JP3014361B2 - 量子波干渉層を有した可変容量素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規構造のｎｎ
^- ｐ、ｎｐ^- ｐ、又は、ｎｉｐ接合構造の可変容量素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ｐｎ接合を利用した電圧可変容量
素子が知られている。この容量素子は、高不純物濃度の
ｐ層と低不純物濃度のｎ層とを接合させ、ｎ層のｐ層に
対する境界領域に空乏層を形成して容量素子とするもの
である。この容量素子では、ｐｎ接合に逆バイアス電圧
が印加されると、空乏層幅が拡大され、容量が小さくな
る。このように、逆バイアス電圧の大きさにより容量値
を可変させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電圧可変容
量素子においては、印加電圧に対する容量値の変化率を
大きくすることが要請されている。このことを実現する
ために、上記のｐｎ接合構造を有した可変容量素子にお
いて、低不純物濃度のｎ層において、ｐ層との境界から
の不純物濃度に空間分布を設けることが考慮されてい
る。そして、容量の電圧変化率を大きくするには、この
不純物濃度の分布を非線型に変化させる必要がある。

【０００４】しかし、この非線型な不純物分布を得るた
めには、加速度電圧を変化させたイオン注入、結晶成長
過程における変調ドーピング等の手法が用いられるが、
不純物の熱拡散があり、正確に設計した通りの非線形分
布を得ることは困難である。よって、容量の電圧変化率
を向上にも限界がある。

【０００５】本発明は、この空乏層の電圧による変化を
不純物分布で実現するのではなく、全く新規な構造によ
り実現するものである。本発明の目的は、容量の電圧可
変範囲の広い電圧可変容量素子を実現することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ｎｎ
^- ｐ、ｎｐ^- ｐ、又は、ｎｉｐ接合を有した量子波干渉
層を有した可変容量素子において、ｎ^- 層、ｐ^- 層、又
は、ｉ層において、第１層と第１層よりもバンド幅の広
い第２層の厚さを、ｎ ^- 層、ｐ ^- 層、又は、ｉ層を伝導
するキャリアの、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量子波干渉層を設けたことを特徴と
する。

【０００７】請求項２の発明は、量子波の波長を決定す
るためのキャリアの運動エネルギをキャリアが電子であ
る場合には第２層の伝導帯の底付近、キャリアが正孔で
ある場合には価電子帯の底付近に設定したことを特徴と
する。

【０００８】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Ｄ_B を次のように設定したことを特徴
とする。

【数１】 Ｄ_W ＝ｎ_W λ_W ／４＝ｎ_W ｈ/ ４ [２ｍ_w （Ｅ＋Ｖ) ]^1/2 …（１）

【数２】 Ｄ_B ＝ｎ_B λ_B ／４＝ｎ_B ｈ/ ４ (２ｍ_B Ｅ)^1/2 …（２） 但し、ｈはプランク定数、ｍ_w は第１層における注入さ
れる少数キャリアの有効質量、ｍ_B は第２層における少
数キャリアの有効質量、Ｅは第２層に注入された、第２
層の最低エネルギレベル付近における少数キャリアの運
動エネルギ、Ｖは第１層に対する第２層のバンド電位
差、ｎ_W 、ｎ_B は奇数である。

【０００９】請求項４に記載の発明は、ｎｎ^- ｐ、ｎｐ
^- ｐ、又は、ｎｉｐ接合を有した量子波干渉層を有した
可変容量素子において、第１層と第１層よりもバンド幅
の広い第２層とから成る多重周期層であって、第２層を
伝導するキャリアの運動エネルギを複数の異なる値
Ｅ_k 、第１層におけるその各運動エネルギをＥ_k ＋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λ_Bk，λ_Wkとする時、第２層、第１層をｎ_Bkλ_Bk／
４、ｎ_Wkλ_Wk／４の厚さで、Ｔ_k 周期繰り返された部分
量子波干渉層Ｉ_k が値Ｅ_k の数だけ繰り返し形成され
た、但し、ｎ_Wk、ｎ_Bkは奇数、量子波干渉層をｎ^- 層、
ｐ^- 層、又は、ｉ層に設けたことを特徴とする。

【００１０】請求項５の発明は、ｎ^- 層、ｐ^- 層、又
は、ｉ層において、量子波干渉層が、所定間隔隔てて、
複数従続に配設されていることを特徴とする。請求項６
の発明は、各量子波干渉層の間にはキャリアを閉じ込め
るキャリア閉込層が形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、キャリア閉込層のバンド幅は第２層
のバンド幅に等しいことを特徴とする。請求項８の発明
は、ｎ^- 層、ｐ^- 層、又は、ｉ層に印加される電界が所
定値の時に伝導するキャリアの量子波の波長に対して量
子波干渉層の各層の厚さが決定されていることを特徴と
する。請求項９の発明は、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。

【００１１】

【発明の作用及び効果】〔請求項１、２、３の発明〕本
発明にかかる量子波干渉層の原理を図３に示すｎｎ^- ｐ
構造を例として次に説明する。図１（ａ）は、ｎ^- 層に
形成された量子波干渉層の伝導帯を示している。電子が
外部電界により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層から第１層へのバンド電位差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層から第２層
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。

【００１２】一方、第１層と第２層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
子の量子波の波長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Ｋ_B ，Ｋ_W とする時、次式で求められる。

【数３】 Ｒ＝（｜Ｋ_W ｜−｜Ｋ_B ｜）／（｜Ｋ_W ｜＋｜Ｋ_B ｜） ＝([ｍ_w ( Ｅ＋Ｖ)]^1/2-[ ｍ_B Ｅ]^1/2)/([ｍ_w ( Ｅ＋Ｖ)]^1/2+[ ｍ_B Ｅ]^1/2) ＝[1- ( ｍ_B Ｅ/ ｍ_w ( Ｅ＋Ｖ))^1/2]/[1+ (ｍ_B Ｅ/ ｍ_w ( Ｅ＋Ｖ))^1/2] …（３） 又、ｍ_B ＝ｍ_w と仮定すれば、反射率は次式で表され
る。

【数４】 Ｒ＝[1- ( Ｅ/ ( Ｅ＋Ｖ))^1/2]/[1+ (Ｅ/ ( Ｅ＋Ｖ))^1/2] …（４） Ｅ/ ( Ｅ＋Ｖ) ＝ｘとおけば、（４）式は次式のように
変形できる。

【数５】 Ｒ＝（１−ｘ^1/2 ）／（１＋ｘ^1/2 ） …（５） この反射率Ｒのｘに対する特性は図２のようになる。

【００１３】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Ｒ_S は次
式で与えられる。

【数６】 Ｒ_S ＝〔（１−ｘ^S ）／（１＋ｘ^S ）]² …（６） ｘ≦１／１０の時Ｒ≧０．５２となり、そのためのＥ，
Ｖの関係は

【数７】 Ｅ≦Ｖ／９ …（７） 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、（７）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。このようなバンド幅の異なる層で形成さ
れた多重層構造により、ｎ^- 層を伝導する電子の量子波
を効率良く反射させることができる。

【００１４】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Ｄ_B ／Ｄ_W は次式で求められる。

【数８】 Ｄ_B ／Ｄ_W ＝〔ｍ_w ／（ｍ_B ｘ）〕^1/2 …（８）

【００１５】ｎ^- 層に印加する電圧を徐々に大きくして
行くとき、量子波干渉の反射効果が機能しｎ^- 層に存在
するキャリアが流れない間は、ｎ^- 層に存在する電子に
よりｎ^- 層の実効的な厚さ、即ち、空乏層の厚さが薄く
なり、容量は大きい。印加電圧を大きくして行くと、量
子波干渉層のバンドのエネルギレベルは外部電圧により
図１（ｂ）、図３（ｂ）のように傾斜する。このように
バンドが傾斜すると、第１層Ｗ、第２層Ｂにおける電子
の運動エネルギＥ＋Ｖ，Ｅは、量子波が進行するにつれ
て増加し、次第に第１層Ｗと第２層Ｂの厚さは、反射率
が大きくなる最適条件を満たさなくなる。この結果、印
加電圧の大きさが、電子の運動エネルギを上記の量子波
干渉層の厚さの設計に用いられた運動エネルギを越えさ
せない範囲では、電子の反射が起こり電子による電流は
流れない。しかし、印加電圧の大きさが、ｎ^- 層の電子
の運動エネルギを設定された運動エネルギを越えさせる
程度に増加すると、ｎ^- 層中に存在していた電子が、ｎ
^- 層の電界で加速されて移動するようになる。この結
果、ｎ^- 層の電子密度が低下し、ｎ^- 層の実効的な厚
さ、即ち、空乏層の厚さが厚くなり、容量が小さくな
る。

【００１６】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
ド電位差と異なり、さらに、第１層、第２層における正
孔の有効質量が電子の有効質量と異なるため、電子に対
して反射率を高くするように設定された第１層と第２層
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。よって、正孔は、印加電圧の小さい値におい
て、ｎ^- 層には存在せず、ｎ^- 層は完全に空乏層化して
いる。上記では、ｎｎ^- ｐ構造についてのみ説明した
が、ｎｐ^- ｐ、又は、ｎｉｐ構造についても同様に作用
し、同様な効果を奏する。

【００１７】〔請求項４の発明〕 請求項４の発明は、図４に示すように、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ｎ^-
層、ｐ^- 層、又は、ｉ層に形成された量子波干渉層を次
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Ｄ _Wk ，Ｄ _Bk で任意周期Ｔ_k だけ繰り
返して部分量子波干渉層Ｉ_k とする。但し、

【数９】 Ｄ_Wk＝ｎ_Wkλ_Wk／４＝ｎ_Wkｈ/ ４ [２ｍ_wk（Ｅ_k ＋Ｖ) ]^1/2 …（９）

【数１０】 Ｄ_Bk＝ｎ_Bkλ_Bk／４＝ｎ_Bkｈ/ ４ (２ｍ_BkＥ_k )^1/2 …（１０） ここで、Ｅ_k は第２層に注入される少数キャリアの運動
エネルギの複数の異なる値、ｍ_wkは第１層における運動
エネルギＥ _k ＋Ｖを有する少数キャリアの有効質量、ｍ
_Bkは第２層における運動エネルギＥ _k を有する少数キャ
リアの有効質量、ｎ_Wk、ｎ_Bkは任意の奇数である。この
ように形成された部分量子波干渉層Ｉ_k をＩ_1,…_, Ｉ_j
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。

【００１８】〔請求項５、６、７〕ｎ^- 層、ｐ^- 層、又
は、ｉ層において、多重層構造の量子波干渉層を所定間
隔にて複数従続に配設することで、又、各量子波干渉層
の間にキャリアを閉じ込めるキャリア閉込層を形成する
ことで、容量の増大を効果的に実現することができる。
又、請求項７は、キャリア閉込層のバンド幅を第２層の
バンド幅に等しくしている。この構成が図６、図１１に
示されている。各量子波干渉層Ａ₁ 〜Ａ₄ が所定の間隔
を隔てて設けられており、その各量子波干渉層Ａ₁ 〜Ａ
₄ 間の領域がキャリア閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₃ である。ｎ
^- 層、ｐ^- 層、又は、ｉ層に存在する電子がこのキャリ
ア閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₃ で効果的に閉じ込められ、容量を増
加させることができる。印加電圧を増加させると、各量
子波干渉層Ａ₁ 〜Ａ₄ における電子の量子波長が反射条
件を満たされなくなり、ｎ^- 層、ｐ^- 層、又は、ｉ層の
電界で加速されて流れる。これにより、各キャリア閉込
層Ｃ₁ 〜Ｃ₃ での電子濃度が低下する結果、容量が小さ
くなる。このように、外部電圧により容量を制御するこ
とが可能となる。

【００１９】〔請求項８〕請求項８は、ｎ^- 層、ｐ
^- 層、又は、ｉ層に印加される電界が所定値の時に伝導
するキャリアの量子波の波長に対して量子波干渉層の各
層の厚さが決定されていることを特徴とする。例えば、
図６、図１１は、印加電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ 、Ｖ₃ の順番で大
きくなる場合を示している。ある印加電圧Ｖの場合に、
各量子波干渉層Ａ₁ 〜Ａ₄ の反射率が最も大きくなるよ
うに設計しても良い。この場合には、その印加電圧Ｖの
近傍で容量は最大値を示すことになる。

【００２０】〔請求項９〕 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（５）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。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８（ａ）に示すように、境
界に第２層Ｂのバンドの底よりもさらに高い底のバンド
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層のバンドの底よりもさらに低い底を
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のバンドの底よりも高い底を
有し、第１層Ｗのバンドの底よりも低い底を有するバン
ドを形成するように、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。

【００２１】尚、上記の説明は、ｎｎ^- ｐ、ｎｐ^- ｐ、
又は、ｎｉｐの接合構造について言えることである。

【００２２】

【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。 〔第１実施例〕図７は量子波干渉層をｎ^- 層に形成した
可変容量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0.3 μm 、電子濃度 2×10¹⁸
/cm³のバッファ層１２が形成され、その上にn-Ga_0.51In
_0.49P から成る厚さ0.13μm 、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-Al_0.51In_0.49P から成る厚さ0.2
μm 、電子濃度 1×10¹⁸/cm³のｎ層１６が形成されてい
る。そのｎ層１６の上には、ｐ層に近づくに連れて電子
濃度が漸減するｎ^- 層１８を形成した。そのｎ^- 層１８
の上にはAl_0.51In_0.49P から成る厚さ0.2 μm 、正孔濃
度1 ×10¹⁸/cm³のｐ層２０が形成されている。さらに、
そのｐ層２０の上にp-Ga_0.51In_0.49P から成る厚さ0.13
μm 、正孔濃度 2×10¹⁸/cm³の第２ｐ形コンタクト層２
２とp-GaAsから成る厚さ0.06μm 、正孔濃度 2×10¹⁸/c
m³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0.2 μm 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0.2 μm のAu/Zn から成る電極２８が形成されて
いる。

【００２３】上記のｎ^- 層１８の電子濃度は３×１０¹⁶
／cm³ である。ｎ^- 層１８は、Ga_0.51In_0.49P から成る
第１層ＷとAl_0.51In_0.49P から成る第２層Ｂを１２周期
多重化した量子波干渉層Ａ₁ 、これと同様な構成の量子
波干渉層Ａ_2,…_, Ａ₅ が全体で５組設けられている。１
つの量子波干渉層Ａ₁ の詳細なバンド構造が図８に示さ
れている。第１層Ｗの厚さは5nm 、第２層Ｂの厚さは7n
m であり、第２層Ｂと第１層Ｗとの間には厚さ1.3nm の
不純物無添加のAl_0.33Ga_0.33In_0.33P から成るδ層が形
成されている。又、各量子波干渉層Ａ_i,Ａ_i+1 間には厚
さ14nm、不純物無添加のAl_0.51In_0.49P から成るキャリ
ア閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₄ が形成されている。第２層Ｂと第１
層Ｗの厚さの条件は、外部電圧が印加されていない状態
で、上記した（１）、（２）式で決定されている。

【００２４】尚、ｎ層２０又はｎ層１６に接合する第２
層Ｂは0.05μm である。又、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。

【００２５】この可変容量素子は、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。

【００２６】上記の構成の可変容量素子において、ｎ層
２０とｎ層１６との間に電圧Ｖを印加すると、ｎ^- 層１
８が絶縁性であるので、図６（ａ）に示すように、ｎ^-
層１８に電位傾斜を生じる。尚、図６においてはδ層は
明示されていないが、実際には、図８（ａ）に示すよう
に、δ層が存在する。又、キャリア閉込層Ｃ₁ ，Ｃ₂の
２つしか示されていないが、実際には上述したように４
つ設けられている。又、各量子波干渉層の周期数も５周
期しか表示されていないが、実際には１２周期設けられ
ている。外部電圧が０Ｖから図６（ａ）に示すＶ₁ まで
は、各量子波干渉層Ａ₁ 〜Ａ₅ は電子を反射するため
に、ｎ^- 層１８に存在する電子はｎ^- 層を伝導しない。
即ち、電子は各キャリア閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₄ に閉じ込めら
れる。この結果、実効的な空乏層の幅が短くなり、電極
２６、２８間の静電容量は大きい。

【００２７】電極２６、２８間の印加電圧Ｖが次第に大
きくなると、電子の運動エネルギーが大きくなり、量子
波長は短くなる。この結果、各量子波干渉層Ａ₁ 〜Ａ ₅
の反射条件が満たされなくなり、電子が伝導し、各キャ
リア閉込層Ｃ1 〜Ｃ4 の電子濃度が減少する。この結
果、各キャリア閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₄ が空乏層化するため、
等価的にｎ^- 層の空乏層の幅が大きくなったことにな
り、容量が低下する。このように、印加電圧Ｖを増大さ
せるに従って、容量を小さくすることができる。

【００２８】上記の可変容量素子において、電圧Ｖをバ
イアス電圧として与えた時の交流の容量値を、電圧Ｖを
変化させて測定した。測定結果を図９に示す。交流信号
は１００ｋＨｚと１ＭＨｚである。特性Ｘが１ＭＨｚの
時の特性であり、特性Ｙは１００ｋＨｚの時の特性であ
り、特性Ｚが従来の可変容量素子の特性である。従来素
子では、逆電圧が１Ｖより大きくなると、容量の減少が
飽和する。しかし、本実施例素子では、容量の電圧変化
率は小さくなるが、可変範囲が広いことが理解される。

【００２９】次に、上記実施例素子において、キャリア
閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₄ の厚さを２倍の２８ｎｍとして、他の
構成を同様とした素子を製造した。その特性を図１０に
示す。図９、図１０とを比較すると、容量の変化率はキ
ャリア閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₄ の厚さが厚い程小さくなってく
るのが分かる。しかし、両者共に容量の可変範囲は従来
素子よりも広いことが理解される。

【００３０】上記実施例では、δ層を形成している。δ
層を形成することで、反射率を向上させることができる
が、δ層がなくとも多重反射による反射率の増加の効果
は見られるので、δ層はなくとも良い。又、上記実施例
では、Ａ₁ 〜Ａ₅ の５つの量子波干渉層をキャリア閉込
層Ｃを介在させて直列に接続したが、キャリア閉込層Ｃ
を形成することなくｎ^- 層に１つの量子波干渉層を形成
しても良い。又、量子波干渉層の多重化される層の数は
任意である。又、量子波干渉層をGa_0.51In_0.49P とAl
_0.51In_0.49P との多重層で構成したが、４元系のAlxGay
In_1-x-yP(0≦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。

【００３１】上記の可変容量素子は、ｎｎ^- ｐ接合構造
を１実施例として説明したが、ｎｐ^- ｐ構造におけるｐ
^- 層に正孔に関する量子波干渉層を設けても良い。又、
ｎｉｐ構造におけるｉ層に電子又は正孔に対する上記の
量子波干渉層を設けても、電子に対する量子波干渉層と
正孔に対する量子波干渉層とを設けても良い。ｐｉｎ構
造のｉ層に電子の量子波干渉層を形成した伝導帯の構造
を図１１に示す。逆電圧を大きくするに連れてキャリア
閉込層Ｃ₁ 〜Ｃ₄ のキャリア数が減少し、空乏層が拡大
することで容量が低下するのが分かる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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】本発明の概念及び実施例素子の構造を説明する
ための説明図。

【図７】本発明の具体的な一実施例に係るｐｎ^- ｎ構造
の可変容量素子の構造を示した断面図。

【図８】その実施例に係る可変容量素子における量子波
干渉層の詳細なエネルギダイヤグラム。

【図９】その実施例素子の交流容量の電圧特性を示した
測定図。

【図１０】他の実施例素子の交流容量の電圧特性を示し
た測定図。

【図１１】ｐｉｎ構造の可変容量素子におけるｉ層のエ
ネルギダイヤグラム。

【符号の説明】

１０…基板 １２…バッファ層 １４…ｎ形コンタクト層 １６…ｎ層 １８…ｉ層 ２０…ｎ層 ２２…第２ｎ形コンタクト層 ２４…第１ｎ形コンタクト層 ２６，２８…電極 Ａ₁ 〜Ａ₇ …量子波干渉層 Ｂ…第２層 Ｗ…第１層 Ｃ，Ｃ₁ 〜Ｃ₆ …キャリア閉込層

フロントページの続き (56)参考文献 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．29，Ｎｏ．11，Ｎｏｖｅｍ ｂｅｒ，1990，ｐｐ．Ｌ1977−Ｌ1980 電子情報通信学会技術研究報告，Ｖｏ ｌ．91，Ｎｏ．２（ＯＱＥ91 １− 17），1991，ｐｐ．73−78 電子情報通信学会技術研究報告，Ｖｏ ｌ．91，Ｎｏ．15（ＥＤ91 １−７）, 1991，ｐｐ．15−21 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/861 H01L 29/864 - 29/87 H01L 29/88 - 29/96 H01L 29/06 H01L 29/78 H01L 31/02 H01L 31/04 H01L 33/00 H01S 5/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎｎ^- ｐ、ｎｐ^- ｐ、又は、ｎｉｐ接合
   を有した量子波干渉層を有した可変容量素子において、 ｎ^- 層、ｐ^- 層、又は、ｉ層において、第１層と第１層
   よりもバンド幅の広い第２層の厚さを、前記ｎ^- 層、ｐ
   ^- 層、又は、ｉ層を伝導するキャリアの、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量子波干渉
   層を設けたことを特徴とする量子波干渉層を有した可変
   容量素子。
2. 【請求項２】 前記量子波の波長を決定するための前記
   キャリアの運動エネルギをキャリアが電子である場合に
   は第２層の伝導帯の底付近、キャリアが正孔である場合
   には価電子帯の底付近に設定したことを特徴とする請求
   項１に記載の量子波干渉層を有した可変容量素子。
3. 【請求項３】 前記第１層における前記量子波の波長λ
   _W はλ_W ＝ｈ/[２ｍ_w（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λ_B はλ_B ＝ｈ/(２ｍ
   _B Ｅ)^1/2で決定され、前記第１層の厚さＤ_W はＤ_W ＝ｎ
   _W λ_W ／４、前記第２層の厚さＤ_B はＤ_B ＝ｎ_B λ_B ／
   ４で決定される、但し、ｈはプランク定数、ｍ_w は第１
   層におけるキャリアの有効質量、ｍ_B は第２層における
   キャリアの有効質量、Ｅは第２層に流入されるキャリア
   の運動エネルギー、Ｖは第１層に対する第２層のバンド
   電位差、ｎ_W 、ｎ_B は奇数であることを特徴とする請求
   項１又は請求項２のいずれか１項に記載の量子波干渉層
   を有した可変容量素子。
4. 【請求項４】 ｎｎ^- ｐ、ｎｐ^- ｐ、又は、ｎｉｐ接合
   を有した量子波干渉層を有した可変容量素子において、 第１層と第１層よりもバンド幅の広い第２層とから成る
   多重周期層であって、前記第２層を伝導するキャリアの
   運動エネルギを複数の異なる値Ｅ_k 、前記第１層におけ
   るその各運動エネルギをＥ_k ＋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λ_Bk，λ_Wkとする
   時、第２層、第１層をｎ_Bkλ_Bk／４、ｎ_Wkλ_Wk／４の厚
   さで、Ｔ_k 周期繰り返された部分量子波干渉層Ｉ_k が前
   記値Ｅ_kの数だけ繰り返し形成された、但し、ｎ_Wk、ｎ
   _Bkは奇数、量子波干渉層を前記ｎ ^- 層、ｐ^- 層、又は、
   ｉ層に設けたことを特徴とする可変容量素子。
5. 【請求項５】 前記ｎ^- 層、ｐ^- 層、又は、ｉ層におい
   て、前記量子波干渉層が、所定間隔にて、複数従続に配
   設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の
   いずれか１項に記載の量子波干渉層を有した可変容量素
   子。
6. 【請求項６】 前記各量子波干渉層の間にはキャリアを
   閉じ込めるキャリア閉込層が形成されていることを特徴
   とする請求項５に記載の量子波干渉層を有した可変容量
   素子。
7. 【請求項７】 前記キャリア閉込層のバンド幅は前記第
   ２層のバンド幅に等しいことを特徴とする請求項６に記
   載の量子波干渉層を有した可変容量素子。
8. 【請求項８】 前記ｎ^- 層、ｐ^- 層、又は、ｉ層に印加
   される電界が所定値の時に伝導する前記キャリアの量子
   波の波長に対して前記量子波干渉層の各層の厚さが決定
   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項に記載の量子波干渉層を有した可変容量素
   子。
9. 【請求項９】 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乃至請求項８のいずれか１項に記載
   の量子波干渉層を有した可変容量素子。