l 79 (1991 ACTA YSICA O O ICA Α 1
oc I I e a io a Sc oo o Semico uc i g Com ou s as owiec 199
GALLIUM ARSENIDE AND RELATED COMPOUNDS FOR DEVICE APPLICATIONS
WOO
U i e si y o Yo k e o E ec o ics es i g o Yo k YO 5 UK
A MO GA
U i e si y o Wa es Co ege o Ca i Ca i UK ( ecei e Augus 199θ
e e ice a ica io s o ga ium a se i e a e a e I — com ou a a oy semico uc o s a e e iewe A a ge o e ec o ic e ices is esc i e a e cu e s a e o e a e o ma ce is i ica e o eac y e o e ice e e ices w ic wi e esc i e a e a s e e e ec o e ices - as osci a o s u o G GaAs MES E s — e wo k o se mic owa e so i s a e e ice some mo o i ic mic owa e i eg a e ci cui /MMIC/ a e e o u c io e ices e use o mo ecu a eam e i a y M E o g ow I - semico uc o s wi g ea co o o e e o i g mo e ac io o e co s i ue s a e ick ess o e e i aye as e mi e e co s uc io o e ices wi a omica y a u i e aces e wee egio s o i e e o - i g a a oy e e ec o ic e ices w ic make use o suc a u e e o - u c io s i c u e ig e ec o mo i i y a sis o s e e o u c io i o a a sis o a ase io es A um e o o e e ices ase o mu i e a ie a qua um we s uc u es is a so esc i e i c u i g eso a u e i g e ices
ACS um e s 7 Ey 73 Κρ 7 s
Intr d t n
Ga ium a se i e a e a e III- com ou s we e i s i es iga e as semico uc i g ma e ia s o e i y yea s ago e ma e ia o e ies o ese com ou s ossess some oa simi a i ies wi ose o a a c e y a semi- co uc o si ico ey a e a simi a c ys a i e s uc u e a e i e a omic o i g is a ge y co a e [1] u e III— com ou s we e a so ecog ise o
(97 9 Woo Mo gα
ei o ica a e ec o ic o e ies suc as a i ec a ga a ig e ec o mo i i y a we e o ou i si ico o ge ma ium ese o e ies e e omise o ew a u ique e ices suc as ig e icie cy ig emi e s a ig se so s a ig s ee swi c i g e ices ie s w e e si ico cou o ea i y com e e e easo s e i ese e ec o ic a o ica o e ies a e co se- que i e es i ga ium a se i e GaAs a simi a III- com ou s ie i e e ai e a u e o ei e ec o e e gy a s uc u es aki g GaAs as y ica o III— semico uc o s i w ic we a e i e es e Gallium arsenide has a direct energy band gap. e mi imum i e ε(k cu e i e co uc io a ies i ec y a o e e ma imum i e a e ce a i k-s ace is a ows i ec i e a ecom i a io o e ec o s a o es wi e emissio o ig e e gy o e a o ia e wa e e g o e a ga a ou 5 m; o o o i e ac io is ecessa y ( ig 1 e ce GaAs is sai o e a goo o oe ec o ic ma e ia a is use e e si e y i ig -emi i g io es a semico uc o ase s
Gallium arsenide can be made to have a very high resistivity. is is ecause e a ga o GaAs 1 3 e is e a i e y a ge com a e o 1 1 e o si ico ecause o e e y s o g e o e ia e e e ce o e i i sic ca ie e si y o e a ga u o e GaAs as e y ew i i sic e ec o s a o es a e ce a ig esis i i y i is k ow as semi-i su a i g (SI is a ows a sim e mea s o iso a i g eig ou i g e ices o a i eg a e ci cui a e imi a es e a asi ic ca aci a ces associa e wi p-n u c io iso a io me o s ou i si ico ICs I is suc a asi ic e eme s a eg a e e ice e o ma ce a ig eque cies y maki g GaAs e ices o SI su s a es o e a io a ig eque cies ca e ac ie e I s ou e o e a e wi e a ga a so gi es GaAs su e io ig em e a u e e o ma ce Gallium arsenide has a high electron mobility. A ow e ec ic ie s e e ec- o mo i i y i i i sic GaAs is m / s a ou si imes g ea e a a i si ico 15 m / s is is i us a e i igu e s owi g e e ec o e oci y e sus e ec ic ie (v-E) e a io s i o o GaAs a Si is ig mo i i y was e easo o muc o e ea y esea c a e e o me o GaAs ie Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 99
E ec a sis o s e i i g o ce was o i c ease e o e a i g eque cy o a sis o e ices
Ga ium a se i e e i i s e a s e e e ec o ΤΕ e ec is is a e ec- ic ie -i uce a s e o e ec o s om o e egio o e e e gy a s uc u e o a o e and esu s i a ega i e esis a ce ei g o se e a mic owa e e- que cies e a ica io s o e e ec a e as mic owa e osci a o s a am i ie s a s e e E ec o e ices ( E s e s uc u e a o e a io o ese e ices a e e ai e a e e e as ee a g ea ea o esea c a e e o me o GaAs e ices u i i i g e a o e ea u es esu i g i e wi es ea comme cia a ica io o E s GaAs E s a ICs a E s a ase s I ece yea s e e as ee a u su ge o i e es i s uc u es a e ices ma e om com i a io s o III- com ou s a III- a oys e e os uc u es is ega i e a e se e ies wi e emo s a io o e a ce e ec o mo- i i y i e GaAs/A GaAs e e os uc u e sys em [ ] is e e a so ma ke e a e o mo ecu a eam e i a y as a ac ica g ow ec ique i gi g wi i e ossi i i y o maki g ea i a e e e os uc u e a sis o s a o e e ices wi use u o e ies a c a ac e is ics a im o e e o ma ce o e e s aig o wa GaAs e ices Some e am es w ic wi e esc i e i is a- e i c u e ig E ec o Mo i i y a sis o ( EM ; e e o u c io i o a a sis o ( ; ou e e e o u c io ase ; a ew e ices w ose o e a io is ase o qua um-mec a ica i ci es
r n f rr d El tr n v
e υ-Ε c a ac e is ics o ga ium a se i e a si ico a e s ow i ig 1 Woo Mo ga w ic i us a es e egio o ega i e i e e ia mo i i y (a e ce esis a ce ese i GaAs A ow a ie ie s e υ-Ε e a io s i is i ea o o ma e ia s i ica i g a O m s aw is ei g o eye A o e some c i ica ie i GaAs i is c ea a e O mic e a io o o ge o s e e ec o e oci y a s as e e ec ic ie is i c ease is is ue o e a s e e e ec o e ec w ic was e ic e y i ey a Wa ki s [3] i 19 1 o a semico uc o wi a sui a e a s uc u e a y i sum [ ] i 19 w o s owe a GaAs a suc a a s uc u e as s ow i ig 3
e co uc io e ec o s a e i i ia y i e owes e e gy a ey Γ mi imum e e ey a e c a ac e ise y a ow e ec i e mass a a e a ig mo i i y W e e e ec ic ie is a ie ese e ec o s a e a i y acce e a e y e ie o ig e oci ies ey gai ki e ic e e gy e e ec o s ca gai e oug e e gy o a s e om is a ey o e e ig e a ey e mi imum ese u e a eys a e c a ac e ise y a a ge e ec i e mass a co seque y o a owe e ec o mo i i y a a a ge e si y o a ai a e e ec o s a es e a ge e si y o s a es e cou ages a s e o ese a eys o e ec o s wi sui a e e e gy As e e e ge ic e ec o s a s e o e u e a eys e a e age e oci y o a e e ec o s a s Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 1 1
As e e ec ic ie i c eases a mo e e ec o s gai su icie ki e ic e e gy o a s e so e a e age e oci y co i ues o a u i e oci y sa u a io is a ai e υsa ≈1 m/s 5 I was e wo k o Gu [5] i 19 3 a o i e e e ime a e i e ce o ese eo e ica mo e s ick sam es o ga ium a se i e a i ium os- i e we e su ec e o s o ig o age u ses a mic owa e cu e osci a- io s we e o se e a a eque cy i e se y o o io a o e sam e e g A es o o age ( ie e ec was o e o e o se o e osci a io s is esu s imu a e a g ea ea o esea c i o e u e s a i g a a ica io o e a s e e e ec o e ec u i g e 19 s a 7 s a e comme cia e e - o me o a s e e e ec o e ices E s as mic owa e osci a o s A um e o e iews o e a s e e e ec o e ec ca e ou i e i e a u e [ -11]
Ga ium a se i e a i ium os i e (I a e i ua y e e c usi e c oice o ma e ia o E s e asic ma e ia a ame e s e i e o e E e ec o ese semico uc o s is ese e i a e I e a s e e e ec o e ice is a wo- e mi a s uc u e as s ow i ig ea i y + o e co ac a su s a e egio s a e use o o i e a ow me a - o-semico uc o co ac esis a ce a sa wic e ig y o e (1 1 m 3 ac i e egio E s commo y o e a e i a a si ime mo e a is a ig ie egio associa e wi a accumu a io o a s e e e ec o s is i i ia e a e ca o e a e s a o g e e g o e ac i e egio a e sa u a io e oci y a is co ec e a e a o e w e e e e ec o s a e isc a ge A ew accumu a io is e o me a e ca o e a e ocess e ea s i se e ac i e egio e g is e e o e i e se y o o io a o e o e a i g eque cy o e E e CW ou u owe o GaAs a I a s e e e ec o osci a o s as a u c io o eque cy is s ow i ig 5 GaAs E s a e e u i e sa c oice o o e a io a eque cies e ow a ou G wi u o 1 W owe a ai a e a 1 - G ow owe a ica io s i c u e omes ic i u e a a ms sma oa ma i e a a sys ems e c I is o ac ica o E s a ese eque cies e ig es o o age a o ge ac- i e egio ( o as gi e eque cy wou mea a oo a ge a o age wou ee o e o e ac oss e ac i e egio causi g e cessi e owe issi a io a 1 Woo D. V. Morgan Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 1 3
e ice ai u e I is use o mi ime e wa e E osci a o s om -11 G w e e e e is a ee o o a e a i e e si e mic owa e sou ces o e so a commu ica io s sys ems E osci a o s ca e o e a e i e seco a mo ic mo e y eac i e y e mi a i g e u ame a ou u wi a sui a e mic owa e ci cui GaAs E s a e o e a e i a mo ic mo e o o ai use u mic owa e owe a e- que cies a o e a ou 5-7 G 9 mW a 9 G as ee o se e Use u owe ou u u o G as ee o ai e om I e ices o e a i g i a mo ic mo e u se o e a io is a so ossi e wi eak owe s o se e a u e wa s a ai a e E s a e we sui e o si ua io s suc as me ium a ge u se o e a a s w e e ow u y cyc e o e a io is ecessa y Agai I e ices a e use a ig e eque cies a GaAs E s
G A ld Eff t r n t r
e GaAs MES E (ME a -Semico uc o E is e wo k o se com- ou semico uc o mic owa e e ice o ay I was e e o e i e a e 19 s a i as ee e su ec o i e se esea c ac i i y i i us y a aca emia wo wi e si ce Ea y GaAs E s e i i e u i y cu e gai cu o eque cies fT o a ew G aci g ese e ices i m y i e egime o mic owa e e gi ee - i g Mo e GaAs E s wi ga e e g s as sma as 5 μm a e ee e o e wi a fT o 1 G [1 ] GaAs E s a so o e a a a age o e E s i a i g ee e mi a s e e o e a u a y e i i g i u a ou u o s a so maki g am i ie s muc easie o ea ise e GaAs MES E s uc u e is s ow sc ema ica y i ig As ca e see is is o sim e a i i ci e a a e i g i se o a c ocessi g a i eg a io e esse ia ea u e o e e ice is e - y e aye w ic o ms e c a e e wee e O mic co ac s a e sou ce a ai e co uc a ce o e c a e is mo u a e y e e e se ias o age o e Sc o ky a ie ga e co ac igu e a s ows a MESA y e s uc u e e - y e aye is o uce y e i a ia g ow o ig qua i y GaAs o o e SI su s a e is a ica io ec - ique is ge e a y use w e e ig es qua i y e ice ma e ia is equi e e - aye is e c e away a ou e e i e y o e e ice o o i e e ec ica iso a io is c ea y ea es a o - a a su ace o e GaAs wa e a is u e- si a e om a ocessi g oi o iew A a e a i e mea s o iso a io is o use io om a me ( y y oge o o yge o e am e o c ea e amage a o co uc i g egio s i e e i a ia aye e wee e ices is me o e ai s e a a wa e su ace I ig a se ec i e y io -im a e E s uc u e is s ow I is a ica io ec ique e asic ea u es o e E a e e ai e u e O mic co ac egio s a e ac i e c a e a e c ea e y im a i g i ec y i o e SI su s a e is ec ique was io ee e y ockwe [13] i 197 gi i g em a wo ea i GaAs E IC ec o ogy a a ime I is ge - e a y use o igi a GaAs E i eg a e ci cui s o comme cia a ica io s w e e cos is im o a a e e e se o e e i a ia aye ca o e us i ie 1 Woo Mo ga
e GaAs MES E may a u a y e com a e wi e si ico MOS E W e eas i MOS ec o ogy e key a a age is a e co uc a ce o e i e sio c a e is mo u a e oug e i su a i g o i e y e ga e ias a o cu e ows i e ga e is is i co as o e me a -semico uc o co ac i e MES E o sui a e o i e o ie ec ic as so a ee ou a ca e use e ia y i a e ice ocess i GaAs ec o ogy owe e as a as ig eque cy o e a io o e e ices is co ce e GaAs MES E s is ay some sig i ica a a ages o e si ico MOS E s e e c a e mo i i y o e ec o s i GaAs MES E s ca e u o e imes a see i si ico MOS E s i s o g i e sio is is ue o e ig e ec o e oci ies i e c a e egio ossi y as a esu o e oci y o e s oo e ec s a esu s i muc e uce a si imes i GaAs E s s e ig e ec o mo i i y a ow e ec ic ie s i GaAs a so i gs a ou a im o eme i a su e way Mo eme o e e ec o s om e sou ce co ac egio o e e a ce o e ac i e c a e co s i u es a a a- si ic esis a ce e access esis a ce e ig e ec o mo i i y i GaAs e uces is se ies esis a ce a im o es gai a oise e o ma ce a ig eque cies Ways y w ic e e e sma access esis a ce ca e e uce a e ee i es iga e se -a ig me ec iques w e e e ga e me a isa io a e ea i y- o e sou ce a ai egio s a e au oma - ica y egis e e i a u me us 1a ge y e imi a i g e sou ce- o-c a e esis a ce wo asic me o s a e ee use
o SAI ec ique [1 ] w e e e O mic co ac s a e ace i s a Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 1 5
e ga e a ig s o em; o S a e-ga e ec o ogy w e e e Sc o ky ga e me a is use as e sou ce- ai im a mask is aces s i ge equi eme s o e e ma s a i i y o e ga e me a isa io ; e ac o y me a s a e o e use [15]
• e MES E c a e is iso a e y e e a i e y ick semi-i su a i g su - s a e is e uces a asi ic i e e ice ca aci a ces a is im o a o e ig eque cy e o ma ce o e e ice
isc e e GaAs MES E s a e ou a ica io as o ow oise a owe am i ie s a mic owa e eque cies oise igu es as ow as 5 a 1 G a e ee e o e [1 ] a oug as As GaAs E s a e ecomi g o e s a owe y e e o ma ce o e e o u c io E e ices (see ig 7
Gallium Arsenide Integrated Circuits
W i e GaAs IC esig s a e ee e o e y esea c a o a o ies o se - e a yea s [17] i is o y e a i e y ece y a GaAs su s a e ma e ia o su i- cie y ig qua i y — i e ms o s oic iome y e ec s a im u i ies e ma a mec a ica s a i i y — as ecome a ai a e us maki g ossi e e a ge sca e o uc io a a ica io o GaAs ICs o a comme cia asis o igi a a a a ogue (mo o i ic mic owa e ICs a e o uce e cu e comme cia GaAs IC e o s i c u e some o ose com a ies w o o igi a y se u a ica- io aci i ies o i - ouse co sum io a a so ewcome s o e ma ke ace i e o m o GaAs IC ou ies e e o s may i e ei esig u es a a ica io ec o ogy o e cus ome o ASIC esig a ma u ac u e as we as o uci g s a a a s 1 J. Wood' D. V. Morgan
Comme cia a a ogue MMICs a e commo y am i ie s a swi c es use i mo u a o a ica io s ece e iews co e a um e o a ica io s o MMICs i commu ica io s sys ems [1 19] i c u i g o e a ica io s suc as eque cy co e e s a ecei e c i s [ ] igi a ICs a e mos y mu i e e / emu i e - e s eque cy i i e s a a wi e a ge o s a a ogic ga es o e a i g a c ock a es o y ica y e wee 1 a 7 5 G [ 1] Mic o ocesso a AM u c io s a e a so a ai a e [ 1] Wi suc a a ie y o GaAs IC o uc s a ai a e o comme cia y a i - ouse i is o su ise a ey a e i i g ei way i o a um e o comme cia mic owa e a ig s ee ime- omai es i s ume s w e e e ecisio o use a GaAs IC is ma e o yie a ice/ e o ma ce a a - age [ ]
t r tr t r nd nd G p En n r n
e GaAs MES E a associa e i eg a e ci cui s a e aye a c u- cia o e i e e e o me o ma y as ec s o GaAs semico uc o ec o ogy y o e i g a s a a o e o ma ce a ac i g as a e ic e o ew ec o - ogy e e o me s e e as ee a icu a y a i og ess i ece yea s i e so is ica e c ys a g ow ec iques o mo ecu a eam e i a y M E a me a o ga ic c emica a ou e osi io MOC ese ec iques a ow e e i a ia g ow o III— semico uc o aye s wi g ea co o o e e u i y o i g a ick ess a a so a ow e g ow o a oys o III— semico uc o s wi co o o e e mo e ac io o e a oy co s i ue s A omica y a u i e aces e wee egio s o i e e a oy a o i g ca e ac ie e Suc ec o ogica ea u es we e i s e oi e i e mo u a io - o e GaAs/A GaAs e e o u c io sys em o emo s a e e a ce e ec o mo i i y [ ] is i u- a y a omic e e o co o o e e semico uc o ma e ia o e ies e mi i g ecise e i i io o e a s uc u e has o e e u e o mous ossi i i ies o e e ice e gi ee a Ga E gi ee i g
High Electron Mobility Transisors
e EM o MO E (mo u a io - o e E is a e y c ose e a i e o e GaAs MES E s a i g e same geome y e EM as e e e use- u E e o ma ce o o e 1 G e s ee o e MES E is imi e y (amo g o e i gs e mo i i y a e um e o e ec o s i e c a e e- gio A ig o i g e e s e mo i i y a s o y ica o i g o 1 3 o o s/m 3 e e ec o mo i i y may e a ou m / s ess a a e i i sic a ue e EM uses a e e os uc u e w ic c e e y a ows a ge e si ies o e ec o s i e c a e a a e same ime a ig mo i i y y ysica y se a a i g e e ec o s om e sca e i g e ec s o ei os o o s e i ci e o e e ice is i us a e i ig w ic s ows a e e o u c- io e wee a u o e GaAs aye a ea i y - y e A GaAs aye is is a y e I e e o u c io e A GaAs ei g e wi e ga ma e ia I equi i ium e e e o u c io e a es o e o m s ow i ig A a ow o e ia we o ms Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 1 7
i e GaAs a e i e ace a some e ec o s om e A GaAs a i o is we ea i g a e e io egio i e AIGaAs a ace o e u c io e esu is a a i c a e is o me i e u o e GaAs co ai i g a ig e si y o e ec o s is u o e egio as a ig e ec o mo i i y associa e wi i a so we a e e com i a io o ig e ec o e si y a ig mo i i y a ig s ee e ice I ac ica e ices a u o e A GaAs s ace aye o a ou 5 m ick ess is ace a e i e ace o u e se a a e e e ec o s om e i ue ce o e sca e i g y e io ise o o s e a se ce o io ise o a sca e i g is a icu a y a a e a ow em e a u es w e e e ec o mo i i ies i e cess o 1 m / s a e ee o ai e e EM e ice s uc u e is s ow sc ema ica y i ig 9 e simi a i ies wi e MES E a e c ea y e i e e ig e ec o e si y a mo i i y i e c a e ea o ig eque cy o e a io wi fT o e 1 G e ΗEMΤ a so e i i s goo ow oise e a iou as a esu o e e uce sca e i g i e c a e igu e 7 s ows e oise e o ma ce a a age o 5 μm ga eIe g GaAs/A GaAs EM s o e co e io a GaAs MES E s o simi a ime sio e cu e es e o ma ce is a mi imum oise igu e o a G a o y a G wi 15 o associa e gai [ 3] ΗEMΤ ICs a e a so ee ma e usi g simi a a c i ec u es a 1ayou s o GaAs E ICs e ΗEMΤ ci cui s s ow s o e o aga io e ay imes a GaAs E ci cui s i ge e a Com e ci cui s i c u i g a 1 1 mu i ie s a K AMs a e ee ui i esea c a o a o ies [ ] O e III- e e o u c io sys ems a e ee s u ie i EM a ica io s I a icu a e use o I GaAs a oy as e c a e ma e ia has omise i i sic I As as a ig e ec o mo i i y o o e 1 m / s a oom em e a u e a so a im o eme i e o ma ce o e GaAs c a e EM s may e e ec e U o u a e y I As is o a ice ma c e o GaAs a so o use I As i a GaAs- ase ΗEMΤ e I As mo e ac io i e I GaAs a oy o e c a e 1 Woo Mo ga
aye mus e ke sma usua y e wee 15 a 5 o mi imi e e misma c is a so imi s e mo i i y im o eme a may e o ai e e I GaAs aye g ows o e GaAs su s a e wi ui -i s ai e I GaAs a ice is s e c e o i o o e os GaAs o i e e aye is i is s ai ca e accommo a e wi ou e ge e a io o is oca io s w ic wou se e e y am e e e ice e o ma ce is s uc u e is k ow as a seu omo ic EM e co i i g aye is A GaAs as e o e is e ice as ou e o me o GaAs MES E s a co e io a EM s a eque cies u o G a as ece y s ow i se o e a ca i a e o W- a (75-11 G sys ems [ 5] e o owi g GE e ice esu s a e amo g e cu e es e o me s
u e im o eme s i e e o ma ce o I GaAs c a e EM s ca e o ai e y i c easi g e I As mo e ac io o o is I A As/I GaAs s uc u es a ice-ma c e o I ca e use is I - ase a ice-ma c e EM is oug o e su e io o e GaAs- ase seu omo ic EM o mi ime e wa e ow oise a ica io s o e o owi g easo s (a a a ge s ee e ec o e si y is o ai e i e c a e si ce e a ga isco i ui y is g ea e a e o i g e icie cy o Si i I A As is ig ; Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 1 9
( e e ca ie co i eme i e c a e as a esu o e a s uc u e;
(c ig e e ec o mo i i y a eak e oci y i e c a e ue o ig e mo e ac io o I As (u o a ou 5
ese o e ies i c ease e e ice a sco uc a ce ma imum eque cy o osci a io a cu e gai cu o eque cy a e uce e oise igu e E - ce e oise e o ma ce u o W- a as ee e o e o ese EM s NFmin = 3 1 G wi 17 o associa e gai a NFmin = 1 93 G wi o associa e gai wi fT≈ 1 G o 15μm ga e e g e ices ese EM s wou seem o e ca i a es o a ica io s i I - ase i e- g a e o oe ec o ic sys ems
Heterojunction Bipolar Transisors
I a co e io a ( omo u c io i o a a sis o a ig cu e gai is ac ie e y e simu a eous use o a a ge o i g asymme y e wee e ea i y o e emi e a e ig y o e ase a a e y a ow ase o mi imi e ecom i a io i is egio o a i s a o ima io e cu e gai is gi e y e a io o ma o i y o mi o i y cu e ac oss e emi e - ase u c io w ic i u is gi e y e o i g a io U o u a e y e ow ase o i g a i s a ow wi yie a a ge ase esis a ce w ic eg a es e a sis o s ig eque cy e o ma ce Co seque y e e is see o e a a e-o e wee eque cy a cu e gai acco i g o e a ica io Im o eme s o is asic a sis o s uc u e we e ou i e y S ock ey i is o igi a a e i e o m o a wi e a ga e e o u c io emi e ; is e ice as ee esc i e eo e ica y y K oeme [ ] e esi e e ec o a wi e a ga e e o u c io emi e is o o i e a g ea e o e ia i o e mi o i y ca ie s owi g om ase o emi e a o e ma o i y ca ie s owi g om emi e o ase e e y i c easi g e a ai a Ie gai igu e 1 s ows a sim e a iag am o a n-p-n GaAs/A GaAs e o e iaI i o o es owi g om ase o emi e is g ea e a e e ec o o e ia om emi e o ase y Δε 5 e is i e e ce i o e ia ca e s ow o i c ease e cu e gai β y a ac o e (Δε/kΤ A oom em e a u e (kT = 5 e is yie s a i c ease o imes I ac ice is ema ka e im o eme is a e -o agai s i c eases i e ase o i g o se e a o e s o mag i u e is has wo e a e e ec s
1 i e uces e ase esis a ce im o i g ig eque cy e o ma ce;
i a ows e ase wi o e ma e a owe wi ou sig i ica y i c easi g i s esis a ce us e uci g e ase a si ime a agai im o i g ig eque cy e o ma ce
e ase o i g may e cee a i e emi e ye ig cu e gai s ca s i e ac ie e 11 Woo Mo ga
I e GaAs/A GaAs e e o u c io e o c i e co uc io a see i EM s is u esi a e i is co e a ca e a oi e y e use o a g a e u c io e mo e ac io o A is i c ease om e o o e esi e qua i y (a ou 5 o e a sma is a ce e ig a e ce a o e ia i is e ai e I com a iso wi GaAs MES E s s o e e o owi g a a ages ig e a sco uc a ce ig e cu e a owe e si y e e es o o - age ma c i g owe ema s o i e- i e i og a y o ig eque cy o e a io a co o o e e eak ow o age O e aw ack is a esu o e e ica s uc u e o e e ec ica co ac o e a ious egio s o e e ice e- qui es ca e u a co o e e c i g Se ec i e asma e c i g ec iques ca e use o GaAs/A GaAs e ices o e e ess a o - a a s uc u e esu s e asic igu e o me i o e is e u i y cu e gai eque cy GaAs/A GaAs s a e ee wi e y s u ie ig 11 i us a es e im o e- me s i a a e ee ac ie e y se e a g ou s o e e as eca e o so e cu e es e o ma ce is = 1 5 G y a e ice [ 9] A a ogue e ice e o ma ce com a es we wi GaAs MES E s a mi - imum oise igu e o a 1 G wi a 1 associa e gai as ee e o e [3 ] ig s ee igi a e ices a ci cui s a e a so ee ma e a CM i i e- y- ci cui o e a i g a 9 G ; a yie o 7 o ci cui s o e a i g a o e G was ac ie e wi ese e ices [3 ] A ema ka e ac ie eme i ec o ogy is e e as I s ume s 3 - i mic o ocesso co ai i g 1 9 equi a e O ga es a o e a i g a o e 1 M c ock s ee [31] As wi EM e ices o e III— semico uc o e e o u c io sys ems ca e use e y omisi g ig eque cy e o ma ce as ee emo s a e y e I GaAs/Ι Ρ a ice-ma c e sys ems o 1 5 G is wou i ica e ossi e a ica io s i I - ase i eg a e o oe ec o ic ICs Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 111 11 J. Wood, D. V. Morgan
r
As ou i e e ious y e i ec a ga i GaAs a o e III- semico - uc o s e a es a ia i e ecom i a io o e ec o s a o es o ake ace i e e emissio o ig A GaAs - u c io i o wa ias ca e use o ig emissio as i E a ase e ices ig e si ies o ca ie s a e i ec e o e e a ie i o e e e io egio o uci g a ou a e co i io s o ecom i- a io I e ase e ice e e s o e c i a e o is e a e a a e so a e ge e a e o o s a e a ge y e ec e ack i o e e ice i se ; ese o- o s e s imu a e u e ecom i a io a o uce ase ac io e sim e p-n e ice su e s om some aw acks • e ig is o we co i e so i e si ies ca e ow;
• a 1a ge o wa ias cu e e si y o e o e o 1 9 A/m is equi e e o e e o se o ase ac io U e ese co i io s e e ice is ea i y s esse ea i g o e uce i e ime i ac ica si ua io s Mo e e icie 1ase ac io ca e ac ie e y co i i g e c a ge ca ie s i a a ow-ga semico uc o e wee wo o e ia a ie s a e e o u c io i e aces is e ice is e ou e e e o u c io ase e o e a io o a GaAs/A GaAs e ice is s ow i ig 1 e ase ac io is ue o a ia i e ecom i a io i e i GaAs egio e i ec e e ec o s a o es ca o mo e ack i o e A GaAs ecause o e o e ia a ie s es o cu e e si ies e ow 1 7 A/m a e ee ac ie e wi ese e ices A a e a a - age is o e o co i eme o e emi e ig ue o e i e e ce i ie ec ic co s a e wee GaAs a A GaAs W e e wi o e o e ia we o me y e e e o u c io s is e uce o e ow a ou 5 m e si e qua i a io occu s i e we esu i g i e a ea a ce o isc e e e e gy e e s o e e ec o s a o es i e we e e e gies o e e e s a e e a e o e qua um we wi e a owe e we e g ea e e se a a io e wee e e e s is is i us a e sc ema ica y i ig 13 a ia i e a si io s ca ow e ma e e wee ese qua i e e e s a co seque y a e y a ow i ewi esu s esi a e o mo omo e i e a ica io s is s uc u e is e asis o e Qua um We ase e e ice ca co sis o o e o ma y qua um we s ese ase s ese a a ge o ew o o u i ies o i eg a e o oe ec o ic sys ems
Q nt W ll v
e qua um we QW a mu i e qua um we MQW ase s uc u es ou i e a o e a e e am es o e ices a a e ow ei g ma e esea c e a use w ic em oy qua um mec a ica e ec s as i eg a ea u es o ei o - e a io A w o e a ge o suc e ices may e e isage a some a e ee ece y o ose y Ca asso [3 ] e asis o ma y o ese e ices is qua um co i eme e wee wo e e o u c io a ie aye s a ou e a ie e ice e u ame a a ica io o ou e a ie e ices is i e eso a u e - i g io e Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 113
Resonant Tunneling Diode
e asic s uc u e o e eso a u e i g io e is i us a e y e co uc io a iag am i ig 1 a A i GaAs 1aye is sa wic e e wee wo A GaAs aye s as i e QW ase u ow e a ie aye s a e a so ma e e - eme y i e w o e s uc u e is u is e wi me a co ac s o e A GaAs a ie s as s ow W e a e ec ic ie is ace ac oss e co ac s e a s uc u e akes o e o m s ow i ( e cu e - o age c a ac e is ics o e e ice a e s ow i (c o e y sma a ie o ages e esis a ce o e s uc u e is a ge As e o age i c eases e e ec o s i e e - a co ac ecome equa i e e gy wi ose e ec o s a e e e gy e e Ε1 i e qua - um we Qua um mec a ica u e i g oug e A GaAs a ie ca ow ake ace as e u e i g e ec o s a e e e gy s a es a ai a e o em e u e i g ocee s oug e seco a ie o e o e co ac e esis a ce o e s uc u e a s ama ica y a is s eci ic a ie o age a e cu e oug e s uc u e s ows a a ge eak As e o age is u e i c ease e co ac is o o ge coi ci e wi Ε1 a so e cu e a s us e e ice s ows a i e e ia ega i e esis a ce c a ac e is ic (e e a oom em e a u e eso a u e i g oug ou e a ie s was i s o se e y C a g e a i 197 [33] u e o se e ega i e i e e ia esis a ce was oug o e oo sma o e ice a ica io s Mo e ece esu s a e s ow a osci a io eque cies i e cess o G ca e ac ie e [3 ] wi ou u owe o e o e o μW is is su icie o oca osci a o a ica io s i i a- e /mi ime e wa e ecei e s a ese eque cies ece e iews o eso a u e i g io es co e e asic ysics as we as dc a ig eque cy a ica io s [35 3 ] e eso a u e i g co ce ca e a ie o mo e co e io a e ices A e am e is e Qua um We I ec io a si ime e ice QWI e u e i g s uc u e is use o i ec cu e u ses i o a a si ime e ice sim- i a o a IM A [37] y usi g u e i g i s ea o a a a a c e ocess o i ec io e e is some oss o e icie cy u e e is a com e sa i g e uc io i oise ese e ices agai o e a e as osci a o s a se e a u e G I a i io o e wo e mi a e ices ee e mi a s uc u es a e ee 11 J. Wood, D. V. Morgan Gallium Arsenide and Related Compounds for Device Applications 115
o ose a e e o e y Ca asso a cowo ke s [3 ] eso a u e i g i o- a a sis o s a e ee s ow o ac as e icie eque cy mu i ie s o uci g i - a mo ic ou u om a 35 M i u a 15 co e sio e i- cie cy a as u c io a ogic e eme s g ea y e uci g e ga e cou [3 ]
Co c usio s
Ga ium a se i e a i s e a e III- com ou s a e ow es a is e emse es as ma e ia s o e ices a ci cui s o cu e a e e o i g e - gi ee i g a ica io s ese ma e ia s a e o usu i g e o e o si ico u c ea i g ew ma ke s i key commu ica io s a I a eas w e e si ico ca o e o m Sig i ica u u e e e o me s a e i ica e o GaAs a e a e com-
ou s i e ms o ec o ogica og ess i e e e o me o e is i g e ices a i eg a e sys ems a a so i e o e ia ew qua um we e ices cu - e y ei g esea c e oug ou e wo
e e e ces
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