でのミニバンド１２，１４，１８及びミニギヤ
ツプ１３，１５，１９を知ることができ、必要と
する負抵抗特性及び使用電気回路に応じて、変調
超格子構造におけるミニバンド１２，１４，１８
及びミニギヤツプ１３，１５，１９を第８図のよ
うなエネルギ図を利用して、設計することができ
る。
上述したように超格子構造を変調することによ
り、超格子構造が作るエネルギ小帯であるミニバ
ンド２及びミニギヤツプ３が、空間的に傾くこと
がわかる。次に変調超格子構造に電界を印加した
場合の作用を、変調超格子構造が第５図ａに示し
た周期変調である場合を例にとつて説明する。
り、超格子構造が作るエネルギ小帯であるミニバ
ンド２及びミニギヤツプ３が、空間的に傾くこと
がわかる。次に変調超格子構造に電界を印加した
場合の作用を、変調超格子構造が第５図ａに示し
た周期変調である場合を例にとつて説明する。
第９図ａで２２はポテンシヤルを示す。このポ
テンシヤル２２を作る手段及び構造は、すでに前
述した通りである。第９図ａにおいて、ポテンシ
ヤル６′，８′は、第４図に示した均質なｎ型半導
体６，８により作られたものである。d1〜d10は
変調をうけた周期でd1＞d2＞…＞d10となるよう
にすることができる。電子はｎ型半導体６にある
電子を代表してポテンシヤル６′の上にｅで表わ
してある。ポテンシヤル２２においては第１及び
第２ミニギヤツプ２０、及び第１、第２ミニバン
ド２１がそれぞれポテンシヤル６′から８′に向つ
て傾むくことができるようにd1〜d10を選ぶこと
ができる。均質なｎ型半導体６，８の伝導度を高
くすることができるため、このように選んだポテ
ンシヤル構造をもつ第４図に示した半導体装置の
電極５及び９間に電圧V1が印加されたとき、均
質なｎ型半導体６及び８で作られるポテンシヤル
６′及び８′は、第９図ｂに示すように傾かないよ
うに均質なｎ型半導体６及び８の電子濃度を選ぶ
ことができる。従つて印加した電圧V1をすべて
変調超格子部分に印加することができ、第９図ｂ
に示すように変調超格子ポテンシヤルが傾くこと
ができる。このとき、ミニバンド２１、ミニギヤ
ツプ２０も同時に印加した電圧V1の分だけ傾く
ことができ、ポテンシヤル６′上の電子ｅは第２
ミニギヤツプ２０の下端をトンネルして電極９、
即ちポテンシヤル８′の所まで達することができ
る。従つて、このときは電流が流れることができ
る。しかし、さらに電圧をあげてV2とすると、
第９図ｃに示したように、電子ｅは、第２ミニギ
ヤツプ２０を変調超格子全空間にわたつて見るこ
とになるようにすることができる。このときはミ
ニギヤツプ２０内では電子ｅが存在することがで
きないために、電極５から出ようとする電子ｅは
第２ミニギヤツプ２０によつて全て反射され電極
５にもどつてしまい、電極５，９間には電流が流
れることができないようにすることができる。さ
らに、電圧を印加し、第９図ｄに示したように
V3の電圧を電極５，９に印加した場合は、電子
ｅは第２ミニギヤツプ２０の上端をトンネルする
ことができ電極９に達することができる。第９図
ａ〜ｄに対応した電流及び印加電圧の開係を図示
すると第１０図のようになる。
テンシヤル２２を作る手段及び構造は、すでに前
述した通りである。第９図ａにおいて、ポテンシ
ヤル６′，８′は、第４図に示した均質なｎ型半導
体６，８により作られたものである。d1〜d10は
変調をうけた周期でd1＞d2＞…＞d10となるよう
にすることができる。電子はｎ型半導体６にある
電子を代表してポテンシヤル６′の上にｅで表わ
してある。ポテンシヤル２２においては第１及び
第２ミニギヤツプ２０、及び第１、第２ミニバン
ド２１がそれぞれポテンシヤル６′から８′に向つ
て傾むくことができるようにd1〜d10を選ぶこと
ができる。均質なｎ型半導体６，８の伝導度を高
くすることができるため、このように選んだポテ
ンシヤル構造をもつ第４図に示した半導体装置の
電極５及び９間に電圧V1が印加されたとき、均
質なｎ型半導体６及び８で作られるポテンシヤル
６′及び８′は、第９図ｂに示すように傾かないよ
うに均質なｎ型半導体６及び８の電子濃度を選ぶ
ことができる。従つて印加した電圧V1をすべて
変調超格子部分に印加することができ、第９図ｂ
に示すように変調超格子ポテンシヤルが傾くこと
ができる。このとき、ミニバンド２１、ミニギヤ
ツプ２０も同時に印加した電圧V1の分だけ傾く
ことができ、ポテンシヤル６′上の電子ｅは第２
ミニギヤツプ２０の下端をトンネルして電極９、
即ちポテンシヤル８′の所まで達することができ
る。従つて、このときは電流が流れることができ
る。しかし、さらに電圧をあげてV2とすると、
第９図ｃに示したように、電子ｅは、第２ミニギ
ヤツプ２０を変調超格子全空間にわたつて見るこ
とになるようにすることができる。このときはミ
ニギヤツプ２０内では電子ｅが存在することがで
きないために、電極５から出ようとする電子ｅは
第２ミニギヤツプ２０によつて全て反射され電極
５にもどつてしまい、電極５，９間には電流が流
れることができないようにすることができる。さ
らに、電圧を印加し、第９図ｄに示したように
V3の電圧を電極５，９に印加した場合は、電子
ｅは第２ミニギヤツプ２０の上端をトンネルする
ことができ電極９に達することができる。第９図
ａ〜ｄに対応した電流及び印加電圧の開係を図示
すると第１０図のようになる。
第１０図において、電極５に電圧V1、V3を印
加すると、電流I1、I3がそれぞれ流れるが、電圧
V2を印加しても電流が流れることができない。
印加電圧を逆向きにするならば、電極９から電子
ｅが出ることになり、第１ミニギヤツプ２０によ
つて電子ｅが大きく反射されるため、電流が流れ
難い。従つて第４図の半導体装置における電極
５，９間における電圧−電流特性は第１０図の曲
線２３及び２４になるようにすることができる。
また、電圧範囲V1−V2の間で負抵抗となること
ができる。さらに曲線２３で示される低電圧側と
曲線２４で示される関係から、第４図の半導体装
置は、整流特性も持つことができる。
加すると、電流I1、I3がそれぞれ流れるが、電圧
V2を印加しても電流が流れることができない。
印加電圧を逆向きにするならば、電極９から電子
ｅが出ることになり、第１ミニギヤツプ２０によ
つて電子ｅが大きく反射されるため、電流が流れ
難い。従つて第４図の半導体装置における電極
５，９間における電圧−電流特性は第１０図の曲
線２３及び２４になるようにすることができる。
また、電圧範囲V1−V2の間で負抵抗となること
ができる。さらに曲線２３で示される低電圧側と
曲線２４で示される関係から、第４図の半導体装
置は、整流特性も持つことができる。
第１０図を実証するために、第９図のポテンシ
ヤル２２において、電子ｅに対するシユレーデイ
ンガー方程式を計算機によつて解くことによりシ
ユミレーシヨンを行つた結果を第１１図で説明す
る。第１１図において、横軸は、変調超格子内の
電界を示しており、電圧に対応させるためには、
変調超格子の長さ、即ち第９図において（d1＋d2
＋…＋d10）を電界に乗じればよい。縦軸は第９
図のポテンシヤル６′を飛び出した電子ｅが変調
超格子を通り、ポテンシヤル８′まで透過した、
電子ｅの透過率を表わす。変調超格子のｉ番目の
周期diは次の式で与えた。膜厚の比は1/2とした。
ヤル２２において、電子ｅに対するシユレーデイ
ンガー方程式を計算機によつて解くことによりシ
ユミレーシヨンを行つた結果を第１１図で説明す
る。第１１図において、横軸は、変調超格子内の
電界を示しており、電圧に対応させるためには、
変調超格子の長さ、即ち第９図において（d1＋d2
＋…＋d10）を電界に乗じればよい。縦軸は第９
図のポテンシヤル６′を飛び出した電子ｅが変調
超格子を通り、ポテンシヤル８′まで透過した、
電子ｅの透過率を表わす。変調超格子のｉ番目の
周期diは次の式で与えた。膜厚の比は1/2とした。
〓2／2m*（π／di）2＝１／２V0＋qEdxi ……(1)
上記の第(1)式においてm*は電子の有効質量、
〓はブランク定数を2πで割つたもの、V0は第９
図に示すポテンシヤルの高さ、ｑは電子ｅの電荷
量、Edは電界の強さ、xiはｉ番目までのポテンシ
ヤル６′から測つた距離である。
〓はブランク定数を2πで割つたもの、V0は第９
図に示すポテンシヤルの高さ、ｑは電子ｅの電荷
量、Edは電界の強さ、xiはｉ番目までのポテンシ
ヤル６′から測つた距離である。
第１１図に示すとおり、電界がEdとなつたと
き透過率は零となり、電子ｅは完全に反射する様
子がわかる。電子ｅの透過率に、第９図のポテン
シヤル６′−８′間にオームの法測で流れる電流を
乗じれば、第１１図の曲線２５は第１０図のV1
−V2間の曲線２３とすることができる。
き透過率は零となり、電子ｅは完全に反射する様
子がわかる。電子ｅの透過率に、第９図のポテン
シヤル６′−８′間にオームの法測で流れる電流を
乗じれば、第１１図の曲線２５は第１０図のV1
−V2間の曲線２３とすることができる。
膜厚の比、即ち第９図ａにおけるd1゜／d1がα
のように一般的な場合には、上記の数式に代えて 〓2／2m*（π／di）2＝αV0＋qEdxi ……(2) とすると、第１１図の曲線２５とほぼ同様な電子
ｅの透過率曲線を得ることができる。第(1)式及び
第(2)式以外の方法によつても第９図ａのようなポ
テンシヤル２２を作ることができる。
のように一般的な場合には、上記の数式に代えて 〓2／2m*（π／di）2＝αV0＋qEdxi ……(2) とすると、第１１図の曲線２５とほぼ同様な電子
ｅの透過率曲線を得ることができる。第(1)式及び
第(2)式以外の方法によつても第９図ａのようなポ
テンシヤル２２を作ることができる。
第１０図に示す負抵抗が出るためには、変調超
格子構造を有する半導体装置において、変調超格
子構造が作るポテンシヤル２２によつてできるミ
ニバンド２１及びミニギヤツプ２０が距離ｘに沿
つてエネルギ的に傾むくこことが必要であり、変
調超子構造によつてできるポテンシヤル２２が、
周期の変調でもよく、振幅の変調でもよく、膜厚
の比の変調でもよく、これらを組み合わせて作る
こともできる。
格子構造を有する半導体装置において、変調超格
子構造が作るポテンシヤル２２によつてできるミ
ニバンド２１及びミニギヤツプ２０が距離ｘに沿
つてエネルギ的に傾むくこことが必要であり、変
調超子構造によつてできるポテンシヤル２２が、
周期の変調でもよく、振幅の変調でもよく、膜厚
の比の変調でもよく、これらを組み合わせて作る
こともできる。
第１２図には、超格子の構造を変調した部分、
即ち変調超格子構造を有する半導体に隣接して一
様な半導体層を設けたことを特徴とする半導体装
置の概略図を示す。第４図の半導体装置の概略図
と同じ機能をするところには同じ符号をつけてあ
る。２７は一様な半導体層であり、均質なｎ型半
導体６と変調超格子構造を有する半導体７との間
に設けることができる。
即ち変調超格子構造を有する半導体に隣接して一
様な半導体層を設けたことを特徴とする半導体装
置の概略図を示す。第４図の半導体装置の概略図
と同じ機能をするところには同じ符号をつけてあ
る。２７は一様な半導体層であり、均質なｎ型半
導体６と変調超格子構造を有する半導体７との間
に設けることができる。
第１３図には、第１２図の半導体装置において
できるポテンシヤル図を示した。一様な半導体層
２７によつてポテンシヤルが２９となるようにす
ることができる。第１３図において、変調超格子
構造を有する半導体７として、ポテンシヤル２８
のような周期の変調である例を示しているが、第
６図ａ、第７図ａに示したような、振幅変調及び
膜厚比の変調の場合でもよく、これらの組み合せ
の変調の場合でもよい。均質なｎ型半導体６によ
つてポテンシヤル６′、一様な半導体層２７によ
つてポテンシヤル２９、変調超格子構造を有する
半導体７によつてポテンシヤル２８、均質なｎ型
半導体８によつてポテンシヤル８′ができるよう
にすることができ、ポテンシヤル２８によつてミ
ニギヤツプ３０、ミニバンド３１をつくることが
できる。一様なポテンシヤル２９によつて、均質
なｎ型半導体６を出た電子ｅは、電圧が低い場合
は、ミニバンド３１を通り抜けることができ、か
つ、完全反射になる電圧以上の電圧の場合でも第
２のミニギヤツプ３０の端で大きく反射されるこ
となく、ミニバンド３１に電子ｅが入つていくこ
とができるため、電子ｅの透過率は大きく向上
し、負抵抗特性を改善することができる。この場
合の透過率を計算機によるシミユレーシヨンで求
めた結果第１１図の曲線２６で示される。曲線２
５の場合に比べてより一段と改善されていること
がわかる。
できるポテンシヤル図を示した。一様な半導体層
２７によつてポテンシヤルが２９となるようにす
ることができる。第１３図において、変調超格子
構造を有する半導体７として、ポテンシヤル２８
のような周期の変調である例を示しているが、第
６図ａ、第７図ａに示したような、振幅変調及び
膜厚比の変調の場合でもよく、これらの組み合せ
の変調の場合でもよい。均質なｎ型半導体６によ
つてポテンシヤル６′、一様な半導体層２７によ
つてポテンシヤル２９、変調超格子構造を有する
半導体７によつてポテンシヤル２８、均質なｎ型
半導体８によつてポテンシヤル８′ができるよう
にすることができ、ポテンシヤル２８によつてミ
ニギヤツプ３０、ミニバンド３１をつくることが
できる。一様なポテンシヤル２９によつて、均質
なｎ型半導体６を出た電子ｅは、電圧が低い場合
は、ミニバンド３１を通り抜けることができ、か
つ、完全反射になる電圧以上の電圧の場合でも第
２のミニギヤツプ３０の端で大きく反射されるこ
となく、ミニバンド３１に電子ｅが入つていくこ
とができるため、電子ｅの透過率は大きく向上
し、負抵抗特性を改善することができる。この場
合の透過率を計算機によるシミユレーシヨンで求
めた結果第１１図の曲線２６で示される。曲線２
５の場合に比べてより一段と改善されていること
がわかる。
第４図における均質なｎ型半導体６，８、変調
超格子構造の半導体７によつて作られるポテンシ
ヤル６′，３４，８′がそれぞれ第１４図に示され
るように模式的なポテンシヤルにすることがで
き、ミニバンド３３、ミニギヤツプ３２をポテン
シヤル３４で作ることができる。ポテンシヤル
８′から第１ミニギヤツプ３２の上端ｕ点までの
エネルギをW1、第２ミニギヤツプ３２の下端ｌ
点までのエネルギをW2とする。また、ポテンシ
ヤル６′のエネルギをWcとする。また、第１４図
においてｎ型半導体６，８間に電圧Ｖをかけてゆ
くとき、ｕ点がポテンシヤル６′と同じエネルギ
になるまでは、電圧Ｖをかけても、ｎ型半導体６
からの電子ｅは第１のミニギヤツプ３２のため変
調超格子構造半導体７を通ることができず、電圧
Ｖによつてｕ点がポテンシヤル６′より下がつた
とき電子ｅは第１ミニバンド３３を通つて、変調
超格子構造の半導体７を通りぬけることができ
る。さらに電圧Ｖをかけてゆきｌ点がポテンシヤ
ル６′にさしかかつたときには電子ｅは第２ミニ
ギヤツプ３２内を通らなければならず、透過率は
下がる。この様子の模式図を第１５図ａの曲線３
５で示した。図中、横軸は電圧で、縦軸は透過率
を示す。第１５図ｂは、第１５図ａに対応する電
流−電圧特性を曲線３６で示した。３７は漏洩電
流による電流であり、３８はオームの法測によつ
て流れ得る電流である。３９は電圧Ｖを逆方向に
した場合であり、この場合も、第１０図と同様、
整流特性をもつことができる。第１５図ｂは第１
０図とは違つた形の負抵抗を示すことができる。
超格子構造の半導体７によつて作られるポテンシ
ヤル６′，３４，８′がそれぞれ第１４図に示され
るように模式的なポテンシヤルにすることがで
き、ミニバンド３３、ミニギヤツプ３２をポテン
シヤル３４で作ることができる。ポテンシヤル
８′から第１ミニギヤツプ３２の上端ｕ点までの
エネルギをW1、第２ミニギヤツプ３２の下端ｌ
点までのエネルギをW2とする。また、ポテンシ
ヤル６′のエネルギをWcとする。また、第１４図
においてｎ型半導体６，８間に電圧Ｖをかけてゆ
くとき、ｕ点がポテンシヤル６′と同じエネルギ
になるまでは、電圧Ｖをかけても、ｎ型半導体６
からの電子ｅは第１のミニギヤツプ３２のため変
調超格子構造半導体７を通ることができず、電圧
Ｖによつてｕ点がポテンシヤル６′より下がつた
とき電子ｅは第１ミニバンド３３を通つて、変調
超格子構造の半導体７を通りぬけることができ
る。さらに電圧Ｖをかけてゆきｌ点がポテンシヤ
ル６′にさしかかつたときには電子ｅは第２ミニ
ギヤツプ３２内を通らなければならず、透過率は
下がる。この様子の模式図を第１５図ａの曲線３
５で示した。図中、横軸は電圧で、縦軸は透過率
を示す。第１５図ｂは、第１５図ａに対応する電
流−電圧特性を曲線３６で示した。３７は漏洩電
流による電流であり、３８はオームの法測によつ
て流れ得る電流である。３９は電圧Ｖを逆方向に
した場合であり、この場合も、第１０図と同様、
整流特性をもつことができる。第１５図ｂは第１
０図とは違つた形の負抵抗を示すことができる。
第１２図に示した一様な半導体層２７を第１４
図に示したｎ型半導体６と変調超格子構造の半導
体７の間に設けることにより、第１５図ｂに示し
た電流−電圧特性を改善することができる。
図に示したｎ型半導体６と変調超格子構造の半導
体７の間に設けることにより、第１５図ｂに示し
た電流−電圧特性を改善することができる。
この発明の半導体装置は、所定電界中において
一端から他端にかけて入射した電子または正孔を
それぞれ反射または透過される変調超格子構造を
有する半導体の両端に、入射用と出射用の電極を
それぞれ設け、さらに、入射用の電極と変調超格
子構造を有する半導体との間に均質な半導体を設
けて構成したので、この均質な半導体のエネルギ
によつて電子を確実に変調超格子構造の半導体に
入射させることができる。
一端から他端にかけて入射した電子または正孔を
それぞれ反射または透過される変調超格子構造を
有する半導体の両端に、入射用と出射用の電極を
それぞれ設け、さらに、入射用の電極と変調超格
子構造を有する半導体との間に均質な半導体を設
けて構成したので、この均質な半導体のエネルギ
によつて電子を確実に変調超格子構造の半導体に
入射させることができる。
そしてこの半導体装置によれば、スイツチング
回路、発振回路、増幅回路、検波回路、周波数混
合回路等の種々の電気的回路に応じて希望する負
抵抗の特性をもつ半導体装置を設計するにあた
り、均質な半導体から作られるポテンシヤルの高
さ、一様な半導体層から作られるポテンシヤルの
高さと一様な半導体層の膜厚及び変調超格子によ
つて作られるミニバンド及びミニギヤツプの形、
さらにｎ型またはｐ型半導体から作られるポテン
シヤルの高さを適当に選ぶことにより、任意のポ
テンシヤルをもつ半導体の組み合せを選ぶことが
できる。従つて希望する特性をもつ負抵抗を示す
半導体装置をほぼ任意に設計し、作ることができ
る等の利点を有する。
回路、発振回路、増幅回路、検波回路、周波数混
合回路等の種々の電気的回路に応じて希望する負
抵抗の特性をもつ半導体装置を設計するにあた
り、均質な半導体から作られるポテンシヤルの高
さ、一様な半導体層から作られるポテンシヤルの
高さと一様な半導体層の膜厚及び変調超格子によ
つて作られるミニバンド及びミニギヤツプの形、
さらにｎ型またはｐ型半導体から作られるポテン
シヤルの高さを適当に選ぶことにより、任意のポ
テンシヤルをもつ半導体の組み合せを選ぶことが
できる。従つて希望する特性をもつ負抵抗を示す
半導体装置をほぼ任意に設計し、作ることができ
る等の利点を有する。
第１図は従来の超格子のポテンシヤルの概念
図、第２図は電界が印加されている場合の超格子
ポテンシヤルの概念図、第３図はバンド・エツ
ジ・エネルギの段差の概念図、第４図はこの発明
の一実施例の概略構成図、第５図ａは周期変調の
変調超格子構造を有する半導体の詳細図、第５図
ｂは、第５図ａの構造によつて作られるポテンシ
ヤル図、第５図ｃは変調超格子ポテンシヤルによ
つて作られるエネルギ小帯の模式図、第６図ａは
振幅変調の変調超格子を有する半導体の詳細図、
第６図ｂは、第６図ａの構造によつて作られるポ
テンシヤル及び、エネルギ小帯の図、第７図ａは
膜厚比を変調した変調超格子構造を有する半導体
の詳細図、第７図ｂは第７図ａの構造によつて作
られるポテンシヤル及びエネルギ小帯の図、第８
図は完全周期構造をもつ超格子のエネルギ小帯の
計算機による計算例の図、第９図は変調超格子に
電圧がかかつた場合の説明図、第１０図は変調超
格子の電流−電圧特性図、第１１図は変調超格子
構造を通る電子の透過率と電界の関係の計算例を
示すシミユレーシヨン図、第１２図は均質な半導
体と変調超格子構造を有する半導体の間に一様な
半導体層を設けた場合の図、第１３図は第１２図
の構造に対応するポテンシヤル図、第１４図は変
調超格子構造によるポテンシヤルの変形例を示す
図、第１５図ａ，ｂは第１４図のエネルギ小帯に
よる電子の透過率−電圧の関係図及び電流−電圧
特性を示す図である。 図中、５，９は電極、６，８は均質なｎ型半導
体、７は変調超格子構造の半導体である。
図、第２図は電界が印加されている場合の超格子
ポテンシヤルの概念図、第３図はバンド・エツ
ジ・エネルギの段差の概念図、第４図はこの発明
の一実施例の概略構成図、第５図ａは周期変調の
変調超格子構造を有する半導体の詳細図、第５図
ｂは、第５図ａの構造によつて作られるポテンシ
ヤル図、第５図ｃは変調超格子ポテンシヤルによ
つて作られるエネルギ小帯の模式図、第６図ａは
振幅変調の変調超格子を有する半導体の詳細図、
第６図ｂは、第６図ａの構造によつて作られるポ
テンシヤル及び、エネルギ小帯の図、第７図ａは
膜厚比を変調した変調超格子構造を有する半導体
の詳細図、第７図ｂは第７図ａの構造によつて作
られるポテンシヤル及びエネルギ小帯の図、第８
図は完全周期構造をもつ超格子のエネルギ小帯の
計算機による計算例の図、第９図は変調超格子に
電圧がかかつた場合の説明図、第１０図は変調超
格子の電流−電圧特性図、第１１図は変調超格子
構造を通る電子の透過率と電界の関係の計算例を
示すシミユレーシヨン図、第１２図は均質な半導
体と変調超格子構造を有する半導体の間に一様な
半導体層を設けた場合の図、第１３図は第１２図
の構造に対応するポテンシヤル図、第１４図は変
調超格子構造によるポテンシヤルの変形例を示す
図、第１５図ａ，ｂは第１４図のエネルギ小帯に
よる電子の透過率−電圧の関係図及び電流−電圧
特性を示す図である。 図中、５，９は電極、６，８は均質なｎ型半導
体、７は変調超格子構造の半導体である。
Claims (1)
- １ 所定電界中において一端から他端にかけて入
射した電子または正孔を反射または透過される変
調超格子構造を有する半導体と、この半導体の両
端にそれぞれ設けられた入射用と出射用の電極
と、前記入射用の電極と前記半導体との間に配置
され、前記半導体に電子または正孔を入射させる
均質な半導体とを具えたことを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58136171A JPS6028268A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
| US06/578,574 US4620206A (en) | 1983-07-26 | 1984-02-09 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58136171A JPS6028268A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028268A JPS6028268A (ja) | 1985-02-13 |
| JPH0226792B2 true JPH0226792B2 (ja) | 1990-06-12 |
Family
ID=15168979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58136171A Granted JPS6028268A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4620206A (ja) |
| JP (1) | JPS6028268A (ja) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61190919A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-08-25 | エクソン リサ−チ アンド エンジニアリング カンパニ− | 多層材料 |
| JPS61161696A (ja) * | 1985-01-10 | 1986-07-22 | 松下電工株式会社 | 放電灯点灯装置 |
| JPH0834170B2 (ja) * | 1985-05-29 | 1996-03-29 | 三洋電機株式会社 | 半導体装置 |
| FR2583577B1 (fr) * | 1985-06-18 | 1987-08-07 | Thomson Csf | Procede de realisation d'un dispositif photodetecteur semi-conducteur a avalanche et dispositif ainsi realise |
| JP2520591B2 (ja) * | 1985-08-10 | 1996-07-31 | 富士通株式会社 | 半導体ヘテロ接合体の製造方法 |
| US4788579A (en) * | 1985-09-30 | 1988-11-29 | The General Electric Company | Semiconductor superlattice |
| JPH0821708B2 (ja) * | 1985-11-14 | 1996-03-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 半導体素子 |
| US4783427A (en) * | 1986-02-18 | 1988-11-08 | Texas Instruments Incorporated | Process for fabricating quantum-well devices |
| JPS62211948A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-17 | Fujitsu Ltd | ヘテロ接合半導体装置 |
| US4814837A (en) * | 1986-03-13 | 1989-03-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Quantum well electron barrier diode |
| US4851886A (en) * | 1986-06-11 | 1989-07-25 | Texas Instruments Incorporated | Binary superlattice tunneling device and method |
| JPS62291018A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-17 | Hitachi Ltd | Ｍｂｅ法による傾斜組成化合物半導体の作成法 |
| JPH0666519B2 (ja) * | 1986-08-14 | 1994-08-24 | 東京工業大学長 | 超格子構造体 |
| US4908678A (en) * | 1986-10-08 | 1990-03-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | FET with a super lattice channel |
| CA1301957C (en) * | 1987-12-23 | 1992-05-26 | Michael Anthony Gell | Germanium-silicon semiconductor heterostructures |
| US4903101A (en) * | 1988-03-28 | 1990-02-20 | California Institute Of Technology | Tunable quantum well infrared detector |
| CA1299719C (en) * | 1989-01-13 | 1992-04-28 | National Research Council Of Canada | Semiconductor superlattice infrared source |
| US5031012A (en) * | 1989-04-21 | 1991-07-09 | At&T Bell Laboratories | Devices having asymmetric delta-doping |
| US4975567A (en) * | 1989-06-29 | 1990-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Multiband photoconductive detector based on layered semiconductor quantum wells |
| JPH0541355A (ja) * | 1991-08-05 | 1993-02-19 | Fujitsu Ltd | 変調半導体材料およびそれを用いた半導体装置 |
| JPH05304290A (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-16 | Nec Corp | オーミック電極 |
| JPH07234389A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-09-05 | Hitachi Ltd | 半導体光素子 |
| US5723872A (en) * | 1994-08-15 | 1998-03-03 | Texas Instruments Incorporated | Mixed barrier resonant tunneling |
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| KR0170473B1 (ko) * | 1995-12-21 | 1999-02-01 | 양승택 | 공진 터널링 전자장치 |
| JP3014339B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2000-02-28 | カナレ電気株式会社 | 量子波干渉層を有した半導体素子 |
| JP3014363B2 (ja) * | 1998-04-24 | 2000-02-28 | カナレ電気株式会社 | 量子波干渉層を有した半導体素子 |
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| US6071109A (en) * | 1999-02-24 | 2000-06-06 | Sandia Corporation | Method of making AlInSb by metal-organic chemical vapor deposition |
| GB9913950D0 (en) | 1999-06-15 | 1999-08-18 | Arima Optoelectronics Corp | Unipolar light emitting devices based on iii-nitride semiconductor superlattices |
| US11322643B2 (en) | 2014-05-27 | 2022-05-03 | Silanna UV Technologies Pte Ltd | Optoelectronic device |
| WO2015181657A1 (en) | 2014-05-27 | 2015-12-03 | The Silanna Group Pty Limited | Advanced electronic device structures using semiconductor structures and superlattices |
Family Cites Families (8)
| 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 |
| US3893148A (en) * | 1974-02-25 | 1975-07-01 | Us Navy | Layered superlattic switching and negative resistance devices |
| US4205329A (en) * | 1976-03-29 | 1980-05-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Periodic monolayer semiconductor structures grown by molecular beam epitaxy |
| US4103312A (en) * | 1977-06-09 | 1978-07-25 | International Business Machines Corporation | Semiconductor memory devices |
| US4250515A (en) * | 1978-06-09 | 1981-02-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Heterojunction superlattice with potential well depth greater than half the bandgap |
| US4205331A (en) * | 1978-06-09 | 1980-05-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Infrared optical devices of layered structure |
| US4503447A (en) * | 1982-07-16 | 1985-03-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multi-dimensional quantum well device |
-
1983
- 1983-07-26 JP JP58136171A patent/JPS6028268A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-09 US US06/578,574 patent/US4620206A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6028268A (ja) | 1985-02-13 |
| US4620206A (en) | 1986-10-28 |
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