(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード層及びアノード層と、該カソード層及びアノード層の間に挟まれた活性領域と、を少なくとも含む積層構造を備えており、
該活性領域は、ＡｌＧａＡｓによって構成された活性層を有し、該活性層が前記カソード層に接して設けられており、
前記活性領域の活性層を構成する前記ＡｌＧａＡｓの組成ＡｌxＧａ1-xＡｓにおけるＡｌ組成比ｘ（０＜ｘ＜１）は、該活性領域と前記カソード層との間の境界面からの距離の増加に伴って減少する、ガンダイオード。
【請求項２】
前記Ａｌ組成比ｘは、電流の流れる方向に滑らかに且つ次第に変化している、請求項１に記載のガンダイオード。
【請求項３】
前記Ａｌ組成比ｘは、電流の流れる方向にステップ状に変化している、請求項１に記載のガンダイオード。
【請求項４】
前記活性領域には、前記ＡｌＧａＡｓからなる活性層のアノード側に積層されたＧａＡｓからなる活性層が設けられている、請求項１に記載のガンダイオード。
【請求項５】
前記Ａｌ組成比ｘは、前記活性領域と前記カソード層との間の境界面ではｘ＝０．３であり、該境界面から約５０００Å離れた位置ではｘ＝０である、請求項１から４のいずれかひとつに記載のガンダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置に関し、具体的には、ガンダイオードに関する。より詳細には、ガンダイオードをミリ波帯域で効率よく動作させるための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガンダイオードは、高電界を用いて伝導帯の電子をホット状態（すなわち、熱平衡状態よりも高いエネルギーを有する状態）にし、伝導帯のΓ−バレイからＬ−バレイ或いはＸ−バレイへ遷移させることによって、電子の粗密波を発生させて高周波発振を行う。これによって、ガンダイオードは、高周波発振器として使用される。
【０００３】
図３は、従来の一般的なＧａＡｓガンダイオード３０の構成を模式的に示す断面図である。また、図４は、図３に示す構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（具体的には、価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯のΓ−バレイ及びＬ−バレイのエネルギーレベルＥＣΓ及びＥＣＬ）を模式的に示している。なお、ＧａＡｓの代わりにＩｎＰを構成材料として使用しても、基本的に同様の構成及びエネルギーバンド構造となる。
【０００４】
図３のガンダイオード３０は、高濃度（例えば約５×１０１７ｃｍ−３）にドープされているｎ＋ＧａＡｓカソード層３３（厚さ約１０００Å）、比較的低濃度（例えば約２×１０１６ｃｍ−３）にドープされているｎ型ＧａＡｓ活性層３４（厚さ約１００００Å）、及び高濃度（例えば約５×１０１８ｃｍ−３）にドープされているｎ＋ＧａＡｓアノード層３５を少なくとも含む積層構造を有している。カソード層３３の上には、ｎ＋ＧａＡｓキャップ層３２（厚さ約１０００Å、ドーピングレベル約５×１０１８ｃｍ−３）を介して、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉカソードオーミックコンタクト層３１が設けられている（但し、キャップ層３２は省略可能である）。また、アノード層３５の下には、同様にＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉアノードオーミックコンタクト層３６が設けられている。
【０００５】
図３に示すガンダイオード３０の構成において、適切なバイアス電圧がカソードオーミックコンタクト層３１とアノードオーミックコンタクト層３６との間に印加されると、移動電子効果によって、伝導帯の内部の高エネルギー電子がΓ−バレイからＬ−バレイ或いはＸ−バレイへ遷移する。これに伴って、活性層３４の内部でのダイナミックな空間電荷の変動が生じて、電流の発振が生じる。ここで、Ｌ−バレイに遷移した電子の移動度が小さいために、その領域は極めて高抵抗層になって電気的２重層が形成される。これを、一般にドメインと呼ぶ。発振は、このドメインのカソード層３３からアノード層３５への移動によって生じる。その際の発振周波数は、ドメインの移動距離で決まり、また発振効率（すなわち、ガンダイオードの動作効率）は、Γ−バレイからＬ−バレイ或いはＸ−バレイへの電子の動的遷移確率で決まる。
【０００６】
図３に示す従来のガンダイオード３０の構成では、カソード層３３から活性層３４へ入った電子が有する平均エネルギーは低く、活性層３４のうちでカソード層３３との境界面の近傍の領域は、低電界強度を有している。従って、活性層３４のうちでカソード層３３との境界面近傍の領域では、バレイ間の遷移確率は低い。このような領域は、ガンダイオード３０の能動的な動作に寄与しないことから、「デッド領域」と呼ばれる。むしろ、このようなデッド領域は、ガンダイオード３０の全体構成に対しては「寄生的な」領域であって、電気抵抗成分を増加させる、発振動作を減衰させる或いは抑制してしまうなど、ガンダイオード３０の動作に好ましくない作用を及ぼす。
【０００７】
ガンダイオード３０の発振周波数は、活性層３４の内部での電子の遷移時間によって決定され、従って活性層３４の長さに直接に依存する。これより、活性層の内部にデッド領域が存在すると、図３に示すような従来の単純なガンダイオード３０の構成で得られる最大発振周波数が減少し、従ってその動作周波数が減少する。このため、特に高周波帯域において、ガンダイオード３０の動作効率（発振効率）が低減する。
【０００８】
このようなデッド領域の存在に対しては、高周波帯域で発振するガンダイオード（従って、活性層が短い必要がある）において、特に、十分な考慮を必要とする。なぜなら、そのような高周波発振用のガンダイオードでは、活性層の全体長さに対するデッド領域の長さの相対的な割合が大きいからである。
【０００９】
以上のようなデッド領域に関する問題点を克服するために、「ホットエレクトロン注入構造」が使用されることがある。
【００１０】
図５（ａ）は、このようなホットエレクトロン注入構造を有するガンダイオード５０の積層構成の一例を模式的に示す。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）の構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（具体的には、価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯の下端のエネルギーレベルＥＣ）を模式的に示している。
【００１１】
具体的には、ガンダイオード５０は、高濃度にドープされているｎ＋ＧａＡｓカソード層５１、Ａｌ組成比が傾斜的に変化するグレーデッドＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層５２、一定の組成を有するＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層５３、比較的低濃度にドープされているｎ型ＧａＡｓ活性層５４、及び高濃度にドープされているｎ＋ＧａＡｓアノード層５５を少なくとも含む積層構造を有している。このような構成において、電子は、カソード層５１と活性層５４との間に存在するＡｌＧａＡｓからなるワイドバンドギャップ層５２及び５３を介して、カソード層５１から活性層５４へ向けて高エネルギーで注入される。この結果として、ＧａＡｓ活性層５４の中でのバレイ間の遷移が、より頻繁且つ迅速に生じる。
【００１２】
ここで、図５（ａ）のガンダイオード５０の構成において、ＡｌＧａＡｓからなるワイドバンドギャップ層５２及び５３は、カソード層５１の一部とみなされる。
【００１３】
一方、図６（ａ）は、特開昭５８−１２２７９１号公報に開示された、ホットエレクトロン注入構造を有する他のガンダイオード６０の積層構成を模式的に示す。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（具体的には、価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯の下端のエネルギーレベルＥＣ）を模式的に示している。
【００１４】
具体的には、ガンダイオード６０は、高濃度にドープされているｎ＋ＧａＡｓカソード層６１、一定の組成を有するＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層６２、比較的低濃度にドープされているｎ型ＧａＡｓ活性層６３、及び高濃度にドープされているｎ＋ＧａＡｓアノード層６４を少なくとも含む積層構造を有する。このような構成において、電子は、カソード層６１と活性層６３との間に存在するＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層６２をトンネル効果で通過して、カソード層６１から活性層６３へ高エネルギーで注入される。この結果として、ＧａＡｓ活性層６３の中でのバレイ間の遷移が、より頻繁且つ迅速に生じる。
【００１５】
ここで、図６（ａ）のガンダイオード６０の構成においても、ＡｌＧａＡｓからなるワイドバンドギャップ層６２は、カソード層６１の一部とみなされる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のホットエレクトロン注入構造を有するガンダイオード５０或いは６０の構成は、何れも、ＧａＡｓ活性層５４或いは６３に注入される電子のエネルギーを増加させることによって、ＧａＡｓ活性層５４或いは６３のうちでカソード層５１或いは６１に近い領域における電子のバレー間遷移を増加させることを意図している。ここで、上述したように、ガンダイオード５０或いは６０の構成におけるＡｌＧａＡｓワイドギャップ層５２及び５３或いは６２は、活性層５４或いは６３の一部ではなく、あくまでもカソード層５１或いは６１の一部とみなされる。実際のところ、ガンダイオード５０或いは６０の構成では、電子のバレイ間遷移は、ＡｌＧａＡｓワイドギャップ層５２及び５３或いは６２の内部では、発生しない。
【００１７】
従って、図５（ａ）或いは図６（ａ）に示すような従来のホットエレクトロン注入構造を有するガンダイオード５０或いは６０の構成は、活性層の内部でのデッド領域の存在に関連する問題点、すなわち、最大発振周波数及び高周波帯域での動作効率（発振効率）がデッド領域の存在によって制限を受けることを、十分に克服するには至っていない。
【００１８】
本発明は、上記の問題点を考慮して行われたものであり、その目的は、活性層の内部でのデッド領域を効果的に低減して、最大発振周波数及び高周波帯域での動作効率（発振効率）が向上したガンダイオードを提供すること、にある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のガンダイオードは、カソード層及びアノード層と、該カソード層及びアノード層の間に挟まれた活性領域と、を少なくとも含む積層構造を備えており、該活性領域はＡｌＧａＡｓによって構成された活性層を有し、該活性層が前記カソード層に接して設けられており、前記活性領域の活性層を構成する前記ＡｌＧａＡｓの組成ＡｌxＧａ1-xＡｓにおけるＡｌ組成比ｘ（０＜ｘ＜１）は、該活性領域と前記カソード層との間の境界面からの距離の増加に伴って減少する。
【００２１】
好ましくは、前記Ａｌ組成比ｘは、電流の流れる方向に滑らかに且つ次第に変化している。
【００２２】
好ましくは、前記Ａｌ組成比ｘは、電流の流れる方向にステップ状に変化している。
【００２３】
好ましくは、前記活性領域には、前記ＡｌＧａＡｓからなる活性層のアノード側に積層されたＧａＡｓからなる活性層が設けられている。
【００２５】
好ましくは、前記Ａｌ組成比ｘは、前記活性領域と前記カソード層との間の境界面ではｘ＝０．３であり、該境界面から約５０００Å離れた位置ではｘ＝０である。
【００２６】
以下に、本発明の作用を説明する。
【００２７】
本発明のガンダイオードは、バレイ間の分離エネルギーがより小さいＡｌＧａＡｓを、活性領域の少なくとも一部における構成材料として使用して構成されている。例えば、本発明のガンダイオードは、活性領域として、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との２層構造を含むＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ構造を有している。特に、活性領域に含まれるＡｌＧａＡｓ層の組成をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓと表現した場合に、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ活性層の全体、或いは少なくともその一部として、カソード層（すなわち、活性領域とカソード層との間の境界面）からの距離が増すにつれてそのＡｌ組成比ｘが減少するグレーデッド層（グレーデッドＡｌＧａＡｓ活性層）を使用する。このグレーデッドＡｌＧａＡｓ層は、活性領域の一部を構成する。
【００２８】
このグレーデッドＡｌＧａＡｓ活性領域の使用によって、本発明のガンダイオードでは、活性領域の内部でのデッド領域を低減させ、活性領域のうちでカソード層に近い領域における電子のバレー間遷移を増加させる。これにより、グレーデッドＡｌＧａＡｓ活性層を含む本発明のガンダイオードでは、均一な組成のＧａＡｓ層が活性層として使用される場合に比べて、形成されるガンダイオードの最大発振周波数特性が改善されて、また、特に高周波帯域における動作効率（発振効率）が向上する。
【００２９】
このとき、特にカソード層近傍（具体的には、カソード層と活性領域との間の境界面の近傍）でのグレーデッドＡｌＧａＡｓ活性層のＡｌ組成比ｘを約０．３とすることによって、電子のバレイ間遷移を特に容易に発生させることが可能になり、デッド領域の低減に特に貢献する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的な実施形態の説明に先立って、本発明に至る過程で本願発明者によって行われた検討結果を、以下にまず説明する。なお、以下の説明を含めて本願明細書で、「活性領域」という表現を使用することがあるが、これは、基本的には「活性層」と同意義である。但し、活性層が積層構造をなす（すなわち、２層以上の層を含む）様な場合に、特に「活性領域」という表現を使用することがある。
【００３１】
既に述べたように、ガンダイオードの活性層における「デッド領域」とは、活性層の内部でカソード層に隣接して存在する領域であって、移動電子効果、すなわち、低エネルギーレベルであるΓ−バレイから高エネルギーレベルであるＬ−バレイ（或いはＸ−バレイ）への電子の遷移が、発生しない領域である。このため、電界及び空間電荷の振動は、デッド領域を通じて伝搬しない。
【００３２】
一方、活性層の任意の領域における電子のバレイ間遷移の発生の度合いは、Γ−バレイの最小エネルギーレベルとＬ−バレイ（或いはＸ−バレイ）の最小エネルギーレベルとの間のエネルギー差、及び活性層の当該領域における電子のエネルギーレベルに、依存する。ここで、ＡｌＧａＡｓという材料を考え、その組成をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓと表現すると、そのようなＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層のΓ−バレイとＬ−バレイとの間のバレイ間エネルギー差（「Γ−Ｌバレイ間エネルギー差」とも称する）ΔＥΓＬは、Ｓ．Ａｄａｃｈｉによって「ＧａＡｓ，  ＡｌＡｓ，  ａｎｄ  ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ  ：  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｉｎ  ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  ｄｅｖｉｃｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、５８（３）、ｐｐ．Ｒ１−Ｒ２９（１９８５）に開示されているように、Ａｌ組成比ｘの関数として、
ΔＥΓＬ（ｅＶ）＝０．２８４−０．６０５・ｘ
と表される。従って、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層における電子のバレイ間遷移確率は、Ａｌ組成比ｘが増加して上記のΓ−Ｌバレイ間エネルギー差ΔＥΓＬが減少するにつれて、次第に増加する。
【００３３】
ところで、活性層のうちでカソード層の近傍の領域では、その領域での電子の平均エネルギーが小さくてもバレイ間遷移が容易に発生できるように、Γ−Ｌバレイ間エネルギー差ΔＥΓＬが小さいことが好ましい。しかし、その一方で、活性層の中でもカソード層から離れている領域（すなわち、電子の有する平均エネルギーが高い領域）では、ガンダイオードから高パワーの出力を得ることができるガンダイオードの高電圧レベルでの動作を可能にするために、Γ−Ｌバレイ間エネルギー差ΔＥΓＬが大きいことが望ましい。
【００３４】
そこで、本願発明者は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層を活性層（少なくともその一部）として使用し、且つその組成におけるＡｌ組成比ｘを、カソード層との境界面からの距離に応じて変化させることによって、上記のような所望の組成（Γ−Ｌバレイ間エネルギー差ΔＥΓＬ）を有する構成を得ることができると考えた。
【００３５】
図１は、以上のような本願発明者の考察に基づいて達成された本発明のある実施形態におけるガンダイオード１００の構成を、模式的に示す断面図である。また、図２は、図１に示す構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（具体的には、価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯のΓ−バレイ及びＬ−バレイのエネルギーレベルＥＣΓ及びＥＣＬ）を模式的に示している。
【００３６】
具体的には、図１のガンダイオード１００は、高濃度（例えば約５×１０１８ｃｍ−３）にドープされているｎ＋ＧａＡｓキャップ層１２（厚さ約１０００Å）、Ａｌ組成比ｙが次第に変化する高ドープのｎ＋ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓグレーデッドキャップ層１３（厚さ約５００Å、ドーピングレベル約５×１０１７ｃｍ−３）、高ドープのｎ＋Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓカソード層１４（厚さ約１０００Å、ドーピングレベル約５×１０１７ｃｍ−３）、比較的低濃度（例えば約２×１０１６ｃｍ−３）にドープされていてＡｌ組成比ｘが次第に変化するｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓグレーデッド活性層１５（厚さ約５０００Å）、比較的低濃度（例えば約２×１０１６ｃｍ−３）にドープされていて一定の組成を有するｎ型ＧａＡｓ活性層１６（厚さ約５０００Å）、及び高濃度（例えば約５×１０１８ｃｍ−３）にドープされているｎ＋ＧａＡｓアノード層１７、を少なくとも含む積層構造を有する。ここで、ｎ型ＧａＡｓ活性層１６及びｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓグレーデッド活性層１５が、活性領域２０を構成する。
【００３７】
また、キャップ層１２の上には、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉカソードオーミックコンタクト層１１が設けられ、アノード層１７の下には、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉアノードオーミックコンタクト層１８が設けられている。
【００３８】
ｎ＋ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓグレーデッドキャップ層１３のＡｌ組成比ｙは、ｎ＋ＧａＡｓキャップ層１２との境界面ではｙ＝０で、グレーデッド層１３は実質的にＧａＡｓ層となっている。そこから、カソード層１４に向けてｙの値は次第に増加し、ｎ＋Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓカソード層１４との境界面ではｙ＝０．３になっている。一方、ｎ＋ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓグレーデッド活性層１５のＡｌ組成比ｘは、ｎ＋Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓカソード層１４との境界面ではｘ＝０．３である。そこから、ｎ型ＧａＡｓ活性層１６に向けてｘの値は次第に減少し、ｎ型ＧａＡｓ活性層１６との境界面ではｘ＝０であって、グレーデッド層１５は実質的にＧａＡｓ層となっている。
【００３９】
さらに本願発明者は、モンテカルロ法を使用して、図１に類似するガンダイオード構造に関して、一連のシミュレーションを実施した。図７（ａ）〜（ｄ）は、そのシミュレーション結果を示す図である。
【００４０】
具体的には、図１に示した構成に類似した、ドーピングレベル約５×１０１７ｃｍ−３のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓカソード層、ドーピングレベル約２×１０１６ｃｍ−３のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＧａＡｓ活性領域（厚さ約０．５μｍ／約０．５μｍ）、及びドーピングレベル約５×１０１７ｃｍ−３のＧａＡｓアノード層からなるガンダイオード構成を想定して、カソード−アノード間に３Ｖの電圧を印加した場合の発振動作期間中での断続的な時間（ｔ＝ｔ０、ｔ０＋３．２ｐｓ、ｔ０＋４．８ｐｓ、及びｔ０＋９．４ｐｓ）における、瞬間的なエネルギーバンド構造（価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯におけるΓ−バレイ、Ｌ−バレイ、及びＸ−バレイのエネルギーレベルＥＣΓ、ＥＣＬ、及びＥＣＸ）の、カソード層から活性領域を経てアノード層に至る空間での変化の様子を、シミュレーションによって求めた。なお、図７（ａ）は、ｔ＝ｔ０におけるシミュレーション結果を示し、図７（ｂ）は、それより３．２ピコ秒後の（すなわち、ｔ＝ｔ０＋３．２ｐｓにおける）シミュレーション結果を示している。同様に、図７（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、ｔ＝ｔ０＋４．８ｐｓ及びｔ＝ｔ０＋９．４ｐｓにおけるシミュレーション結果を示している。また、図７（ａ）〜（ｄ）の各々において、縦軸は電子エネルギーレベル（ｅＶ）を示し、横軸は横方向位置（単位：Å）を示している。
【００４１】
さらに、このシミュレーションでは、電子を粒子として取り扱っており、図７（ａ）〜（ｄ）に示す結果では、活性領域における電子を、「ドット」として表現している。
【００４２】
なお、図１に示す構成に含まれるキャップ層、カソードオーミックコンタクト層、及びアノードオーミックコンタクト層は、ガンダイオードの基本的な動作特性に影響を与えないので、このシミュレーションの構成には含めていない。
【００４３】
図７（ａ）〜（ｄ）に示す結果より、電界及び空間電荷の振動は、活性領域のほぼ全体を通じて伝搬している。すなわち、活性領域のトータルの厚さ（すなわち、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の厚さとＧａＡｓ層の厚さとの合計）が約１．０μｍと薄いにもかかわらず、本発明のガンダイオードの構成では、活性領域の内部にデッド領域が存在しないことが確認された。
【００４４】
以上のようなシミュレーションに基づいて、本願発明者は、組成（Ａｌ組成比ｘ）が次第に変化するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓグレーデッド層をガンダイオードの活性領域の少なくとも一部として設けることによって、活性領域の内部におけるデッド領域を効果的に減少させられることを確認した。このようなグレーデッド活性層では、その組成（Ａｌ組成比ｘ）は、カソード層との境界面から活性層の内部に向けて、境界面からの距離の変化に応じて変化させればよい。言い換えれば、アノード層とカソード層との間の電子の移動の方向（電流が流れる方向）に沿って、グレーデッド活性層の組成（Ａｌ組成比ｘ）を変化させればよい。
【００４５】
なお、グレーデッドＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ活性層の組成（Ａｌ組成比ｘ）は、滑らかに変化していても、或いはステップ的に不連続に変化していても、上記のような効果を得ることができる。但し、より好ましい効果を得るために、活性層を２層構造にして、アノード層に隣接するＧａＡｓ活性層とカソード層に隣接するグレーデッドＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ活性層とを含む構成にすることが好ましい。
【００４６】
本願発明者の検討によれば、最善の結果は、図１に示すように、活性層（活性領域）２０を、アノード層１７に隣接するＧａＡｓ活性層１６とカソード層１４に隣接する厚さ約５０００ÅのグレーデッドＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ活性層１５とを含む２層構造にしたときに得られた。このとき、グレーデッドＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ活性層１５のＡｌ組成比ｘは、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓカソード層１４との境界面ではｘ＝０．３であり、そこからｎ型ＧａＡｓ活性層１６に向けて、ｘの値は次第に減少する。そして、ｎ型ＧａＡｓ活性層１６との境界面（すなわち、カソード層１４との境界面から約５０００Å離れた位置）ではｘ＝０であって、グレーデッド層１５は、実質的にＧａＡｓ層となっている。
【００４７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、グレーデッドＡｌＧａＡｓ活性層の使用によって、活性層（活性領域）の内部でのデッド領域を低減させ、活性領域のうちでカソード層の近傍における電子のバレー間遷移を増加させる。これにより、グレーデッドＡｌＧａＡｓ活性層を含む本発明のガンダイオードでは、均一な組成のＧａＡｓ層が活性層として使用される場合に比べて、形成されるガンダイオードの最大発振周波数特性が改善されて、また、特に高周波帯域における動作効率（発振効率）が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のある実施形態におけるガンダイオードの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯のΓ−バレイ及びＬ−バレイのエネルギーレベルＥＣΓ及びＥＣＬ）を模式的に示す図である。
【図３】従来の一般的なガンダイオードの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示す構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯のΓ−バレイ及びＬ−バレイのエネルギーレベルＥＣΓ及びＥＣＬ）を模式的に示す図である。
【図５】（ａ）は、ホットエレクトロン注入構造を有する従来のガンダイオードの積層構成の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯の下端のエネルギーレベルＥＣ）を模式的に示す図である。
【図６】（ａ）は、ホットエレクトロン注入構造を有する従来のガンダイオードの積層構成の他の一例を模式的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成における熱平衡状態でのエネルギーバンド図（価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯の下端のエネルギーレベルＥＣ）を模式的に示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のガンダイオード構成を想定して行ったシミュレーション結果を示す図であり、具体的には、その発振動作期間中での断続的な時間での瞬間的なエネルギーバンド構造（価電子帯の上端のエネルギーレベルＥＶ、並びに伝導帯におけるΓ−バレイ、Ｌ−バレイ、及びＸ−バレイのエネルギーレベルＥＣΓ、ＥＣＬ、及びＥＣＸ）の、カソード層から活性領域を経てアノード層に至る空間での変化の様子を示す図である。
【符号の説明】
１１  Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉカソードオーミックコンタクト層
１２  ＧａＡｓキャップ層
１３  グレーデッドＡｌＧａＡｓキャップ層
１４  ＡｌＧａＡｓカソード層
１５  グレーデッドＡｌＧａＡｓ活性層
１６  ＧａＡｓ活性層
１７  ＧａＡｓアノード層
１８  Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉアノードオーミックコンタクト層
２０  活性領域
３１  Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉカソードオーミックコンタクト層
３２  ＧａＡｓキャップ層
３３  ＧａＡｓカソード層
３４  ＧａＡｓ活性層
３５  ＧａＡｓアノード層
３６  Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉアノードオーミックコンタクト層
５１  ＧａＡｓカソード層
５２  グレーデッドＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層
５３  ＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層
５４  ＧａＡｓ活性層
５５  ＧａＡｓアノード層
６１  ＧａＡｓカソード層
６２  ＡｌＧａＡｓワイドバンドギャップ層
６３  ＧａＡｓ活性層
６４  ＧａＡｓアノード層
３０、５０、６０、１００  ガンダイオード
【図１】
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【図２】
0003578381.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003578381.tif 000008