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JPS62176162A - 負性抵抗素子 - Google Patents

負性抵抗素子

Info

Publication number
JPS62176162A
JPS62176162A JP61016700A JP1670086A JPS62176162A JP S62176162 A JPS62176162 A JP S62176162A JP 61016700 A JP61016700 A JP 61016700A JP 1670086 A JP1670086 A JP 1670086A JP S62176162 A JPS62176162 A JP S62176162A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
negative resistance
gallium arsenide
conductivity type
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.)
Granted
Application number
JP61016700A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0459786B2 (ja
Inventor
Shunichi Muto
俊一 武藤
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP61016700A priority Critical patent/JPS62176162A/ja
Priority to US07/008,240 priority patent/US4786957A/en
Publication of JPS62176162A publication Critical patent/JPS62176162A/ja
Publication of JPH0459786B2 publication Critical patent/JPH0459786B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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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。

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
することを回部にした負性抵抗素子である。
ホッ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
レベルに一致スるm度−r−ネルギーをホットエレクト
ロンに与えるようなエミッタ・ベース間電圧とこの電圧
よりいくらか高いエミッタ・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・ベース間電圧をもって制御し
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、A
lGaAs/ 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、負性抵抗特性を有し、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〕
」二記の目的を達成するため、本発明が採った手段は、
エミッ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
るホッ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R5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・rなる第1のバリヤ層
4と、この第1のバリヤ+4と接触して設けられ、一導
電型のガリウムヒ藷層よりなる第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R1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0図に示すΔEはミニハンドレベルである。
このミニバンドはこのエネルギーレベルΔEのキャリヤ
のみに選択的に導通を許すエネルギーバンドである。よ
って、もし、ホットエレクトロンがこのΔEに等しいエ
ネルギーを持っていれば、そのホッ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
ルギーを有するホットエレクトロン11散乱される。そ
こで、第6図に示すように、第2の半導体層l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V およびVBGを
印加すれB 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を通過するホー2
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を通過するホットエレク
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。よって、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v8゜との双方に依存して変化する。
そこで、第3の半導体層3に注入されたホットエレクト
ロンは、はぼパリスティックに第3の半導体層3を通過
して、第1のへリヤ層4を確率Tをもって通過する。こ
のとき、素子のT!!流利得βは、 但し、α。は第3の半導体層3をパリスティックに通過
するホットエレクトロンの割合いでほぼ1である。
旨なる。
そのため、第2の半導体層lと第1の半導体層5の間の
TIt流I。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2図面を参照しつ一1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 リソグラフィー法を使用して、半絶縁性ガリウムヒ素基
板8上に、深さ約2.000人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2.000人に形成し、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B5を形成する。この第1の半導体層5の不純物濃度
は約2 X 1011018C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・′均 ら1n型のガリウムヒ素層をリフトオフ除去し、1・j して、アルミニウムヒ素とガリウムヒ素との組が一数組
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20人であり、ガリウムヒ素層の厚さ
は25人であり、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1019C11−3にn型不純物を含み厚
さが約200人の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MOCV
D法を使用して、厚さが約200人のアルミニウムガリ
ウムヒ素層よりなる第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1019c+*−”にn型不純物を含み厚さ
が約4.000人のn型のガリウムヒ素層よりなる第2
の半導体層lを形成する。
第1a図参照 リソグラフィー法とウェッ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 t 、ooo人に減少して、制御電極
形成φ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
理を施してオーミックコンタクトとし、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lに接触して金層を形成した後熱処理を施してオーミ
ックコンタクトとし、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
施してオーミックコンタクトとし、第1の電極9を形成
する。
以上の工程をもっ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vBGによっ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ットエレクト
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゛凪
1すれば、第2の半導体層1と第1の半導体層5几1、
AEに等しい値の■、:Bとそれよりいくらか大きな値
の■E8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v8oを制御することにより、第6図
にA、B、Cをもって示すように制御可能である。
■ のピーク値がvBGに依存して変化する様子B 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
ミッタとコレクタとが一導電型のガリウムヒ素層であり
、ベースがノンドープアルミニウムガリウムヒ素層であ
るホッ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ウムヒ素層と、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R2と接触して設けられ、−
導fi型のガリウムヒ素層よりなる第2の半導体層lと
、第1の半導体115と接触して設けられる第1の電極
9と、第2−4半導体層lと接触して設けられる第2の
電極61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、t52の
半導体層lと第3の半導体層3との間に流れる電流I。
は第2の半導体層lと第3の半導体層3との間に印加さ
れる電圧■EB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■B。
との双方に依存して変化し、vEB(ホットエレクトロ
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、IoとV との間には、vBcに
よって外部変調可能な負B 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1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1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b■ 
のピーク値対vBCのカーブである。 B 1・1第2の半導体層、 2Φ・・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・1第2の電極、 
7・・・制御電極、 8・1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。 特許出願人 工業技術院長 等々力達 第1a図 11b図 工程図 第2図 第3図 6+1+2+3+4−+5÷9 ハ゛ンドり゛′4ヤフ゛ラヘ (意9tと)第4図 ハパ〉ドタ゛°1で フ゛シム  (電圧l型刃0)第
5図 ΔE/q   − ts IC鰐VEBQ、)L 第61!! VBC VEB B VBC%/)L 第 7gl

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  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)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62176162A true JPS62176162A (ja) 1987-08-01
JPH0459786B2 JPH0459786B2 (ja) 1992-09-24

Family

ID=11923562

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

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JP (1) JPS62176162A (ja)

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