(57)【要約】 【課題】  層同士が異なる結晶構造であり、かつ、結晶性に優れた多層構造体を実現することである。【解決手段】  結晶構造の異なる２以上の層を含む多層構造体であって、結晶構造を構成する結合軌道が各層で同じである異種結晶多層構造体による。ＮａＣｌ構造である化合物とＣａＢ６構造である化合物を含む多層構造体、体心立方構造である金属とＣｓＣｌ構造である化合物を含む多層構造体、ＣａＦ２構造である化合物と面心立方構造である金属を含む多層構造体、ＣａＦ２構造である化合物と体心立方構造である金属を含む多層構造体などが好ましい。これらの多層構造体によれば、金属ベーストランジスタ１、面発光レーザ、磁気抵抗膜および共鳴トンネルダイオードなどのデバイスが得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶構造の異なる２以上の層を含む異種結晶多層構造体であって、
結晶構造の異なる２以上の層は、結晶構造を構成する結合軌道が同じであることを特徴とする異種結晶多層構造体。
【請求項２】
結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造がＮａＣｌ構造である化合物からなる層と、結晶構造がＣａＢ６構造である化合物からなる層とを含むことを特徴とする請求項１記載の異種結晶多層構造体。
【請求項３】
結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造が体心立方構造である金属からなる層と、結晶構造がＣｓＣｌ構造である化合物からなる層とを含むことを特徴とする請求項１記載の異種結晶多層構造体。
【請求項４】
結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造がＣａＦ２構造である化合物からなる層と、結晶構造が面心立方構造である金属からなる層とを含むことを特徴とする請求項１記載の異種結晶多層構造体。
【請求項５】
結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造がＣａＦ２構造である化合物からなる層と、結晶構造が体心立方構造である金属からなる層とを含むことを特徴とする請求項１記載の異種結晶多層構造体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの異種結晶多層構造体を、エミッタ層、コレクタ層および金属ベース層として含むことを特徴とする金属ベーストランジスタ。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１つの異種結晶多層構造体を、分布ブラッグ反射体として含むことを特徴とする面発光レーザ。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１つの異種結晶多層構造体を、磁気抵抗効果を有する多層構造体として含むことを特徴とする磁気抵抗膜。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１つの異種結晶多層構造体を、共鳴トンネル効果を有する共鳴トンネル構造体として含むことを特徴とする共鳴トンネルダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な結晶性を有する異種結晶多層構造体ならびにそれを応用した金属ベーストランジスタ、面発光レーザ、磁気抵抗膜および共鳴トンネルダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多層構造体は、その大部分が同一の結晶構造を有する材料を交互に積層することで成り立っている。同一の結晶構造を有する材料を交互に積層する場合、たとえば、最も一般的な例でいうと、化合物半導体と化合物半導体の多層構造体を形成する場合には、閃亜鉛鉱構造同士を積層して形成している（たとえば、非特許文献１参照）。あるいは、近年注目されている窒化物半導体の場合であれば、ウルツ鉱構造同士を積層して多層構造体を形成している。
【０００３】
また、結晶構造が異なる場合ではＧａＡｓおよびＥｒＡｓのようにその格子定数がほぼ同じ材料の組合せが用いられている（たとえば、非特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴ． ２５（２００４）５８
【非特許文献２】ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ  ６０（１９９２）２３４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
結晶構造が同じ化合物半導体同士の組み合わせによって変化させることができるパラメータとしては、バンドギャップ、一部の窒化物半導体におけるピエゾ電界などが挙げられる。それ以外には、変化させることが出来る有用なパラメータはほとんど無く、光学的な応用のみに限られる。
【０００６】
そのため、新たな機能性を目指して異なる結晶構造を有する化合物の積層構造が研究されている。この異なる結晶構造を有する化合物の積層構造を作成するにあたっては、主に、格子定数がどれ位整合しているかについて注意が払われている。しかし、格子定数の整合性を考慮するだけでは、膜厚を厚くしていくと結晶性の悪化が著しくなり、その上層の積層構造の結晶性も著しい影響を受ける場合が多い。たとえば非特許文献２のＧａＡｓおよびＥｒＡｓの組み合わせの場合であれば、片方が２分子層以下の場合には結晶性は良く見えるが、３分子層のＥｒＡｓになるとその上のＧａＡｓの結晶性が著しく低下する。このように結晶構造の異なる化合物を積層する場合、格子定数の整合のみでは、良い結晶性を有する多層構造体が得られない。
【０００７】
これまで、各種デバイスに用いることができる良い結晶性を有する組合せは、見出されていない。
【０００８】
本発明の目的は、層同士が異なる結晶構造を有する化合物からなり、かつ、結晶性に優れた異種結晶多層構造体を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、異なる結晶構造を有する材料の積層構造に関しては、結晶構造を構成する結合軌道が良好な結晶性を得るのに重大な影響を及ぼすことを見出した。たとえば、非特許文献２のＧａＡｓおよびＥｒＡｓの場合であれば、ＧａＡｓの結合軌道はｓｐ３混成軌道であるのに対し、ＥｒＡｓの結合軌道がｐ軌道であることから結合軌道の整合性が無いために良好な多層構造が得られない。ただし、片方が２分子層以下の場合にはもう一方の材料の結合軌道に強制的に安定化されることがある。たとえば、２分子層以下のＥｒＡｓは、ｓｐ３混成軌道に強制的に安定化されるため結晶性が良く見えるが、３分子層のＥｒＡｓになるとｐ軌道が安定化するためその上のＧａＡｓの結晶性が著しく低下する。
【００１０】
そして、本発明者は、異なる結晶構造を有する材料を用いた多層構造に関して格子定数の整合性だけではなく、結晶構造を構成する結合軌道が同じであれば、結晶性に優れた多層構造体が実現できることを見出し、さらに、結晶構造を構成する結合軌道が同じ結晶構造の組合せを見出し本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は、結晶構造の異なる２以上の層を含む異種結晶多層構造体であって、
結晶構造の異なる２以上の層は、結晶構造を構成する結合軌道が同じであることを特徴とする異種結晶多層構造体である。
【００１２】
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造がＮａＣｌ構造である化合物からなる層と、結晶構造がＣａＢ６構造である化合物からなる層とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造が体心立方構造である金属からなる層と、結晶構造がＣｓＣｌ構造である化合物からなる層とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造がＣａＦ２構造である化合物からなる層と、結晶構造が面心立方構造である金属からなる層とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、結晶構造を構成する結合軌道が同じでありかつ結晶構造が異なる２以上の層は、結晶構造がＣａＦ２構造である化合物からなる層と、結晶構造が体心立方構造である金属からなる層とを含むことを特徴とする。
【００１６】
ただし、面心立方構造およびＣａＦ２構造の組合せの場合と異なり体心立方構造の格子定数の２０．５倍がＣａＦ２構造の格子定数とほぼ一致するのが好ましい。すなわち、＜１００＞ＣａＦ２／／＜１１０＞ｂｃｃのエピタキシャル方位関係があることが好ましい。
【００１７】
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、エミッタ層、コレクタ層および金属ベース層として含むことを特徴とする金属ベーストランジスタである。
【００１８】
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、分布ブラッグ反射体として含むことを特徴とする面発光レーザである。
【００１９】
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、磁気抵抗効果を有する多層構造体として含むことを特徴とする磁気抵抗膜である。
【００２０】
本発明は、前記異種結晶多層構造体を、共鳴トンネル効果を有する共鳴トンネル構造体として含むことを特徴とする共鳴トンネルダイオードである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、結晶構造の異なる２以上の層を積層して多層構造体を製造するに際し、結晶構造を構成する結合軌道が同じである層を積層することによって、結晶性が良好な異種結晶多層構造体を得ることが可能となる。また、該異種結晶多層構造体は、光学的特性に加えて、抵抗値などの電気的特性・磁気的特性なども変化させることが可能であるので本発明を応用したデバイスの特性を飛躍的に改善することができる。
【００２２】
本発明によれば、ＮａＣｌ構造である化合物においてＮａＣｌ構造を構成する結合軌道はｐ軌道であり、一方のＣａＢ６構造の化合物においてＣａＢ６構造を構成する結合軌道もＣａの採っているｐ軌道である。尚、このＣａＢ６構造の化合物においては、Ｂ６分子がＣａ単純格子によって内包された形になる。したがってＮａＣｌ構造の化合物およびＣａＢ６構造の化合物の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。
【００２３】
本発明によれば、体心立方構造を採る金属において体心立方構造を構成する結合軌道はｓｐ３混成軌道であり、一方のＣｓＣｌ構造の化合物においてＣｓＣｌ構造を構成する結合軌道もｓｐ３混成軌道である。したがって体心立方構造を採る金属およびＣｓＣｌ構造である化合物の両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。
【００２４】
本発明によれば、ＣａＦ２構造は、面心立方構造からなるＣａ格子内にＦ原子による単純格子が内包された形となっており、ＣａＦ２構造の化合物においてＣａＦ２構造を構成する結合軌道はｓｐ３混成軌道であり、一方の面心立方構造を採る金属において面心立方構造を構成する結合軌道もｓｐ３混成軌道である。したがって、ＣａＦ２構造の化合物および面心立方構造を採る金属の両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。
【００２５】
本発明によれば、ＣａＦ２構造は、面心立方構造からなるＣａ格子内にＦ原子による単純格子が内包された形となっており、ＣａＦ２構造の化合物においてＣａＦ２構造を構成する結合軌道はｓｐ３混成軌道であり、一方の体心立方構造を採る金属において体心立方構造を構成する結合軌道もｓｐ３混成軌道である。したがってＣａＦ２構造をとる化合物と体心立方構造である金属の両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた異種結晶多層構造を実現することが可能となる。この異種結晶多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。
【００２６】
本発明によれば、異種結晶多層構造体を用いて、金属ベーストランジスタを得ることができる。この金属ベーストランジスタは良好な電気特性を持つことができる。
【００２７】
本発明によれば、異種結晶多層構造体によって少ない層で大きな反射率を有するＤＢＲ（分布ブラッグ反射体）を備えた面発光レーザを得ることができる。
【００２８】
本発明によれば、異種結晶多層構造体によって磁気抵抗膜を得ることができる。この磁気抵抗膜は、大きな抵抗変化率を有することが可能である。
【００２９】
本発明によれば、異種結晶多層構造体を含む共鳴トンネルダイオードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の異種結晶多層構造体は、異なる結晶構造を有する材料からなる２以上の層を含む多層構造体であって、各層の結晶構造を構成する結合軌道が同じである。
【００３１】
隣り合う層が異種結晶であって結晶構造を構成する結合軌道が同じものを含む異種多層構造体（以下、単に「多層構造体」という。）としては、たとえば、ＮａＣｌ構造である化合物とＣａＢ６構造である化合物を含む多層構造体、体心立方構造である金属とＣｓＣｌ構造である化合物を含む多層構造体、ＣａＦ２構造である化合物と面心立方構造である金属を含む多層構造体、ＣａＦ２構造である化合物と体心立方構造である金属を含む多層構造体などが挙げられる。これらの層の材料としては、特に制限されないが、無機化合物を好ましく使用できる。
【００３２】
［ＮａＣｌ構造である化合物とＣａＢ６構造である化合物を含む多層構造体］
ＮａＣｌ構造の基本となる結合軌道はｐ軌道であり、一方のＣａＢ６構造の場合も、ＣａＢ６においてＢ６分子がＣａ単純格子によって内包された形になるため、基本となる結合軌道はＣａの採っているｐ軌道である。両者の間で結合軌道の整合性が取れているため、たとえば、エピタキシャル成長などを用いて積層させることによって、良好な結晶性を有する異種結晶多層構造体を得ることができる。この多層構造体は、種々の光学的・電気的デバイスなどに使用することができ、良好な結晶性を有しており、種々の化合物を組み合わせることができるため優れた特性を示すデバイスを得ることができる。
【００３３】
ＮａＣｌ構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、希土類元素の窒素化物・燐化物・砒素化物・アンチモン化物・酸化物・硫化物・セレン化物・テルル化物および酸化マグネシウムなどが挙げられる。ＮａＣｌ構造をとる希土類元素含有化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。
【００３４】
ＣａＢ６構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、ＢａＢ６、ＣａＢ６、ＣｅＢ６、ＤｙＢ６、ＥｒＢ６、ＧｄＢ６、ＬａＢ６、ＬｕＢ６、ＮｄＢ６、ＰｒＢ６、ＳｉＢ６、ＳｍＢ６、ＳｒＢ６、ＴｂＢ６、ＴｈＢ６、ＴｍＢ６、ＹＢ６およびＹｂＢ６などが挙げられる。ＣａＢ６構造をとる希土類元素含有６ホウ化化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。さらに、他の材料との格子整合性の点から、ＮｄＢ６、ＢａＢ６が好ましく使用できる。
【００３５】
［体心立方構造である金属とＣｓＣｌ構造である化合物を含む多層構造体］
体心立方構造およびＣｓＣｌ構造のいずれの場合も基本となる結合軌道はｓｐ３混成軌道であるため、両者の間で結合軌道の整合性が取れているので結晶性に優れた多層構造を実現することが可能となる。
【００３６】
体心立方構造を採る金属としては、特に制限されないが、たとえば、Ｂａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｌｉ、Ｔｌ、Ｅｕなどが挙げられる。
【００３７】
ＣｓＣｌ構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえばＣｓＩなどがあげられる。
【００３８】
体心立方構造を採る金属とＣｓＣｌ構造を採る化合物との組合せとしては、ＥｕおよびＣｓＩの組合せが一層好ましく使用できる。
【００３９】
［ＣａＦ２構造である化合物と面心立方構造である金属を含む多層構造体］
ＣａＦ２構造の基本は、面心立方構造からなるＣａ格子内にＦ原子による単純格子が内包された形となっている。したがって基本となる結合軌道はどちらもｓｐ３混成軌道であることから、両者の間で結合軌道の整合性が取れているために結晶性に優れた多層構造を実現することが可能となる。
【００４０】
ＣａＦ２構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、Ｂａ、Ｃａ、Ｅｕなどのフッ化物および希土類元素の水素化物などが挙げられる。ＣａＦ２構造をとる希土類元素含有化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。また、格子定数の整合性の点からＣａＦ２も好ましく使用できる。
【００４１】
面心立方構造を採る金属としては、特に制限されないが、たとえば、Ｙｂ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＲｈなどが挙げられる。
【００４２】
［ＣａＦ２構造である化合物と体心立方構造である金属を含む多層構造体］
ＣａＦ２構造の基本は、面心立方構造からなるＣａ格子内にＦ原子による単純格子が内包された形となっている。したがってＣａＦ２構造を採る化合物の基本となる結合軌道はｓｐ３混成軌道である。また、体心立方構造をとる金属の結合軌道はｓｐ３である。これらから、ＣａＦ２構造を採る化合物と体心立方構造を採る金属の間で結合軌道の整合性が取れているので結晶性に優れた多層構造を実現することが可能となる。ただし、ＣａＦ２構造である化合物と面心立方構造である金属の組み合わせの場合と異なり体心立方構造の格子定数の２０．５倍がＣａＦ２構造の格子定数とほぼ一致する必要がある。すなわち、＜１００＞ＣａＦ２／／＜１１０＞ｂｃｃのエピタキシャル方位関係が必要となる。
【００４３】
ＣａＦ２構造を採る化合物としては、特に制限されないが、たとえば、Ｂａ、Ｃａ、Ｅｕなどのフッ化物および希土類元素の水素化物などが挙げられる。ＣａＦ２構造をとる希土類元素含有化合物は、バンドギャップの値が幅広く異なっており、半導体から半金属まで変化する点、また、磁性半導体にもなる点などから好ましく使用できる。また、格子定数の整合性の点からＣａＦ２も好ましく使用できる。
【００４４】
体心立方構造を採る金属としては、特に制限されないが、たとえば、Ｂａ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｌｉ、Ｔｌ、Ｅｕなどが挙げられる。
【００４５】
これらの多層構造体は、結晶を構成する結合軌道の整合性が取れているので、たとえば、エピタキシャル成長をさせて積層することによって良好な結晶性を有する多層構造体を製造することができる。
【００４６】
これらの多層構造体においては、各層の格子定数は、特に制限されないが、近似する方が好ましい。ただ、各層の格子定数があまり近似しない場合であっても、格子定数の整合性の不一致を回避することができる。図７は、隣り合う２層の格子定数が一致しない場合の回避手段の一例を示す断面図である。たとえば、隣り合う２層５２，５３の格子定数がｂあるいはｃであり、ｂおよびｃがあまり近似しない場合であっても、ｂ＜ａ＜ｃを満たす格子定数ａの基板５１上に格子定数があまり近似しない２層５２，５３を形成する方法などを用いることによって、これらの２層の格子定数ｂ、ｃを基板の格子定数ａに近づけることが可能になる。このような方法により隣り合う２層の格子定数の整合性の不一致を回避することができる。
【００４７】
以下、これらの多層構造体を応用したデバイスを示すが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００４８】
［金属ベーストランジスタ］
図１は、第１実施形態である金属ベーストランジスタ１の構成を模式的に示す断面図である。本第１実施形態において、金属ベーストランジスタ１は、基板２、バッファ層３、コレクタ層４、金属ベース層５、エミッタ層６、コレクタ電極７、ベース電極８およびエミッタ電極９を含んで構成される。コレクタ層４、金属ベース層５およびエミッタ層６には、たとえば、ＮａＣｌ構造である化合物とＣａＢ６構造である化合物からなる多層構造体を好ましく使用できる。この金属ベーストランジスタ１の材料は特に限定されないが、たとえば、基板２にＧａＡｓ、バッファ層３にＮａＣｌ構造を採る化合物であるＶＮ、コレクタ層４にＮａＣｌ構造を採る化合物であるｎ型ＶＮ、金属ベース層５にＣａＢ６構造を採る化合物であるＮｄＢ６、エミッタ層６にＮａＣｌ構造を採る化合物であるｎ型ＶＮ、コレクタ電極７およびエミッタ電極９にＴｉ／Ａｌ（下層／上層）（以下「／」の記号は、後に続く層をより上層とするものとする。）、ベース電極８にＮｄ／Ａｕを好ましく使用できる。ＶＮなどの成長方法としては特に制限されないが、ＲＦスパッタ法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法および有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などが挙げられる。また、バッファ層２は、結晶構造および格子定数の整合性などの理由から設けられるものであるので、結晶構造および格子定数などが整合していれば設けなくてもよい場合がある。
【００４９】
［面発光レーザ］
図２は、第２実施形態の面発光レーザ１１の構成を模式的に示す断面図である。面発光レーザは、基板１２、バッファ層１３、下部ＤＢＲ（分布ブラッグ反射体）１４、ｎ型キャリア拡散層１５、下部グレーデッド層１６、活性層１７、上部グレーデッド層１８、ｐ型キャリア拡散層１９、上部ＤＢＲ（分布ブラッグ反射体）２０、ｐ型電極２１およびｎ型電極２２を含んで構成される。下部ＤＢＲ１４、上部ＤＢＲ２０には、特に制限されないが、ＮａＣｌ構造を採る化合物とＣａＢ６構造を採る化合物からなる多層構造体を好ましく使用できる。
【００５０】
この面発光レーザの材料としては、特に制限されないが、たとえば、基板１２はＳｍＯ、バッファ層１３はＧｄＮ、下部ＤＢＲ１４は、ＢａＢ６／ＬａＮ、ｎ型キャリア拡散層１５はキャリアとしてＳｉが含まれるｎ型ＧｄＮ、下部グレーデッド層１６はＩｎＧｄＮ、活性層１７はＩｎＧｄＮ、上部グレーデッド層１８はＩｎＧｄＮ、ｐ型キャリア拡散層１９はキャリアとしてＭｇが含まれるｐ型ＧｄＮ、上部ＤＢＲ２０は、ＣａＢ６構造を採る化合物であるＢａＢ６とＮａＣｌ構造を採る化合物であるＬａＮの多層構造体、ｐ型電極２１はＴｉ／Ａｌ、ｎ型電極２２はＰｔ／Ａｕを好ましく用いることができる。この実施形態においては、ＤＢＲにＢａＢ６などの金属を含んだ化合物を用いることができることから少ない積層数で大きい反射率を得ることが可能になる。
【００５１】
［磁気抵抗膜］
図３は、第３実施形態の磁気抵抗膜３１を模式的に示す断面図である。磁気抵抗膜３１は、基板３２、多層構造３３、電極３４を含んで構成される。この多層構造３３には、たとえば、体心立方構造をとる金属とＣｓＣｌ構造をとる化合物からなる多層構造体を、好ましく用いることができる。この磁気抵抗膜の材料としては、基板３２はＣｓＩ、多層構造３３は体心立方構造をとる金属であるＥｕからなる層３３ａおよびＣｓＣｌ構造をとる化合物であるＣｓＩからなる層３３ｂを複数回交互に積層した多層構造体を好ましく使用することができる。
【００５２】
［共鳴トンネルダイオード］
図４は、第４実施形態の共鳴トンネルダイオード４１を模式的に示す断面図である。共鳴トンネルダイオード４１は、基板４２、バッファ層４３、共鳴トンネル構造体４４、電極４５を含んで構成される。共鳴トンネル構造体４４には、面心立方構造をとる金属とＣａＦ２構造をとる化合物とからなる多層構造体および体心立方構造をとる金属とＣａＦ２構造をとる化合物とからなる多層構造体を好ましく使用できる。この共鳴トンネルダイオード４１の材料としては、基板４２はＳｉ、バッファ層４３はＣａＦ２、共鳴トンネル構造体４４はＹｂ／ＣａＦ２／Ｙｂ／ＣａＦ２／Ｙｂを積層した多層構造体を好ましく使用できる。面心立方構造をとる金属であるＹｂに代えて、体心立方構造をとる金属であるＴｌも好ましく使用できる。
【００５３】
ＣａＦ２構造のみを使ったＣａＦ２／ＣｄＦ２共鳴トンネル構造が知られているが、Ｃｄ（カドミウム）には、安全面で問題がある。一方、Ｙｂ（イッテルビウム）およびＴｌ（タリウム）にはこのような問題はなく良好に使用できる。
【００５４】
本共鳴トンネルダイオードは、高速の電子スイッチ、高周波オシレータおよび機能素子などへの応用が可能である。
【実施例】
【００５５】
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより、何ら限定されるものではない。
【００５６】
（実施例１）
第１実施形態の金属ベーストランジスタ１を作成した。３００μｍ厚の半絶縁性ＧａＡｓ基板２上にＶＮ（窒化バナジウム）を結晶構造の違いと格子定数の違いを緩和するように厚く成長させ、具体的には３μｍ成長させて、ＶＮバッファ層３とした。本実施例では、１２００℃まで基板加熱可能なＲＦスパッタ法を用いてＶＮ層を成長させた。次に、ｎ型ＶＮ（キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３）を２００ｎｍ成長させてコレクタ層４とした。その後ＮｄＢ６を１００ｎｍ成長させてベース層５とした。さらに、ｎ型ＶＮを１５０ｎｍ成長させてエミッタ層６とした。ＶＮ層の成長は、基板温度１０００℃で、Ｖ（バナジウム）ターゲット（純度９９．９９％）を用いＡｒ−Ｎ２を用いた反応性スパッタリングを用いた。ＮｄＢ６（六硼化ネオジウム）の成長は、基板温度１０００℃で、Ｎｄ（ネオジウム）ターゲット（純度９９．９%）を用いＡｒ−Ｂ２Ｈ６（ジボラン）を用いた反応性スパッタリングで行った。これにフォトリソグラフを施し、電極７、８、９を形成して金属ベーストランジスタが完成した。電極７、９はＴｉ／Ａｌ（厚さ１６ｎｍ／２００ｎｍ）を形成して６００℃で３０秒間アニールして作成した。電極８はＮｄ／Ａｕ（厚さ２０ｎｍ／１００ｎｍ）でアニールを行わずに作成した。その後、動作確認をすると図５のトランジスタ特性が得られた。
【００５７】
（実施例２）
第２実施形態の面発光レーザ１１を作成した。成長方法は、実施例１と同様ＲＦスパッタ法を用いた。厚さ１００μｍのＳｍＯ基板１２上にＧｄＮバッファ層１３を基板温度９００℃で２μｍ成長し、その後ＢａＢ６（１０ｎｍ）／ＬａＮ（１５ｎｍ）積層構造を４周期成長させて下部ＤＢＲ１４を形成した。引き続いて、Ｓｉを含むｎ型のＧｄＮ（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）を膜厚が１μｍになるように成長させｎ型キャリア拡散層１５を形成し、Ｉｎ組成を０から１０ａｔ％に変化させてＩｎＧｄＮを２０ｎｍ成長させて下部グレーデッド層１６を形成し、Ｉｎ０．２Ｇｄ０．８Ｎを１０ｎｍ成長させて活性層１７を形成し、Ｉｎ組成を１０ａｔ％から０％に変化させてＩｎＧｄＮ層を２０ｎｍ成長させて上部グレーデッド層１８を形成した。Ｍｇを含むｐ型のＧｄＮ（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）を２００ｎｍ成長させｐ型キャリア拡散層１９を形成し、ＢａＢ６（１０ｎｍ）／ＬａＮ（１５ｎｍ）積層構造を２周期積層させて上部ＤＢＲ２０を形成した。その後、Ｔｉ／Ａｌ（厚さ１６ｎｍ／２００ｎｍ）を成長させ６００℃で３０秒間アニールしてｐ型電極２１を形成した。またＰｔ／Ａｕ（厚さ２０ｎｍ／１００ｎｍ）を成長させアニールせずにｎ型電極２２を形成して面発光レーザを作製した。通常の面発光レーザでは、半導体多層構造を用いるが、本発明ではＢａＢ６金属を用いることで少ない積層数で大きい反射率を得ることができ、５μｍ角の素子に対して、閾値電圧２．５Ｖ，閾値電流４５０μＡでレーザ発振を確認した。
【００５８】
（実施例３）
第３実施形態の磁気抵抗膜３１を作成した。本実施例では、分子線エピタキシー法を用い基板温度２００℃で成長を行った。ＣｓＩ基板（厚さ１５０μｍ）３２上にｐＢＮるつぼに封入したＥｕ（ユーロピウム）とＣｓＩをそれぞれ加熱しＥｕ（１ｎｍ）／ＣｓＩ（１ｎｍ）多層構造３３を２０周期成長させた。Ａｕを用いて電極３４を作成した。そして磁気抵抗の変化を調べた。その結果、７９．５８ｋＡ／ｍ（１キロエルステッド）の磁界印加に対して２００％の抵抗変化を確認した。この抵抗の変化は、磁界のないときの抵抗率をρ０、磁界のあるときの抵抗率をρＨとして、ρ０＞ρＨで、（ρ０−ρＨ）／ρ０と計算することにより求めた。そして、この抵抗率は、通常の４端子法を用いて測定した。
【００５９】
（実施例４）
第４実施形態の共鳴トンネルダイオード４１を作成した。共鳴トンネル構造には、金属／絶縁体／金属／絶縁体／金属積層構造を用いた。結晶成長法としては電子線加熱を組み合わせたＭＢＥ法を用いた。厚さ３００μｍのＳｉ基板４２上にＣａＦ２からなるバッファ層４３を基板温度３００℃で１μｍ成長させ、その上に同じ基板温度でＹｂ（１００ｎｍ）／ＣａＦ２（０．５ｎｍ）／Ｙｂ（１ｎｍ）／ＣａＦ２（０．５ｎｍ）／Ｙｂ（５０ｎｍ）を積層し共鳴トンネル構造体４４を形成し、最後にＡｕを２００ｎｍ形成して電極４５を作成した。ＣａＦ２の蒸発には電子線（ＥＢ）加熱を用い、Ｙｂはるつぼ加熱を用いた。
上下のＹｂ間に電流を流すことで図６に示す共鳴トンネル効果を確認した。
【００６０】
（実施例５）
実施例４におけるＹｂの代わりにＴｌを用いて同様に共鳴トンネルダイオード４１を作製し共鳴トンネル効果を確認した。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態の金属ベーストランジスタを示す断面図である。
【図２】第２実施形態の面発光レーザを示す断面図である。
【図３】第３実施形態の磁気抵抗膜を示す断面図である。
【図４】第４実施形態の共鳴トンネルダイオードを示す断面図である。
【図５】実施例１の金属ベーストラジスタのトランジスタ特性を示す図である。
【図６】実施例４の共鳴トンネルダイオードの共鳴トンネル効果を示す図である。
【図７】隣り合う２層の格子定数が一致しない場合の回避手段の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  金属ベーストランジスタ
２  基板
３  バッファ層
４  コレクタ層
５  ベース層
６  エミッタ層
７  コレクタ電極
８  ベース電極
９  エミッタ電極
１１  面発光レーザ
１２  基板
１３  バッファ層
１４  下部ＤＢＲ
１５  ｎ型キャリア拡散層
１６  下部グレーデッド層
１７  活性層
１８  上部グレーデッド層
１９  ｐ型キャリア拡散層
２０  上部ＤＢＲ
２１  ｐ型電極
２２  ｎ型電極
３１  磁気抵抗膜
３２  基板
３３  多層構造
３４  電極
４１  共鳴トンネルダイオード
４２  基板
４３  バッファ層
４４  共鳴トンネル構造体
４５  電極
【図１】
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【図２】
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【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】
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