JP2000133798A - 量子波干渉層を有した電界効果トランジスタ - Google Patents
量子波干渉層を有した電界効果トランジスタInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電界効果トランジスタにおいて、ソースからの
電流のドレイン以外への漏れを防ぐこと。 【解決手段】第１層と第１層よりもバンド幅の広い第２
層とを多重周期で積層した量子波干渉層を、チャネルに
隣接した領域に有する電界効果トランジスタにおいて、
第１層と第２層の厚さを第２層の最低エネルギレベル付
近にあるキャリアの各層における量子波の波長の４分の
１の奇数倍に設定した。この量子波干渉層はキャリアの
反射層として作用するので、ソースからの電流のドレイ
ン以外への漏れを防ぐことができる。
電流のドレイン以外への漏れを防ぐこと。 【解決手段】第１層と第１層よりもバンド幅の広い第２
層とを多重周期で積層した量子波干渉層を、チャネルに
隣接した領域に有する電界効果トランジスタにおいて、
第１層と第２層の厚さを第２層の最低エネルギレベル付
近にあるキャリアの各層における量子波の波長の４分の
１の奇数倍に設定した。この量子波干渉層はキャリアの
反射層として作用するので、ソースからの電流のドレイ
ン以外への漏れを防ぐことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子又は正孔から成
るキャリアを効率良く反射させるための量子波干渉層を
有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に関する。特に
金属／半導体ショットキー接合電界効果トランジスタ
（ＭＥＳＦＥＴ）、金属／酸化物／半導体電界効果トラ
ンジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ
（ＨＥＭＴ）において、キャリアをチャネル領域に閉じ
込め、他の領域に漏れようとするキャリアを反射させ、
キャリアの効率の良い利用を可能とすることができる。
るキャリアを効率良く反射させるための量子波干渉層を
有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に関する。特に
金属／半導体ショットキー接合電界効果トランジスタ
（ＭＥＳＦＥＴ）、金属／酸化物／半導体電界効果トラ
ンジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ
（ＨＥＭＴ）において、キャリアをチャネル領域に閉じ
込め、他の領域に漏れようとするキャリアを反射させ、
キャリアの効率の良い利用を可能とすることができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬＳＩ上の複数のＭＯＳＦＥＴに
おいて、トランジスタを形成するソース（Ｓ）とドレイ
ン（Ｄ）以外のトランジスタのドレイン（Ｄ’）への、
ソース（Ｓ）からの漏れ電流を防ぐ手段はあまり知られ
ていない。こういった手段が容易でないのは、チャネル
（Ｃ）領域を挟むよう形成された上下のゲート領域に電
圧をかけるため、下部ゲート領域に不純物を添加した半
導体を使用するためである。
おいて、トランジスタを形成するソース（Ｓ）とドレイ
ン（Ｄ）以外のトランジスタのドレイン（Ｄ’）への、
ソース（Ｓ）からの漏れ電流を防ぐ手段はあまり知られ
ていない。こういった手段が容易でないのは、チャネル
（Ｃ）領域を挟むよう形成された上下のゲート領域に電
圧をかけるため、下部ゲート領域に不純物を添加した半
導体を使用するためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＪＪＡＰ L
etters Vol.29,No.11(1990年) L1977-L1980 に記載され
たように、レーザダイオードにおいてクラッド層に多重
量子井戸障壁を設けることで、キャリアを反射させるこ
とが提案されている。しかし、この文献では、キャリア
の運動エネルギをどのような値とするかは明示されてい
ない。この文献の文脈からは、運動エネルギとしてバン
ドギャップエネルギを代用したものと想像できるが、そ
れにより指摘された第１層と第２層との最適な厚さは、
本発明者らが最適とする厚さに対して１／４〜１／６で
ある。即ち、この文献の示す第１層と第２層の厚さで
は、キャリアの反射の効果が十分ではないという問題が
残されている。
etters Vol.29,No.11(1990年) L1977-L1980 に記載され
たように、レーザダイオードにおいてクラッド層に多重
量子井戸障壁を設けることで、キャリアを反射させるこ
とが提案されている。しかし、この文献では、キャリア
の運動エネルギをどのような値とするかは明示されてい
ない。この文献の文脈からは、運動エネルギとしてバン
ドギャップエネルギを代用したものと想像できるが、そ
れにより指摘された第１層と第２層との最適な厚さは、
本発明者らが最適とする厚さに対して１／４〜１／６で
ある。即ち、この文献の示す第１層と第２層の厚さで
は、キャリアの反射の効果が十分ではないという問題が
残されている。
【０００４】そこで、本発明者らは、多重量子井戸構造
を光の多重反射における誘電体多層膜に対応させて、キ
ャリアの量子波が多重量子井戸構造により多重反射され
ると考えた。そして、この反射によりキャリアの通電の
際のしきい電圧を大きくできることを見いだし、量子波
干渉層の最適構造を創作した。従って、本発明の目的
は、最適構造の量子波干渉層を、チャネルに隣接した下
部ゲート領域に設けることで、通電の際のしきい電圧を
大きくした、新規接合構造を有する電界効果トランジス
タを提供することである。
を光の多重反射における誘電体多層膜に対応させて、キ
ャリアの量子波が多重量子井戸構造により多重反射され
ると考えた。そして、この反射によりキャリアの通電の
際のしきい電圧を大きくできることを見いだし、量子波
干渉層の最適構造を創作した。従って、本発明の目的
は、最適構造の量子波干渉層を、チャネルに隣接した下
部ゲート領域に設けることで、通電の際のしきい電圧を
大きくした、新規接合構造を有する電界効果トランジス
タを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１層と第１層よりもバンド幅の広い第２層とを多
重周期で積層した量子波干渉層を、チャネルに隣接した
領域に有する電界効果トランジスタにおいて、第１層と
第２層の厚さを第２層の最低エネルギレベル付近にある
キャリアの各層における量子波の波長の４分の１の奇数
倍に設定したことを特徴とする。
は、第１層と第１層よりもバンド幅の広い第２層とを多
重周期で積層した量子波干渉層を、チャネルに隣接した
領域に有する電界効果トランジスタにおいて、第１層と
第２層の厚さを第２層の最低エネルギレベル付近にある
キャリアの各層における量子波の波長の４分の１の奇数
倍に設定したことを特徴とする。
【０００６】請求項２に記載の発明は、第１層と第１層
よりもバンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した量
子波干渉層を、チャネルに隣接した領域に有する電界効
果トランジスタにおいて、第１層と第２層の厚さをキャ
リアの各層における量子波の波長の４分の１の奇数倍に
設定し、第１層と第２層との境界には、第１層と第２層
の厚さに比べて充分に薄く、エネルギバンドを急変させ
るδ層が設けられていることを特徴とする。
よりもバンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した量
子波干渉層を、チャネルに隣接した領域に有する電界効
果トランジスタにおいて、第１層と第２層の厚さをキャ
リアの各層における量子波の波長の４分の１の奇数倍に
設定し、第１層と第２層との境界には、第１層と第２層
の厚さに比べて充分に薄く、エネルギバンドを急変させ
るδ層が設けられていることを特徴とする。
【０００７】請求項３に記載の発明は、第１層の厚さＤ
Wと第２層の厚さＤBを次のように設定したことを特徴と
する。
Wと第２層の厚さＤBを次のように設定したことを特徴と
する。
【数１】 ＤW＝ｎWλW／４＝ｎWｈ／４[２ｍW(Ｅ＋Ｖ)]1/2 …（１）
【数２】 ＤB＝ｎBλB／４＝ｎBｈ／４(２ｍBＥ)1/2 …（２） 但し、ｈはプランク定数、ｍWは第１層におけるキャリ
アの有効質量、ｍBは第２層におけるキャリアの有効質
量、Ｅは第２層に流入された、第２層の最低エネルギレ
ベル付近におけるキャリアの運動エネルギ、Ｖは第１層
に対する第２層のバンド電位差、ｎW、ｎBは奇数であ
る。
アの有効質量、ｍBは第２層におけるキャリアの有効質
量、Ｅは第２層に流入された、第２層の最低エネルギレ
ベル付近におけるキャリアの運動エネルギ、Ｖは第１層
に対する第２層のバンド電位差、ｎW、ｎBは奇数であ
る。
【０００８】請求項４の発明は、第１層と第１層よりも
バンド幅の広い第２層との多重周期から成る量子波干渉
層を次のように形成したことを特徴とする。第１層、第
２層を、それぞれ、厚さＤWk，ＤBkで任意周期Ｔkだけ
繰り返して部分量子波干渉層Ｉkとする。但し、
バンド幅の広い第２層との多重周期から成る量子波干渉
層を次のように形成したことを特徴とする。第１層、第
２層を、それぞれ、厚さＤWk，ＤBkで任意周期Ｔkだけ
繰り返して部分量子波干渉層Ｉkとする。但し、
【数３】 ＤWk＝ｎWkλWk／４＝ｎWkｈ／４[２ｍWk(Ｅk＋Ｖ)]1/2 …（３）
【数４】 ＤBk＝ｎBkλBk／４＝ｎBkｈ／４(２ｍBkＥk)1/2 …（４） ここで、Ｅkは第２層に流入されるキャリアの運動エネ
ルギの複数の異なる値、ｍWkは第１層における運動エネ
ルギＥkを有するキャリアの有効質量、ｍBkは第２層に
おける運動エネルギＥk＋Ｖを有するキャリアの有効質
量、ｎWk、ｎBkは奇数である。このように形成された部
分量子波干渉層ＩkをＩ1,…,Ｉjと、ｋの最大値ｊだけ
直列接続して量子波干渉層が形成される。
ルギの複数の異なる値、ｍWkは第１層における運動エネ
ルギＥkを有するキャリアの有効質量、ｍBkは第２層に
おける運動エネルギＥk＋Ｖを有するキャリアの有効質
量、ｎWk、ｎBkは奇数である。このように形成された部
分量子波干渉層ＩkをＩ1,…,Ｉjと、ｋの最大値ｊだけ
直列接続して量子波干渉層が形成される。
【０００９】請求項５の発明は、（４），（３）式で決
定される厚さ(ＤBk，ＤWk)の(第２層，第１層)を、(Ｄ
B1，ＤW1)，…，(ＤBk，ＤWk)，…，(ＤBj，ＤWj)と積
層し、部分量子波干渉層とする。この部分量子波干渉層
を任意周期繰り返して量子波干渉層が形成される。
定される厚さ(ＤBk，ＤWk)の(第２層，第１層)を、(Ｄ
B1，ＤW1)，…，(ＤBk，ＤWk)，…，(ＤBj，ＤWj)と積
層し、部分量子波干渉層とする。この部分量子波干渉層
を任意周期繰り返して量子波干渉層が形成される。
【００１０】請求項６の発明は、上記のように形成され
た第１層と第２層との境界に、第１層と第２層の厚さに
比べて充分に薄く、エネルギバンドを急変させるδ層を
設けたことを特徴とする。
た第１層と第２層との境界に、第１層と第２層の厚さに
比べて充分に薄く、エネルギバンドを急変させるδ層を
設けたことを特徴とする。
【００１１】請求項７の発明は、量子波干渉層をキャリ
アを反射させる反射層として作用させることを特徴とす
る。請求項８の発明は、量子波干渉層の量子波の入射端
はキャリアのトンネル伝導を禁止するに十分な厚さの第
２層が形成されていることを特徴とする。
アを反射させる反射層として作用させることを特徴とす
る。請求項８の発明は、量子波干渉層の量子波の入射端
はキャリアのトンネル伝導を禁止するに十分な厚さの第
２層が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の作用及び効果】〔請求項１、３の発明〕本発明
の特徴である量子波干渉層の原理を次に説明する。図１
は、電界効果トランジスタの反転層（チャネル）下のｐ
層に形成された、バンド幅の異なる層の多重層構造の伝
導帯を示している。チャネルにおいて少数キャリアであ
る電子がソースからドレインへ流れる。この時、電子が
チャネルの下のｐ層へ漏れる時の伝導を考察する。即
ち、図上左から右方向に伝導するとする。伝導に寄与す
る電子は、第２層Ｂの伝導帯の底付近に存在する電子と
考えられる。この電子の運動エネルギをＥとする。する
と、第２層Ｂから第１層Ｗに伝導する電子は第２層Ｂか
ら第１層Ｗへのバンド電位差Ｖにより加速されて、第１
層Ｗにおける運動エネルギはＥ＋Ｖとなる。又、第１層
Ｗから第２層Ｂへ伝導する電子は第１層Ｗから第２層Ｂ
へのバンド電位差Ｖにより減速されて、第２層Ｂにおけ
る電子の運動エネルギはＥに戻る。伝導電子の運動エネ
ルギは、多重層構造のポテンシャルエネルギによりこの
ような変調を受ける。
の特徴である量子波干渉層の原理を次に説明する。図１
は、電界効果トランジスタの反転層（チャネル）下のｐ
層に形成された、バンド幅の異なる層の多重層構造の伝
導帯を示している。チャネルにおいて少数キャリアであ
る電子がソースからドレインへ流れる。この時、電子が
チャネルの下のｐ層へ漏れる時の伝導を考察する。即
ち、図上左から右方向に伝導するとする。伝導に寄与す
る電子は、第２層Ｂの伝導帯の底付近に存在する電子と
考えられる。この電子の運動エネルギをＥとする。する
と、第２層Ｂから第１層Ｗに伝導する電子は第２層Ｂか
ら第１層Ｗへのバンド電位差Ｖにより加速されて、第１
層Ｗにおける運動エネルギはＥ＋Ｖとなる。又、第１層
Ｗから第２層Ｂへ伝導する電子は第１層Ｗから第２層Ｂ
へのバンド電位差Ｖにより減速されて、第２層Ｂにおけ
る電子の運動エネルギはＥに戻る。伝導電子の運動エネ
ルギは、多重層構造のポテンシャルエネルギによりこの
ような変調を受ける。
【００１３】一方、第１層Ｗと第２層Ｂの厚さが電子の
量子波長と同程度となると、電子は波動として振る舞
う。電子の量子波は電子の運動エネルギを用いて、
（１）、（２）式により求められる。さらに、波の反射
率Ｒは第２層Ｂ、第１層Ｗにおける量子波の波数ベクト
ルをＫB，ＫWとする時、次式で求められる。
量子波長と同程度となると、電子は波動として振る舞
う。電子の量子波は電子の運動エネルギを用いて、
（１）、（２）式により求められる。さらに、波の反射
率Ｒは第２層Ｂ、第１層Ｗにおける量子波の波数ベクト
ルをＫB，ＫWとする時、次式で求められる。
【数５】 Ｒ＝(｜ＫW｜−｜ＫB｜)／(｜ＫW｜＋｜ＫB｜) ＝[｛ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2−(ｍBＥ)1/2]／[｛ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2＋(ｍBＥ)1/2] ＝[1-｛ｍBＥ／ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2]／[1+｛ｍBＥ／ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2]…(５) 又、ｍB＝ｍWと仮定すれば、反射率は次式で表される。
【数６】 Ｒ＝[１−｛Ｅ／(Ｅ＋Ｖ)｝1/2]／[１＋｛Ｅ／(Ｅ＋Ｖ)｝1/2] …（６） Ｅ／(Ｅ＋Ｖ)＝ｘとおけば、（６）式は次式のように変
形できる。
形できる。
【数７】 Ｒ＝(１−ｘ1/2)／(１＋ｘ1/2) …（７） この反射率Ｒのｘに対する特性は図２のようになる。
【００１４】又、第２層Ｂと第１層ＷがそれぞれＳ層多
重化された場合の量子波の入射端面での反射率ＲSは次
式で与えられる。
重化された場合の量子波の入射端面での反射率ＲSは次
式で与えられる。
【数８】 ＲS＝[(１−ｘS)／(１＋ｘS)]2 …（８） ｘ≦0.1の時Ｒ≧0.52となり、そのためのＥ，Ｖの関係
は
は
【数９】 Ｅ≦Ｖ／９ …（９） となる。第２層Ｂにおける伝導電子の運動エネルギＥは
伝導帯の底付近であることから、（９）式の関係が満足
され、第２層Ｂと第１層Ｗとの境界での反射率Ｒは５２
％以上となる。このような多重量子井戸構造により、ｐ
層へ注入される電子の量子波を効率良く反射させること
ができる。
伝導帯の底付近であることから、（９）式の関係が満足
され、第２層Ｂと第１層Ｗとの境界での反射率Ｒは５２
％以上となる。このような多重量子井戸構造により、ｐ
層へ注入される電子の量子波を効率良く反射させること
ができる。
【００１５】又、ｘを用いて第２層Ｂの厚さの第１層Ｗ
の厚さに対する比ＤB／ＤWは次式で求められる。
の厚さに対する比ＤB／ＤWは次式で求められる。
【数１０】 ＤB／ＤW＝[ｍW／(ｍBｘ)]1/2 …（１０）
【００１６】このような量子波干渉層をチャネル下のｐ
層に形成した電界効果トランジスタにおいて、チャネル
をソースからドレインへ流れる電子の運動エネルギは上
記の量子波干渉層の厚さの設計に用いられた運動エネル
ギを越えることはない。よって電子の反射が起こり、電
子によるチャネル下のｐ層への漏れ電流は流れない。
層に形成した電界効果トランジスタにおいて、チャネル
をソースからドレインへ流れる電子の運動エネルギは上
記の量子波干渉層の厚さの設計に用いられた運動エネル
ギを越えることはない。よって電子の反射が起こり、電
子によるチャネル下のｐ層への漏れ電流は流れない。
【００１７】又、価電子帯においても、エネルギレベル
が周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが伝導帯のバン
ド電位差と異なること、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける正
孔の有効質量が電子の有効質量と異なること等のため、
電子に対して反射率を高くするように設定された第１層
Ｗと第２層Ｂの幅の設定値は正孔に対する高反射率が得
られる条件にはならない。よって、上記の構造の量子波
干渉層は、電子だけを反射させ正孔を反射させないよう
にすることができる。
が周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが伝導帯のバン
ド電位差と異なること、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける正
孔の有効質量が電子の有効質量と異なること等のため、
電子に対して反射率を高くするように設定された第１層
Ｗと第２層Ｂの幅の設定値は正孔に対する高反射率が得
られる条件にはならない。よって、上記の構造の量子波
干渉層は、電子だけを反射させ正孔を反射させないよう
にすることができる。
【００１８】又、逆に、価電子帯のバンド電位差及び正
孔の有効質量を用いて、上述と同様の議論により第１層
Ｗ、第２層Ｂの厚さを設計することで、チャネル領域を
ｎ層とした電界効果トランジスタにおいて量子波干渉層
をチャネル下のｎ層に設け、チャネルを流れる正孔だけ
を反射させ電子を透過させる層とすることもできる。
孔の有効質量を用いて、上述と同様の議論により第１層
Ｗ、第２層Ｂの厚さを設計することで、チャネル領域を
ｎ層とした電界効果トランジスタにおいて量子波干渉層
をチャネル下のｎ層に設け、チャネルを流れる正孔だけ
を反射させ電子を透過させる層とすることもできる。
【００１９】〔請求項４の発明〕図３に示すように、複
数の運動エネルギＥkのそれぞれに対して部分量子波干
渉層Ｉkを形成しても良い。各部分量子波干渉層Ｉkは
（３）、（４）式で決定される厚さの第１層Ｗと第２層
Ｂとを(ＤWk,ＤBk)を１組としてＴk周期分多重化して形
成される。この部分量子波干渉層ＩkをＩ1〜Ｉjまで、
設定した電子の運動エネルギの数だけ直列に設けて量子
波干渉層を形成しても良い。図３に示すように、各運動
エネルギＥkを有する電子は、各部分量子波干渉層Ｉkで
反射されることになり、運動エネルギがＥ1〜Ｅjの範囲
にある電子を効率良く反射させることができる。運動エ
ネルギの間隔を細かく設定すれば、各部分量子波干渉層
Ｉkにおける第１層Ｗ又は第２層Ｂの厚さ(ＤWk,ＤBk)は
ｋに対してほぼ連続して変化することになる。
数の運動エネルギＥkのそれぞれに対して部分量子波干
渉層Ｉkを形成しても良い。各部分量子波干渉層Ｉkは
（３）、（４）式で決定される厚さの第１層Ｗと第２層
Ｂとを(ＤWk,ＤBk)を１組としてＴk周期分多重化して形
成される。この部分量子波干渉層ＩkをＩ1〜Ｉjまで、
設定した電子の運動エネルギの数だけ直列に設けて量子
波干渉層を形成しても良い。図３に示すように、各運動
エネルギＥkを有する電子は、各部分量子波干渉層Ｉkで
反射されることになり、運動エネルギがＥ1〜Ｅjの範囲
にある電子を効率良く反射させることができる。運動エ
ネルギの間隔を細かく設定すれば、各部分量子波干渉層
Ｉkにおける第１層Ｗ又は第２層Ｂの厚さ(ＤWk,ＤBk)は
ｋに対してほぼ連続して変化することになる。
【００２０】〔請求項５の発明〕図４に示すように、
（３）、（４）式で決定される厚さ(ＤWk,ＤBk)に関し
て、厚さ(ＤW1,ＤB1),…,(ＤWk,ＤBk),…(ＤWj,ＤBj)で
多重化した部分量子波干渉層を任意個数分だけ直列接続
しても良い。このように配列しても、運動エネルギがＥ
1〜Ｅjの範囲にある電子を効率良く反射させることがで
きる。運動エネルギの間隔を細かく設定すれば、各第１
層Ｗ又は各第２層Ｂの厚さはほぼ連続して変化すること
になる。
（３）、（４）式で決定される厚さ(ＤWk,ＤBk)に関し
て、厚さ(ＤW1,ＤB1),…,(ＤWk,ＤBk),…(ＤWj,ＤBj)で
多重化した部分量子波干渉層を任意個数分だけ直列接続
しても良い。このように配列しても、運動エネルギがＥ
1〜Ｅjの範囲にある電子を効率良く反射させることがで
きる。運動エネルギの間隔を細かく設定すれば、各第１
層Ｗ又は各第２層Ｂの厚さはほぼ連続して変化すること
になる。
【００２１】〔請求項２、６の発明〕図５に示すよう
に、第１層Ｗと第２層Ｂとの境界において、エネルギバ
ンドを急変させる厚さが第１層Ｗ、第２層Ｂに比べて十
分に薄いδ層を設けても良い。境界での反射率は（７）
式で得られるが、境界にδ層を設けることで、バンド電
位差Ｖを大きくすることができｘ値が小さくなる。ｘ値
が小さいことから反射率Ｒが大きくなるためと考えられ
る。また、別の効果として、製造技術上の問題から生じ
る層間のバンドギャップを急峻にするためとも考えられ
る。δ層を形成しないとき、積層時に第１層Ｗと第２層
Ｂの成分が層間で一部混合し、急峻なバンドギャップが
得られないが、層間にδ層を形成するときは、成分が層
間で一部混合したとしても、δ層を形成しないときに比
較し、急峻なバンドギャップが得られると考える。
に、第１層Ｗと第２層Ｂとの境界において、エネルギバ
ンドを急変させる厚さが第１層Ｗ、第２層Ｂに比べて十
分に薄いδ層を設けても良い。境界での反射率は（７）
式で得られるが、境界にδ層を設けることで、バンド電
位差Ｖを大きくすることができｘ値が小さくなる。ｘ値
が小さいことから反射率Ｒが大きくなるためと考えられ
る。また、別の効果として、製造技術上の問題から生じ
る層間のバンドギャップを急峻にするためとも考えられ
る。δ層を形成しないとき、積層時に第１層Ｗと第２層
Ｂの成分が層間で一部混合し、急峻なバンドギャップが
得られないが、層間にδ層を形成するときは、成分が層
間で一部混合したとしても、δ層を形成しないときに比
較し、急峻なバンドギャップが得られると考える。
【００２２】このδ層は、図５（ａ）に示すように、各
第１層Ｗの両側の境界に設けられているが、片側の境界
だけに設けても良い。又、δ層は、図５（ａ）に示すよ
うに、境界に第２層Ｂのバンドの底の電位よりもさらに
高いバンド電位が形成されるように設けているが、図５
（ｂ）に示すように、境界に第１層Ｗの底よりもさらに
低い底を有するバンドを有するように形成しても良い。
さらに、図５（ｃ）に示すように、境界に第２層Ｂより
も高いエネルギレベルを有し第１層Ｗよりも低いエネル
ギレベルを有する２つのδ層を形成しても良い。このよ
うにすることで、第１層Ｗと第２層Ｂとの境界での量子
波の反射率を大きくすることができ、多重層に形成した
場合に全体での量子波の反射率を大きくすることができ
る。
第１層Ｗの両側の境界に設けられているが、片側の境界
だけに設けても良い。又、δ層は、図５（ａ）に示すよ
うに、境界に第２層Ｂのバンドの底の電位よりもさらに
高いバンド電位が形成されるように設けているが、図５
（ｂ）に示すように、境界に第１層Ｗの底よりもさらに
低い底を有するバンドを有するように形成しても良い。
さらに、図５（ｃ）に示すように、境界に第２層Ｂより
も高いエネルギレベルを有し第１層Ｗよりも低いエネル
ギレベルを有する２つのδ層を形成しても良い。このよ
うにすることで、第１層Ｗと第２層Ｂとの境界での量子
波の反射率を大きくすることができ、多重層に形成した
場合に全体での量子波の反射率を大きくすることができ
る。
【００２３】〔請求項７の発明〕量子波干渉層をキャリ
アを反射させる反射層として用いるもので、キャリアを
効率良く反射層の前のチャネルに閉じ込めることができ
る。
アを反射させる反射層として用いるもので、キャリアを
効率良く反射層の前のチャネルに閉じ込めることができ
る。
【００２４】〔請求項８の発明〕量子波干渉層の入射端
面側の１つの第２層Ｂ0だけを厚く形成することで、共
鳴トンネル伝導を防止し、キャリアの反射を効果的に行
うことができる。
面側の１つの第２層Ｂ0だけを厚く形成することで、共
鳴トンネル伝導を防止し、キャリアの反射を効果的に行
うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
【００２６】〔第１実施例〕ダイオードについて、まず
説明する。図６は量子波干渉層をｐ層に形成したｐｎ接
合素子の断面図である。GaAsから成る基板１０の上に、
n-GaAsから成る厚さ0.3μm、電子濃度2×1018/cm3のバ
ッファ層１２が形成され、その上にn-Ga0.51In0.49Pか
ら成る厚さ0.1μm、電子濃度2×1018/cm3のｎ形コンタ
クト層１４が形成されている。ｎ形コンタクト層１４の
上には、n-Al0.51In0.49Pから成る厚さ0.5μm、電子濃
度1×1018/cm3のｎ層１６が形成され、その上にはAl
0.51In0.49Pから成る厚さ0.6μmのｐ層１８が形成され
ている。さらに、そのｐ層１８の中に量子波干渉層であ
る電子反射層２０が形成されている。尚、電子反射層２
０の入射端面側のｐ層１８ａは厚さ0.1μm、正孔濃度1
×1017/cm3であり、電子反射層２０の出射端面側のｐ層
１８ｂは厚さ0.5μm、正孔濃度1×1018/cm3である。そ
して、ｐ層１８ｂの上にp-Ga0.51In0 .49Pから成る厚さ
0.1μm、正孔濃度2×1018/cm3の第２ｐ形コンタクト層
２２とp-GaAsから成る厚さ0.1μm、正孔濃度2×1018/cm
3の第１ｐ形コンタクト層２４が形成されている。さら
に、基板１０の裏面には厚さ0.2μmのAu/Geから成る電
極２６が形成され、第１ｐ形コンタクト層２４の上には
厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極２８が形成されてい
る。尚、基板１０は、２インチ径の大きさであり、基板
の主面は面方位(100)に対して15°方位[011]方向にオフ
セットしている。
説明する。図６は量子波干渉層をｐ層に形成したｐｎ接
合素子の断面図である。GaAsから成る基板１０の上に、
n-GaAsから成る厚さ0.3μm、電子濃度2×1018/cm3のバ
ッファ層１２が形成され、その上にn-Ga0.51In0.49Pか
ら成る厚さ0.1μm、電子濃度2×1018/cm3のｎ形コンタ
クト層１４が形成されている。ｎ形コンタクト層１４の
上には、n-Al0.51In0.49Pから成る厚さ0.5μm、電子濃
度1×1018/cm3のｎ層１６が形成され、その上にはAl
0.51In0.49Pから成る厚さ0.6μmのｐ層１８が形成され
ている。さらに、そのｐ層１８の中に量子波干渉層であ
る電子反射層２０が形成されている。尚、電子反射層２
０の入射端面側のｐ層１８ａは厚さ0.1μm、正孔濃度1
×1017/cm3であり、電子反射層２０の出射端面側のｐ層
１８ｂは厚さ0.5μm、正孔濃度1×1018/cm3である。そ
して、ｐ層１８ｂの上にp-Ga0.51In0 .49Pから成る厚さ
0.1μm、正孔濃度2×1018/cm3の第２ｐ形コンタクト層
２２とp-GaAsから成る厚さ0.1μm、正孔濃度2×1018/cm
3の第１ｐ形コンタクト層２４が形成されている。さら
に、基板１０の裏面には厚さ0.2μmのAu/Geから成る電
極２６が形成され、第１ｐ形コンタクト層２４の上には
厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極２８が形成されてい
る。尚、基板１０は、２インチ径の大きさであり、基板
の主面は面方位(100)に対して15°方位[011]方向にオフ
セットしている。
【００２７】このｐｎ接合素子は、ガスソースＭＢＥ法
により製造された。ガスソースＭＢＥ法は、結晶のエレ
メント材料全てを固体ソースから供給する従来形のＭＢ
Ｅ法とは異なり、Ｖ族元素(As,P)等をガス状原料(AsH3,
PH3)の熱分解により供給し、III族エレメント(In,Ga,A
l)は固体ソースから供給する超高真空下の分子線結晶成
長法である。なお、有機金属ガス気相成長法(ＭＯＣＶ
Ｄ)を用いることもできる。
により製造された。ガスソースＭＢＥ法は、結晶のエレ
メント材料全てを固体ソースから供給する従来形のＭＢ
Ｅ法とは異なり、Ｖ族元素(As,P)等をガス状原料(AsH3,
PH3)の熱分解により供給し、III族エレメント(In,Ga,A
l)は固体ソースから供給する超高真空下の分子線結晶成
長法である。なお、有機金属ガス気相成長法(ＭＯＣＶ
Ｄ)を用いることもできる。
【００２８】電子反射層（量子波干渉層）２０は、図７
に示すように、第１層Ｗにp-Ga0.51In0.49P、第２層Ｂ
にp-Al0.51In0.49Pを用いた１５周期の多重量子構造で
あり、第１層Ｗと第２層Ｂの境界にp-Al0.33Ga0.33In
0.33Pから成るδ層が形成されている。厚さの条件は上
記した（１）、（２）式で決定され、最初の第２層Ｂ0
（ｐ層１８ａ）の厚さはキャリアのトンネル伝導を防止
できる程の厚さに設計されている。又、δ層の厚さは、
1.3nmである。図７のエネルギダイヤグラムでは、ｎ層
１６とｐ層１８ａと電子反射層２０が図示されている。
図７（ａ）は電圧が印加されていない状態を示し、
（ｂ）は電圧Ｖが印加された状態を示している。このよ
うな構造とすることで、このｐｎ接合素子に順方向に電
圧を印加すると、ｎ層１６からｐ層１８に注入された電
子は電子反射層２０により効果的に反射され、電子はｐ
層に注入されない。さらに、電圧を増加させて注入され
る電子の運動エネルギが電子反射層２０を設計した運動
エネルギＥを大きく越えると、この電子反射層２０が電
子を反射しなくなり、電子を通過させるようになる。こ
の結果、Ｖ−Ｉ特性は印加電圧があるしきい値を越える
まではほとんど０である。
に示すように、第１層Ｗにp-Ga0.51In0.49P、第２層Ｂ
にp-Al0.51In0.49Pを用いた１５周期の多重量子構造で
あり、第１層Ｗと第２層Ｂの境界にp-Al0.33Ga0.33In
0.33Pから成るδ層が形成されている。厚さの条件は上
記した（１）、（２）式で決定され、最初の第２層Ｂ0
（ｐ層１８ａ）の厚さはキャリアのトンネル伝導を防止
できる程の厚さに設計されている。又、δ層の厚さは、
1.3nmである。図７のエネルギダイヤグラムでは、ｎ層
１６とｐ層１８ａと電子反射層２０が図示されている。
図７（ａ）は電圧が印加されていない状態を示し、
（ｂ）は電圧Ｖが印加された状態を示している。このよ
うな構造とすることで、このｐｎ接合素子に順方向に電
圧を印加すると、ｎ層１６からｐ層１８に注入された電
子は電子反射層２０により効果的に反射され、電子はｐ
層に注入されない。さらに、電圧を増加させて注入され
る電子の運動エネルギが電子反射層２０を設計した運動
エネルギＥを大きく越えると、この電子反射層２０が電
子を反射しなくなり、電子を通過させるようになる。こ
の結果、Ｖ−Ｉ特性は印加電圧があるしきい値を越える
まではほとんど０である。
【００２９】又、価電子帯においても、多重量子井戸構
造が形成されるが、この構造では電子が効果的に反射さ
れるように第１層Ｗと第２層Ｂの厚さの条件が決定され
ているので、正孔はこの多重量子井戸構造では反射され
ない。よって、ｐ層１８ｂからの正孔はこの電子反射層
２０を通過して、ｎ層１６に達する。
造が形成されるが、この構造では電子が効果的に反射さ
れるように第１層Ｗと第２層Ｂの厚さの条件が決定され
ているので、正孔はこの多重量子井戸構造では反射され
ない。よって、ｐ層１８ｂからの正孔はこの電子反射層
２０を通過して、ｎ層１６に達する。
【００３０】第１層Ｗと第２層Ｂの厚さを各種変化させ
てＶ−Ｉ特性を測定した。第２層Ｂの厚さを７nmにし
て、第１層Ｗの厚さを各種変化させてＶ−Ｉ特性を測定
した。第１層Ｗの厚さが５nmの時にしきい値電圧は最大
となった。次に、第１層Ｗの厚さを５nmにして、第２層
Ｂの厚さを各種変化させてＶ−Ｉ特性を測定した。第２
層Ｂの厚さが７nmの時にしきい値電圧は最大となった。
このように、電子反射層２０は第１層Ｗの厚さを５nm、
第２層Ｂの厚さを７nmにする時にｐｎ接合素子のしきい
値電圧は最大となった。
てＶ−Ｉ特性を測定した。第２層Ｂの厚さを７nmにし
て、第１層Ｗの厚さを各種変化させてＶ−Ｉ特性を測定
した。第１層Ｗの厚さが５nmの時にしきい値電圧は最大
となった。次に、第１層Ｗの厚さを５nmにして、第２層
Ｂの厚さを各種変化させてＶ−Ｉ特性を測定した。第２
層Ｂの厚さが７nmの時にしきい値電圧は最大となった。
このように、電子反射層２０は第１層Ｗの厚さを５nm、
第２層Ｂの厚さを７nmにする時にｐｎ接合素子のしきい
値電圧は最大となった。
【００３１】このしきい値電圧が最大となるｐｎ接合素
子の測定されたＶ−Ｉ特性Ｂを図８、図９に示す。又、
比較のため、電子反射層２０だけが存在しないｐｎ接合
素子を製造し、そのＶ−Ｉ特性Ａも測定した。図８は、
電流が急激に立ち上がる前の領域を示している。本実施
例のｐｎ接合素子の電流が従来形のｐｎ接合素子に比べ
て電流が抑制されていることが理解される。又、Ｖ−Ｉ
特性Ａと、Ｖ−Ｉ特性Ｂの対数表示である図８上のグラ
フ間距離を示したものがＣである。約２Ｖで最大の電流
抑制（約１００分の１）が実現されていることが理解さ
れる。この約２Ｖを印加した時に第２層Ｂを越える程度
のエネルギ（この２Ｖからｐ層−ｎ層間での疑フェルミ
エネルギ準位の差を差し引いた電位エネルギ）が第１層
Ｗと第２層Ｂの厚さの設計に用いられたｐ層に注入され
る電子の運動エネルギＥに対応していると考えられる。
図９は直線目盛りで表されたＶ−Ｉ特性である。本実施
例のｐｎ接合素子のしきい値電圧は、従来のｐｎ接合素
子のしきい値電圧に比べて５０％程度増加した。
子の測定されたＶ−Ｉ特性Ｂを図８、図９に示す。又、
比較のため、電子反射層２０だけが存在しないｐｎ接合
素子を製造し、そのＶ−Ｉ特性Ａも測定した。図８は、
電流が急激に立ち上がる前の領域を示している。本実施
例のｐｎ接合素子の電流が従来形のｐｎ接合素子に比べ
て電流が抑制されていることが理解される。又、Ｖ−Ｉ
特性Ａと、Ｖ−Ｉ特性Ｂの対数表示である図８上のグラ
フ間距離を示したものがＣである。約２Ｖで最大の電流
抑制（約１００分の１）が実現されていることが理解さ
れる。この約２Ｖを印加した時に第２層Ｂを越える程度
のエネルギ（この２Ｖからｐ層−ｎ層間での疑フェルミ
エネルギ準位の差を差し引いた電位エネルギ）が第１層
Ｗと第２層Ｂの厚さの設計に用いられたｐ層に注入され
る電子の運動エネルギＥに対応していると考えられる。
図９は直線目盛りで表されたＶ−Ｉ特性である。本実施
例のｐｎ接合素子のしきい値電圧は、従来のｐｎ接合素
子のしきい値電圧に比べて５０％程度増加した。
【００３２】これは、電界効果トランジスタにおいて、
上記のような電子を反射する量子波干渉層をｎ形に反転
したチャネルの下に形成し、ソースから流れる電子によ
る電流のドレイン以外への漏れ電流を抑えることが可能
であることを意味する。即ち、本発明により、従来の電
界効果トランジスタよりも絶縁効果の高い電界効果トラ
ンジスタが作製可能となる。
上記のような電子を反射する量子波干渉層をｎ形に反転
したチャネルの下に形成し、ソースから流れる電子によ
る電流のドレイン以外への漏れ電流を抑えることが可能
であることを意味する。即ち、本発明により、従来の電
界効果トランジスタよりも絶縁効果の高い電界効果トラ
ンジスタが作製可能となる。
【００３３】また、別のｐｎ接合素子として、図１０に
示すように、図６のｐｎ接合素子と同様の電子反射層２
０がｐ層１８に形成され、上記の理論を正孔に適用して
設計された正孔反射層３０がｎ層１６に形成されてい
る。電子の量子波入射端面のｐ層１８ａが電子のトンネ
ル電流を阻止するに十分な厚さがあるように、正孔の量
子波入射端面のｎ層１６ａは正孔のトンネル電流を阻止
するに十分な厚さがある。この正孔反射層３０も電子反
射層２０と構造的には同一であり、正孔を効果的に反射
させるために、第１層Ｗの厚さは1.0nm、第２層Ｂの厚
さは1.2nmとした。このように電子反射層２０と正孔反
射層３０とを形成することで、第１実施例のｐｎ接合素
子に比べて更にしきい値電圧が増加した。
示すように、図６のｐｎ接合素子と同様の電子反射層２
０がｐ層１８に形成され、上記の理論を正孔に適用して
設計された正孔反射層３０がｎ層１６に形成されてい
る。電子の量子波入射端面のｐ層１８ａが電子のトンネ
ル電流を阻止するに十分な厚さがあるように、正孔の量
子波入射端面のｎ層１６ａは正孔のトンネル電流を阻止
するに十分な厚さがある。この正孔反射層３０も電子反
射層２０と構造的には同一であり、正孔を効果的に反射
させるために、第１層Ｗの厚さは1.0nm、第２層Ｂの厚
さは1.2nmとした。このように電子反射層２０と正孔反
射層３０とを形成することで、第１実施例のｐｎ接合素
子に比べて更にしきい値電圧が増加した。
【００３４】これは、電界効果トランジスタにおいて、
上記のような正孔を反射する量子波干渉層をｐ形に反転
したチャネルに隣接して形成し、ソースから流れる正孔
による電流のドレイン以外への漏れ電流を抑えることが
可能であることを意味する。即ち、本発明により、従来
の電界効果トランジスタよりも絶縁効果の高い電界効果
トランジスタが作製可能となる。
上記のような正孔を反射する量子波干渉層をｐ形に反転
したチャネルに隣接して形成し、ソースから流れる正孔
による電流のドレイン以外への漏れ電流を抑えることが
可能であることを意味する。即ち、本発明により、従来
の電界効果トランジスタよりも絶縁効果の高い電界効果
トランジスタが作製可能となる。
【００３５】図１１に、本発明にかかるＭＯＳＦＥＴの
具体的な一実施例を示す。このＭＯＳＦＥＴは、ｐ形シ
リコン基板に、ｎ形にドープしたソース領域、ドレイン
領域を設け、その間をチャネル領域としたものである。
具体的な一実施例を示す。このＭＯＳＦＥＴは、ｐ形シ
リコン基板に、ｎ形にドープしたソース領域、ドレイン
領域を設け、その間をチャネル領域としたものである。
【００３６】図１１のＭＯＳＦＥＴは次のように製造さ
れた。ｐ形シリコン基板３２上に、電子反射層３４、ｐ
形シリコン層３６がガスソースＭＢＥにより順次形成さ
れた。次に、ソース領域、ドレイン領域を形成するた
め、ｐ形シリコン層３６表面よりドナーをドープした。
これにより、ｎ形にドープされた、ソース領域３８Ｓと
ドレイン領域３８Ｄが形成された。ソース領域３８Ｓ及
びドレイン領域３８Ｄは、一部電子反射層３４の領域ま
で及んだ。次に、ソース領域３８Ｓ及びドレイン領域３
８Ｄに電極を形成する部分を残し、ｐ形シリコン層３６
表面上に絶縁層（SiO2層）４０が形成された。このう
ち、チャネル領域３６Ｃ上部に形成されたゲート絶縁層
４０Ｇ上に、金属層４２Ｇが形成された。また、ソース
領域３８Ｓ、ドレイン領域３８Ｄ、及びｐ形シリコン基
板３２上の裏面にはそれぞれ電極４６Ｓ、４８Ｄ、５０
が形成された。電極４６Ｓ、５０は接地され、金属層４
２Ｇには電位差VGが、電極５０には電位差VDが印加され
た。
れた。ｐ形シリコン基板３２上に、電子反射層３４、ｐ
形シリコン層３６がガスソースＭＢＥにより順次形成さ
れた。次に、ソース領域、ドレイン領域を形成するた
め、ｐ形シリコン層３６表面よりドナーをドープした。
これにより、ｎ形にドープされた、ソース領域３８Ｓと
ドレイン領域３８Ｄが形成された。ソース領域３８Ｓ及
びドレイン領域３８Ｄは、一部電子反射層３４の領域ま
で及んだ。次に、ソース領域３８Ｓ及びドレイン領域３
８Ｄに電極を形成する部分を残し、ｐ形シリコン層３６
表面上に絶縁層（SiO2層）４０が形成された。このう
ち、チャネル領域３６Ｃ上部に形成されたゲート絶縁層
４０Ｇ上に、金属層４２Ｇが形成された。また、ソース
領域３８Ｓ、ドレイン領域３８Ｄ、及びｐ形シリコン基
板３２上の裏面にはそれぞれ電極４６Ｓ、４８Ｄ、５０
が形成された。電極４６Ｓ、５０は接地され、金属層４
２Ｇには電位差VGが、電極５０には電位差VDが印加され
た。
【００３７】電子反射層３４は次のように形成された。
第１層Ｗとして厚さ2.0nmシリコンゲルマニウム炭素(Si
Ge0.3Cx)、第２層Ｂとして6.8nmのシリコンゲルマニウ
ム炭素(SiGe0.1Cx)が形成された。尚、炭素の組成比x
は、0.01≦x≦0.03である。第１層Ｗと第２層Ｂの間に
はδ層が形成された。なお、第１層Ｗと第２層Ｂの厚さ
は、キャリアを電子として本発明の論理により算出され
たものである。
第１層Ｗとして厚さ2.0nmシリコンゲルマニウム炭素(Si
Ge0.3Cx)、第２層Ｂとして6.8nmのシリコンゲルマニウ
ム炭素(SiGe0.1Cx)が形成された。尚、炭素の組成比x
は、0.01≦x≦0.03である。第１層Ｗと第２層Ｂの間に
はδ層が形成された。なお、第１層Ｗと第２層Ｂの厚さ
は、キャリアを電子として本発明の論理により算出され
たものである。
【００３８】図１１のＭＯＳＦＥＴは絶縁層４０Ｇ直下
のチャネル領域３６Ｃに、反転層のチャネルを形成して
少数キャリア（電子）を伝導させる素子である。ゲート
電圧VGが大きくなるとこの反転層におけるキャリア（電
子）がオーバフローしＳ／Ｎ比が低下する。そこで、図
１１に示すように、チャネルの下側にSiGe0.1Cxの第２
層ＢとSiGe0.3Cxの第１層Ｗの多重周期から成る上記構
造の電子反射層（量子波干渉層）３４を設けることで、
キャリアを狭いチャネルに閉じ込めることができる。δ
層として、図の５（ｃ）のようなバンドギャップを形成
するよう、SiGe 0.3Cxの第１層ＷとSiGe0.1Cxの第２層Ｂ
の境界に、SiGe0.1Cxの第２層Ｂよりも高いエネルギレ
ベルを有するSi層と、SiGe0.3Cxの第１層Ｗよりも低い
エネルギレベルを有するGe層の２つのδ層を形成した。
図１１では合わせて単にδ層とした。このＭＯＳＦＥＴ
のエネルギダイヤグラムを図１２に示す。この結果、チ
ャネルにおけるキャリアのオーバフローを防止すること
ができ、Ｓ／Ｎ比の向上、応答速度の向上、駆動電力の
低下を実現することができる。
のチャネル領域３６Ｃに、反転層のチャネルを形成して
少数キャリア（電子）を伝導させる素子である。ゲート
電圧VGが大きくなるとこの反転層におけるキャリア（電
子）がオーバフローしＳ／Ｎ比が低下する。そこで、図
１１に示すように、チャネルの下側にSiGe0.1Cxの第２
層ＢとSiGe0.3Cxの第１層Ｗの多重周期から成る上記構
造の電子反射層（量子波干渉層）３４を設けることで、
キャリアを狭いチャネルに閉じ込めることができる。δ
層として、図の５（ｃ）のようなバンドギャップを形成
するよう、SiGe 0.3Cxの第１層ＷとSiGe0.1Cxの第２層Ｂ
の境界に、SiGe0.1Cxの第２層Ｂよりも高いエネルギレ
ベルを有するSi層と、SiGe0.3Cxの第１層Ｗよりも低い
エネルギレベルを有するGe層の２つのδ層を形成した。
図１１では合わせて単にδ層とした。このＭＯＳＦＥＴ
のエネルギダイヤグラムを図１２に示す。この結果、チ
ャネルにおけるキャリアのオーバフローを防止すること
ができ、Ｓ／Ｎ比の向上、応答速度の向上、駆動電力の
低下を実現することができる。
【００３９】なお、δ層は、図５（ａ）に示すように、
境界に第２層Ｂのバンドの底の電位よりもさらに高いバ
ンド電位が形成されるようにのみ設けても、図５（ｂ）
に示すように、境界に第１層Ｗの底よりもさらに低い底
を有するバンドをのみ有するように形成しても良い。ま
た、図５では両側の境界に設けられているものを示した
が、片側の境界だけに設けても良く、また、第２層Ｂの
バンドの底の電位よりもさらに高いバンド電位と第１層
Ｗの底よりもさらに低い底を有するバンドをを交互に設
けてもよい。
境界に第２層Ｂのバンドの底の電位よりもさらに高いバ
ンド電位が形成されるようにのみ設けても、図５（ｂ）
に示すように、境界に第１層Ｗの底よりもさらに低い底
を有するバンドをのみ有するように形成しても良い。ま
た、図５では両側の境界に設けられているものを示した
が、片側の境界だけに設けても良く、また、第２層Ｂの
バンドの底の電位よりもさらに高いバンド電位と第１層
Ｗの底よりもさらに低い底を有するバンドをを交互に設
けてもよい。
【００４０】上記実施例では金属／酸化物／半導体電界
効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に量子波干渉層を形
成した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されな
い。本発明は金属／半導体ショットキー接合電界効果ト
ランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジス
タ（ＨＥＭＴ）等、他の電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）に関しても、絶縁効果を有する。
効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に量子波干渉層を形
成した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されな
い。本発明は金属／半導体ショットキー接合電界効果ト
ランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジス
タ（ＨＥＭＴ）等、他の電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）に関しても、絶縁効果を有する。
【００４１】本発明は、高いしきい値電圧を持つ量子波
干渉層を半導体素子構造に設けることで漏れ電流を防ぐ
ものであり、電界効果トランジスタ以外の半導体素子に
おいても適用できる。特に大規模集積回路（ＬＳＩ）及
び類似構造の様々な装置において、単位素子間の絶縁を
良好とすることができる。
干渉層を半導体素子構造に設けることで漏れ電流を防ぐ
ものであり、電界効果トランジスタ以外の半導体素子に
おいても適用できる。特に大規模集積回路（ＬＳＩ）及
び類似構造の様々な装置において、単位素子間の絶縁を
良好とすることができる。
【００４２】又、上記実施例では、Si/Geの他、量子波
干渉層をGa0.51In0.49PとAl0.51In0. 49Pとで構成し、δ
層をAl0.33Ga0.33In0.33Pで構成したが、４元系のAlxGa
yIn1- x-yP或いはAlxGayIn1-x-yAs(0≦x,y,x+y≦1の任意
の値)で組成比を異にして形成しても良い。さらに、量
子波干渉層は、他のIII族-V族化合物半導体、II族-VI族
化合物半導体、Si/Ge、その他の異種半導体の多重接合
で構成することが可能である。具体的には下記のような
組み合わせが望ましい。尚、バンド幅の広い層／バンド
幅の狭い層／／基板を意味し、x、yは明記していない場
合は、それぞれ0＜x,y＜1の任意の値である。 ＜1＞ AlxIn1-xP／GayIn1-yP／／GaAs ＜2＞ AlxGa1-xAs／GaAs／／GaAs ＜3＞ GaxIn1-xP／InP／／InP ＜4＞ GaxIn1-xP／GayIn1-yAs／／GaAs ＜5＞ AlAs／AlxGa1-xAs／／GaAs 0.8≦x≦0.9 ＜6＞ InP／GaxIn1-xAsyP1-y／／GaAs ＜7＞ Si／SiGex／／任意 0.1≦x≦0.3 ＜8＞ Si／SiGexCy／／任意 0.1≦x≦0.3, 0＜y≦0.1 ＜9＞ Alx1Gay1In1-x1-y1N／Alx2Gay2In1-x2-y2N／／Si,SiC,GaN,サファイア 0≦x1,x2,y1,y2,x1+y1,x2+y2≦1
干渉層をGa0.51In0.49PとAl0.51In0. 49Pとで構成し、δ
層をAl0.33Ga0.33In0.33Pで構成したが、４元系のAlxGa
yIn1- x-yP或いはAlxGayIn1-x-yAs(0≦x,y,x+y≦1の任意
の値)で組成比を異にして形成しても良い。さらに、量
子波干渉層は、他のIII族-V族化合物半導体、II族-VI族
化合物半導体、Si/Ge、その他の異種半導体の多重接合
で構成することが可能である。具体的には下記のような
組み合わせが望ましい。尚、バンド幅の広い層／バンド
幅の狭い層／／基板を意味し、x、yは明記していない場
合は、それぞれ0＜x,y＜1の任意の値である。 ＜1＞ AlxIn1-xP／GayIn1-yP／／GaAs ＜2＞ AlxGa1-xAs／GaAs／／GaAs ＜3＞ GaxIn1-xP／InP／／InP ＜4＞ GaxIn1-xP／GayIn1-yAs／／GaAs ＜5＞ AlAs／AlxGa1-xAs／／GaAs 0.8≦x≦0.9 ＜6＞ InP／GaxIn1-xAsyP1-y／／GaAs ＜7＞ Si／SiGex／／任意 0.1≦x≦0.3 ＜8＞ Si／SiGexCy／／任意 0.1≦x≦0.3, 0＜y≦0.1 ＜9＞ Alx1Gay1In1-x1-y1N／Alx2Gay2In1-x2-y2N／／Si,SiC,GaN,サファイア 0≦x1,x2,y1,y2,x1+y1,x2+y2≦1
【図１】本発明の概念を説明するための説明図。
【図２】第２層におけるキャリアの運動エネルギの第１
層における運動エネルギに対する比ｘに対する反射率Ｒ
の関係を示した特性図。
層における運動エネルギに対する比ｘに対する反射率Ｒ
の関係を示した特性図。
【図３】本発明の概念を説明するための説明図。
【図４】本発明の概念を説明するための説明図。
【図５】本発明の概念を説明するための説明図。
【図６】本発明の具体的な一実施例に係るｐｎ接合素子
の構造を示した断面図。
の構造を示した断面図。
【図７】その実施例に係るｐｎ接合素子のエネルギダイ
ヤグラム。
ヤグラム。
【図８】その実施例に係るｐｎ接合素子のＶ−Ｉ特性の
測定図。
測定図。
【図９】その実施例に係るｐｎ接合素子のＶ−Ｉ特性の
測定図。
測定図。
【図１０】他の実施例に係るｐｎ接合素子の構造を示し
た断面図。
た断面図。
【図１１】本発明の具体的な一実施例に係る、ソース領
域、ドレイン領域がｎ層であるＭＯＳＦＥＴの構造を示
した断面図。
域、ドレイン領域がｎ層であるＭＯＳＦＥＴの構造を示
した断面図。
【図１２】そのＭＯＳＦＥＴのエネルギダイヤグラム。
１０…基板 １２…バッファ層 １４…ｎ形コンタクト層 １６…ｎ層 １８…ｐ層 ２０、３４…電子反射層 ２２…第２ｐ形コンタクト層 ２４…第１ｐ形コンタクト層 ２６、２８…電極 ３０…正孔反射層 ３２…ｐ形シリコン基板 ３６…ｐ形シリコン層 ３６Ｃ…チャネル領域 ３８Ｓ、３８Ｄ…ｎ形にドープされた、ソース領域とド
レイン領域 ４０、４０Ｇ…酸化珪素層（絶縁層） ４２Ｇ…金属層 ４６Ｓ、４８Ｄ、５０…電極
レイン領域 ４０、４０Ｇ…酸化珪素層（絶縁層） ４２Ｇ…金属層 ４６Ｓ、４８Ｄ、５０…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/80 Ａ
Claims (8)
- 【請求項１】 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第
２層とを多重周期で積層した量子波干渉層を、チャネル
に隣接した領域に有する電界効果トランジスタにおい
て、 前記第１層と前記第２層の厚さを第２層の最低エネルギ
レベル付近にあるキャリアの各層における量子波の波長
の４分の１の奇数倍に設定したことを特徴とする量子波
干渉層を有した電界効果トランジスタ。 - 【請求項２】 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第
２層とを多重周期で積層した量子波干渉層を、チャネル
に隣接した領域に有する電界効果トランジスタにおい
て、 前記第１層と前記第２層の厚さをキャリアの各層におけ
る量子波の波長の４分の１の奇数倍に設定し、 前記第１層と前記第２層との境界には、前記第１層と前
記第２層の厚さに比べて充分に薄く、エネルギバンドを
急変させるδ層が設けられていることを特徴とする電界
効果トランジスタ。 - 【請求項３】 前記第１層における前記量子波の波長λ
WはλW＝ｈ／[２ｍW(Ｅ＋Ｖ)]1/2で決定され、前記第２
層における前記量子波の波長λBはλB＝ｈ／(２ｍBＥ)
1/2で決定され、前記第１層の厚さＤWはＤW＝ｎWλW／
４、前記第２層の厚さＤBはＤB＝ｎBλB／４で決定され
る、但し、ｈはプランク定数、ｍWは第１層におけるキ
ャリアの有効質量、ｍBは第２層におけるキャリアの有
効質量、Ｅは第２層に流入された、第２層の最低エネル
ギレベル付近におけるキャリアの運動エネルギ、Ｖは第
１層に対する第２層のバンド電位差、ｎW、ｎBは奇数で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の量子波干
渉層を有した電界効果トランジスタ。 - 【請求項４】 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第
２層とを多重周期で積層した量子波干渉層を、チャネル
に隣接した領域に有する電界効果トランジスタにおい
て、 前記第２層に流入されるキャリアの運動エネルギを複数
の異なる値Ｅk、前記第１層におけるその各運動エネル
ギをＥk＋Ｖとし、第２層、第１層の各エネルギに対応
した各量子波長をλBk，λWkとする時、第２層、第１層
をｎBkλBk／４、ｎWkλWk／４の厚さで、Ｔk周期繰り
返された部分量子波干渉層Ｉkが前記値Ｅ kの数だけ繰り
返し形成された、但し、ｎWk、ｎBkは奇数、量子波干渉
層を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 【請求項５】 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第
２層とを多重周期で積層した量子波干渉層を、チャネル
に隣接した領域に有する電界効果トランジスタにおい
て、 前記第２層に流入されるキャリアの運動エネルギを複数
の異なる値Ｅk、前記第１層におけるその各運動エネル
ギをＥk＋Ｖとし、第２層、第１層の各エネルギに対応
した各量子波長をλBk，λWkとする時、第２層、第１層
を厚さ(ｎB1λB 1／４，ｎW1λW1／４)，…，(ｎBkλBk
／４，ｎWkλWk／４)，…，(ｎBjλBj／４，ｎWjλWj／
４)で形成した部分量子波干渉層を任意周期繰り返して
形成された、但し、ｎWk、ｎBkは奇数、量子波干渉層を
有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 【請求項６】 前記第１層と前記第２層との境界には、
前記第１層と前記第２層の厚さに比べて充分に薄く、エ
ネルギバンドを急変させるδ層が設けられていることを
特徴とする請求項１又は請求項３乃至請求項５のいずれ
か１項に記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項７】 前記量子波干渉層は前記キャリアを反射
させる反射層として作用することを特徴とする請求項１
乃至請求項６のいずれか１項に記載の量子波干渉層を有
した電界効果トランジスタ。 - 【請求項８】 前記量子波干渉層の量子波の入射端はキ
ャリアのトンネル伝導を禁止するに十分な厚さの第２層
が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項
７のいずれか１項に記載の電界効果トランジスタ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30278998A JP3442668B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 量子波干渉層を有した電界効果トランジスタ |
| EP99121148A EP0996168A3 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Field-effect transistor having a multiple quantum barrier structure |
| US09/425,735 US6479842B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Field effect transistor with a quantum-wave interference layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30278998A JP3442668B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 量子波干渉層を有した電界効果トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3442668B2 JP3442668B2 (ja) | 2003-09-02 |
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ID=17913151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30278998A Expired - Fee Related JP3442668B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 量子波干渉層を有した電界効果トランジスタ |
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|---|---|
| US (1) | US6479842B1 (ja) |
| EP (1) | EP0996168A3 (ja) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008535265A (ja) * | 2005-04-01 | 2008-08-28 | メアーズ テクノロジーズ， インコーポレイテッド | 半導体接合を画定する領域を有する超格子を有する半導体素子 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690035B1 (en) * | 2000-03-03 | 2004-02-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having an active region of alternating layers |
| US7045377B2 (en) * | 2003-06-26 | 2006-05-16 | Rj Mears, Llc | Method for making a semiconductor device including a superlattice and adjacent semiconductor layer with doped regions defining a semiconductor junction |
| EP2978013A4 (en) * | 2013-03-18 | 2016-11-09 | Fujitsu Ltd | SEMICONDUCTOR COMPONENT |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0666519B2 (ja) * | 1986-08-14 | 1994-08-24 | 東京工業大学長 | 超格子構造体 |
| US4914488A (en) * | 1987-06-11 | 1990-04-03 | Hitachi, Ltd. | Compound semiconductor structure and process for making same |
| CA2003134C (en) * | 1988-11-16 | 1995-02-07 | Thomas K. Gaylord | Solid state, quantum mechanical, electron and hole wave devices |
| US5789760A (en) * | 1992-05-08 | 1998-08-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Multiquantum barrier Schottky junction device |
| EP0569259A3 (en) * | 1992-05-08 | 1995-03-01 | Furukawa Electric Co Ltd | Multiple quantum barrier field effect transistor. |
| US5932890A (en) * | 1992-05-08 | 1999-08-03 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Field effect transistor loaded with multiquantum barrier |
| JPH0888434A (ja) * | 1994-09-19 | 1996-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ，及びその製造方法 |
| JP3014339B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2000-02-28 | カナレ電気株式会社 | 量子波干渉層を有した半導体素子 |
| JP2000124443A (ja) * | 1998-10-21 | 2000-04-28 | Canare Electric Co Ltd | エネルギバンド急変層を有した半導体素子 |
-
1998
- 1998-10-23 JP JP30278998A patent/JP3442668B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-10-22 US US09/425,735 patent/US6479842B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-10-22 EP EP99121148A patent/EP0996168A3/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008535265A (ja) * | 2005-04-01 | 2008-08-28 | メアーズ テクノロジーズ， インコーポレイテッド | 半導体接合を画定する領域を有する超格子を有する半導体素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0996168A2 (en) | 2000-04-26 |
| EP0996168A3 (en) | 2004-01-14 |
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| JP3442668B2 (ja) | 2003-09-02 |
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