JPH0459786B2 - - Google Patents

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JPH0459786B2
JPH0459786B2 JP61016700A JP1670086A JPH0459786B2 JP H0459786 B2 JPH0459786 B2 JP H0459786B2 JP 61016700 A JP61016700 A JP 61016700A JP 1670086 A JP1670086 A JP 1670086A JP H0459786 B2 JPH0459786 B2 JP H0459786B2
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JP
Japan
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semiconductor layer
layer
gallium arsenide
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negative resistance
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JP61016700A
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JPS62176162A (ja
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Shunichi Muto
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/30Devices controlled by electric currents or voltages
    • H10D48/32Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H10D48/36Unipolar devices
    • H10D48/362Unipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions, e.g. hot electron transistors [HET], metal base transistors [MBT], resonant tunnelling transistors [RTT], bulk barrier transistors [BBT], planar doped barrier transistors [PDBT] or charge injection transistors [CHINT]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/81Semiconductor 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
    • H10D62/815Semiconductor 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]

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 アルミニウムヒ素とガリウムヒ素との組を複数
組積層した超格子に固有のミニバンドを利用し
て、外部から変調することを可能にした負性抵抗
素子である。
ホツトエレクトロントランジスタのコレクタと
ベースとの間に上記の超格子の層が挿入された構
造の負性抵抗素子であり、挿入される超格子のミ
ニバンドのエネルギーレベルに一致する速度エネ
ルギーをホツトエレクトロンに与えるようなエミ
ツタ・ベース間電圧とこの電圧よりいくらか高い
エミツタ・ベース間電圧との間の電圧領域で負性
抵抗が実現するものである。しかも、この負性抵
抗特性は、コレクタ・ベース間電圧をもつて制御
しうる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は負性抵抗素子に関する。特に、3端子
型であり外部より変調することの可能な負性抵抗
素子に関する。
〔従来の技術〕
従来技術において知られている負性抵抗素子に
は、縮退したp−n接合ダイオード(エキサダイ
オード)と、AlGaAs/GaAsの量子井戸による
共鳴ダイオードとがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これら従来技術において知られている負性抵抗
素子は、いづれも2端子型であり固定特性であ
り、外部から変調することはできない。
本発明の目的は、負性抵抗性を有し、しかも、
この負性抵抗の値を外部から変調・制御しうる半
導体素子すなわち負性抵抗素子を提供することに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明が採つた手
段は、エミツタとコレクタとが一導電型のガリウ
ムヒ素であり、ベースがノンドープアルミニウム
ガリウムヒ素層であるホツトエレクトロントラン
ジスタのベースとコレクタとの間に、アルミニウ
ムヒ素とガリウムヒ素との組よりなる超格子の層
を介在させたものであり、より正確には、第1a
図、第1b図に示すように、一導電型のガリウム
ヒ素層よりなる第1の半導体層5と、この第1の
半導体層5と接触して設けられ、アルミニウムヒ
素とガリウムヒ素との組が複数組積層されてなる
第1のバリヤ層4と、この第1のバリヤ層4と接
触して設けられ、一導電型のガリウムヒ素層より
なる第3の半導体層3と、この第3の半導体層3
と接触して設けられ、ノンドープのアルミニウム
ガリウムヒ素層よりなる第2のバリヤ層2と、こ
の第2のバリヤ層2と接触して設けられ、一導電
型のガリウムヒ素層よりなる第2の半導体層1
と、第1の半導体層5と接触して設けられる第1
の電極9と、第2の半導体層1と接触して設けら
れる第2の電極6と、第3の半導体層3と接触し
て設けられる制御電極7とを有する負性抵抗素子
である。
〔作用〕
本発明に係る負性抵抗素子のエネルギーバンド
ダイヤグラムは第4図(無電圧時)と、第5図
(電圧印加時)のようになる。図に示すΔEはミニ
バンドレベルである。このミニバンドはこのエネ
ルギーレベルΔEのキヤリヤのみに選択的に導通
を許すエネルギーバンドである。よつて、もし、
ホツトエレクトロンがこのΔEに等しいエネルギ
ーを持つていれば、そのホツトエレクトロンのみ
は第1のバリヤ層を選択的に透過し、他の大きさ
のエネルギーを有するホツトエレクトロンは散乱
される。そこで、第6図に示すように、第2の半
導体層1と第3の半導体層3との間、及び、第3
の半導体層3と第1の半導体層5との間とに、そ
れぞれ電圧VEBおよびVBCを印加すれば第2の半
導体層1と第1の半導体層5との間が導通する
が、この導通は、第2のバリヤ層2を通過するホ
ツトエレクトロンの運動エネルギーすなわち第2
の半導体層1と第3の半導体層3との間の電圧
VEBに依存する。すなわち、第2のバリヤ層2を
通過するホツトエレクトロンの運動エネルギーが
ミニバンドΔEに一致するような電圧が第2の半
導体層1と第3の半導体層3との間に印加されて
いるときのみ導通状態になる。
一方ミニバンドΔEは超格子の両端に印加され
る電圧、すなわち、第2の半導体層1と第3の半
導体層3との間に印加される電圧VBCに依存して
そのエネルギーの大きさを変化する。よつて、導
通状態は、第2の半導体層1と第3の半導体層3
との間に印加される電圧VEBと第3の半導体層3
と第1の半導体層5との間に印加される電圧VBC
との双方に依存して変化する。
そこで、第3の半導体層3に注入されたホツト
エレクトロンは、ほぼバリステイツクに第3の半
導体層3を通過して、第1のバリヤ層4を確率T
をもつて通過する。このとき、素子の電流利得β
は、 β=α0T/1−α0T 但し、α0は第3の半導体層3をバリステイツク
に通過するホツトエレクトロンの割合いでほぼ1
である。
となる。
そのため、第2の半導体層1と第1の半導体層
5の間の電流ICは、第6図に示すようにVBCをパ
ラメータとしてA〜Cのように変化し、この素子
が外部変調可能な負抵抗として機能することを示
す。
〔実施例〕
以下、図面を参照しつゝ、本発明の一実施例に
係る負性抵抗素子についてさらに説明する。
第2図参照 リソグラフイー法を使用して、半絶縁性ガリウ
ムヒ素基板上8に、深さ約2000Åの開口を形成し
た後、レジストマスク10を除去することなく、
分子線エピタキシー法またはMOCVD法を使用
してn型のガリウムヒ素層を厚さ約2000Åに形成
し、その後レジストマスク10を除去して、半絶
縁性ガリウムヒ素基板8に埋め込まれた、n型の
ガリウムヒ素層よりなる第1の半導体層5を形成
する。この第1の半導体層5の不純物濃度は約2
×1018cm-3が適当である。
第3図参照 レジストマスク10を溶解除去して不要の領域
からn型のガリウムヒ素層をリフトオフ除去し、
分子線エピタキシー法またはMOCVD法を使用
して、アルミニウムヒ素とガリウムヒ素との組が
複数組積層された超格子の層よりなる第1のバリ
ヤ層4を形成する。この超格子の層を構成するア
ルミニウムヒ素の層の厚さは20Åであり、ガリウ
ムヒ素層の厚さは25Åであり、このアルミニウム
ヒ素層とガリウムヒ素層との組が45組積層され
る。
つづいて、分子線エピタキシー法または
MOCVD法を使用して、約1019cm-3にn型不純物
を含み厚さが約200Åのn型のガリウムヒ素層よ
りなる第3の半導体層3を形成する。
さらにつづいて、分子線エピタキシー法または
MOCVD法を使用して、厚さが約200Åのアルミ
ニウムガリウムヒ素よりなる第3の半導体層2を
形成する。このアルミニウムガリウムヒ素層の混
晶比は0.3である。
分子線エピタキシー法またはMOCVD法を使
用して、最後に、約1019cm-3にn型不純物を含み
厚さが約4000Åのn型のガリウムヒ素層よりなる
第2の半導体層1を形成する。
第1a図参照 リソグラフイー法とウエツトエツチング法を使
用して、第1の半導体層5に対向する領域を除い
て第2の半導体層1の厚さを約1000Åに減少し
て、制御電極形成領域を形成する。
この制御電極形成領域に選択的に金層を形成し
た後熱処理を施してオーミツクコンタクトとし、
制御電極7を形成する。
第1の半導体層5に対向する領域において第2
の半導体層1に接触して金層を形成した後熱処理
を施してオーミツクコンタクトとし、第2の電極
6を形成する。
第1b図参照 第1の半導体層5に接触して金層を形成した後
熱処理を施してオーミツクコンタクトとし、第1
の電極9を形成する。
以上の工程をもつて製造された素子のエネルギ
ーバンドダイヤグラムは第4図(無電圧時)と、
第5図(電圧印加時)のようになり、第3の半導
体層3と第1の半導体層5の間の電圧VBCによつ
て決定されるミニバンドの値ΔEに等しい速度エ
ネルギーを有するホツトエレクトロンのみが第1
のバリヤ層4を通過することができる。そのた
め、このVBCを一定にしておいて、第2の半導体
層1と第3の半導体層3との間の電圧VEBを変化
すれば、第2の半導体層1と第1の半導体層5と
の間に流れる電流ICは第6図に示すようになり、
ΔEに等しい値のVEBとそれよりいくらか大きな
値のVEBとの間の電圧領域で負性抵抗が実現し、
しかも、この負性特性はVBCを制御することによ
り、第6図にA、B、Cをもつて示すように制御
可能である。
VEBのピーク値がVBCに依存して変化する様子
は第7図に示すようになる。
〔発明の効果〕
以上説明せるとおり、本発明に係る負性抵抗素
子は、エミツタとコレクタとが一導電型のガリウ
ムヒ素であり、ベースがノンドープアルミニウム
ガリウムヒ素層であるホツトエレクトロントラン
ジスタのベースとコレクタとの間に、アルミニウ
ムヒ素とガリウムヒ素との組よりなる超格子層を
介在させたものであり、より正確に表現すれば、
一導電型のガリウムヒ素層よりなる第1の半導体
層5と、この第1の半導体層5と接触して設けら
れ、アルミニウムヒ素とガリユウムヒ素との組が
複数組積層されてなる第1のバリヤ層4と、この
第1のバリヤ層4と接触して設けられ、一導電型
のガリウムヒ素層よりなる第3の半導体層3と、
この第3の半導体層3と接触して設けられ、ノン
ドープのアルミニウムガリウムヒ素層よりなる第
2のバリヤ層2と、この第2のバリヤ層2と接触
して設けられ、一導電型のガリウムヒ素層よりな
る第2の半導体層1と、第1の半導体層5と接触
して設けられる第1の電極9と、第2の半導体層
1と接触して設けられる第2の電極6と、第3の
半導体層3と接触して設けられる制御電極7とを
有する負性抵抗素子であるから、第2の半導体層
1と第3の半導体層3との間に流れる電流ICは第
2の半導体層1と第3の半導体層3との間に印加
される電圧VEBと第3の半導体層3と第1の半導
体層5との間に印加される電圧VBCとの双方に依
存して変化し、VEB(ホツトエレクトロンの運動
エネルギーを決定する)がミニバンドの値に対応
する点といくらか高いVEBの値との間の電圧領域
で、負性抵抗特性を有し、この特性はVBCをパラ
メータとして変化するので、ICとVEBとの間には、
VBCによつて外部変調可能な負性抵抗特性が実現
する。
【図面の簡単な説明】
第1a図、第1b図は、本発明の一実施例に係
る負性抵抗素子の断面図(正面図と側面図)であ
る。第2,3図は、本発明の一実施例に係る負性
抵抗素子の製造工程図である。第4,5図は、本
発明の一実施例に係る負性抵抗素子のエネルギー
バンドダイヤグラムである。第6図は、本発明の
一実施例に係る負性抵抗素子のIC対VEB特性カー
ブである。第7図は、本発明の一実施例に係る負
性抵抗素子のVEBのピーク値対VBCのカーブであ
る。 1……第2の半導体層、2……第2のバリヤ
層、3……第3の半導体層、4……第1のバリヤ
層、5……第1の半導体層、6……第2の電極、
7……制御電極、8……半絶縁性ガリウムヒ素基
板、9……第1の電極、10……レジストマス
ク、ΔE……ミニバンドレベル、A〜C……パラ
メータVBC

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一導電型のガリウムヒ素層よりなる第1の半
    導体層5と、 該第1の半導体層5と接触して設けられ、アル
    ミニウムヒ素とガリウムヒ素との組が複数組積層
    されてなる第1のバリヤ層4と、 該第1のバリヤ層4と接触して設けられ、一導
    電型のガリウムヒ素層よりなる第3の半導体層3
    と、 該第3の半導体層3と接触して設けられ、ノン
    ドープのアルミニウムガリウムヒ素層よりなる第
    2のバリヤ層2と、 該第2のバリヤ層2と接触して設けられ、一導
    電型のガリウムヒ素層よりなる第2の半導体層1
    と、 前記第1の半導体層5と接触して設けられる第
    1の電極9と、 前記第2の半導体層1と接触して設けられる第
    2の電極6と、 前記第3の半導体層3と接触して設けられる制
    御電極7とを有する負性抵抗素子。
JP61016700A 1986-01-30 1986-01-30 負性抵抗素子 Granted JPS62176162A (ja)

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JP61016700A JPS62176162A (ja) 1986-01-30 1986-01-30 負性抵抗素子
US07/008,240 US4786957A (en) 1986-01-30 1987-01-29 Negative differential resistance element

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JP61016700A JPS62176162A (ja) 1986-01-30 1986-01-30 負性抵抗素子

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JPS62176162A JPS62176162A (ja) 1987-08-01
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