JP3086350B2 - 電子波素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速コンピュータや高
速通信に利用される新規な電子波素子に関し、特に、電
子波素子において大きさの限界を広げ、雑音や電力損失
の原因となる電子間散乱を抑えることを可能にするとと
もに、スピンを用いた論理素子としても応用が可能な電
子波素子に関する。
速通信に利用される新規な電子波素子に関し、特に、電
子波素子において大きさの限界を広げ、雑音や電力損失
の原因となる電子間散乱を抑えることを可能にするとと
もに、スピンを用いた論理素子としても応用が可能な電
子波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子波素子は、高速コンピュータの論理
素子、通信システムのスイッチ素子、マイクロ波回路等
への応用や、また、新規な量子干渉型論理素子やニュー
ラル・ネットワークコンピュータのような新しいコンピ
ュータへの応用も期待されている。
素子、通信システムのスイッチ素子、マイクロ波回路等
への応用や、また、新規な量子干渉型論理素子やニュー
ラル・ネットワークコンピュータのような新しいコンピ
ュータへの応用も期待されている。
【０００３】多数キャリアを使った電子波素子として
は、共鳴トンネルダイオード、表面超格子トランジスタ
等の量子干渉素子、ホットエレクトロントランジスタ、
変調ドープ構造電界効果トランジスタ等、種々の素子が
研究され提案されている。
は、共鳴トンネルダイオード、表面超格子トランジスタ
等の量子干渉素子、ホットエレクトロントランジスタ、
変調ドープ構造電界効果トランジスタ等、種々の素子が
研究され提案されている。
【０００４】Leo Esaki らの発明した共鳴トンネルダイ
オードは、電子の波としての特徴を利用した素子の例で
ある(L. Esaki and R. Tsu, IBM J. Res. Develop. 14,
61(1970); L. Esaki and R. Tsu, IBM Research Note
RC-2418 (1969); L. Esaki,Phys. Rev. 109, 603 (195
8); L. Esaki, Proc. IEEE 62, 825 (1974), and IEEE
Trans. Electron Devices ED-23, 644 (1976)) 。
オードは、電子の波としての特徴を利用した素子の例で
ある(L. Esaki and R. Tsu, IBM J. Res. Develop. 14,
61(1970); L. Esaki and R. Tsu, IBM Research Note
RC-2418 (1969); L. Esaki,Phys. Rev. 109, 603 (195
8); L. Esaki, Proc. IEEE 62, 825 (1974), and IEEE
Trans. Electron Devices ED-23, 644 (1976)) 。
【０００５】量子干渉素子としては、従来より例えば
「量子スタブ・トランジスタ」(Fernando Sols, M. Mac
ucci, U. Ravaioli, K. Hess, Appl. Phys. Lett. 54,
350(1989))、「電子導波路結合器」(N. Tsukada, A. D.
Wieck, K. Ploog, Appl. Phys. Lett. 56, 2527 (199
0))、「表面超格子構造量子干渉素子」(H. Sakaki, K.
Wagatsuma, J. Hamasaki, S. Saito, Thin Solid Films
36, 497(1976))、「電界変調型電子干渉計」 (S.Datt
a, M.R. Melloch, S. Bandyopadhyay, and M. S. Lunds
trom, Appl. Phys. Lett. 48, 487 (1986)) 、「光変調
型電子干渉計」(M.Yamanishi, Superlattices and Micr
ostructures B6, 403 (1989))、(A. Shimizu, Physical
Review A 43, 3819 (19991))、「ゲート付きの量子細
線」 (A. B.Fowler and A. M. Hartstein, US Patent
4,672,423 ) 、(A. B. Fowler, US Patent 4,550,330)
その他、同様の素子が種々提案されている
「量子スタブ・トランジスタ」(Fernando Sols, M. Mac
ucci, U. Ravaioli, K. Hess, Appl. Phys. Lett. 54,
350(1989))、「電子導波路結合器」(N. Tsukada, A. D.
Wieck, K. Ploog, Appl. Phys. Lett. 56, 2527 (199
0))、「表面超格子構造量子干渉素子」(H. Sakaki, K.
Wagatsuma, J. Hamasaki, S. Saito, Thin Solid Films
36, 497(1976))、「電界変調型電子干渉計」 (S.Datt
a, M.R. Melloch, S. Bandyopadhyay, and M. S. Lunds
trom, Appl. Phys. Lett. 48, 487 (1986)) 、「光変調
型電子干渉計」(M.Yamanishi, Superlattices and Micr
ostructures B6, 403 (1989))、(A. Shimizu, Physical
Review A 43, 3819 (19991))、「ゲート付きの量子細
線」 (A. B.Fowler and A. M. Hartstein, US Patent
4,672,423 ) 、(A. B. Fowler, US Patent 4,550,330)
その他、同様の素子が種々提案されている
【０００６】ホットキャリアトランジスタ構造は、いく
つかの研究チームにより１９６０年代に提案された金属
ベースのトランジスタの概念を基に研究されている (J.
R.Hayes and A. F. Ｊ. Levi, IEEE J. Quantum Elect
ron. 22, 1744, (1986); M.Heiblum, M. I. Nathan, D.
C. Thomas, and C. M. Knoedler, Phys. Rev. Lett. 5
5, 2200 (1985); A. P. Long, P. H. Beton, K. J. Kel
ly, Semicond. Sci.Technol. 1, 63 (1986); S. Muto,
K. Imamura, N. Yokoyama, S. Hiyamizu, and H. Nish
i, Electron. Lett. 21, 555 (1985))。ホットエレクト
ロンは、フェルミレベルより高いエネルギーを持つ電子
であるが、ホットエレクトロントランジスタ構造の研究
において主として問題点となった点は、不純物濃度の高
いベース部分を通過するホットエレクトロンの電子間散
乱が大きすぎることである。そこで、ベース部分の散乱
を少なくするため、２次元電子ガスベースのトランジス
タが提案された(P. Matthews, M. J. Kelly, D. G. Has
ko, J. E. F. Frost, D.A. Ritchie, G. A. C. Jones,
M. Pepper, and H. Ahmed, Semicond. Sci. Technol.
7, B536 (1992)) 。
つかの研究チームにより１９６０年代に提案された金属
ベースのトランジスタの概念を基に研究されている (J.
R.Hayes and A. F. Ｊ. Levi, IEEE J. Quantum Elect
ron. 22, 1744, (1986); M.Heiblum, M. I. Nathan, D.
C. Thomas, and C. M. Knoedler, Phys. Rev. Lett. 5
5, 2200 (1985); A. P. Long, P. H. Beton, K. J. Kel
ly, Semicond. Sci.Technol. 1, 63 (1986); S. Muto,
K. Imamura, N. Yokoyama, S. Hiyamizu, and H. Nish
i, Electron. Lett. 21, 555 (1985))。ホットエレクト
ロンは、フェルミレベルより高いエネルギーを持つ電子
であるが、ホットエレクトロントランジスタ構造の研究
において主として問題点となった点は、不純物濃度の高
いベース部分を通過するホットエレクトロンの電子間散
乱が大きすぎることである。そこで、ベース部分の散乱
を少なくするため、２次元電子ガスベースのトランジス
タが提案された(P. Matthews, M. J. Kelly, D. G. Has
ko, J. E. F. Frost, D.A. Ritchie, G. A. C. Jones,
M. Pepper, and H. Ahmed, Semicond. Sci. Technol.
7, B536 (1992)) 。
【０００７】一方、最近、電子スピン配向の変化を利用
した電界効果トランジスタが提案された(Supriyo Datta
and Biswajit Das, Appl. Phys. Lett. 56, 665 (199
0))。この提案では磁性体電極を通してスピン偏極され
た電子が注入される。
した電界効果トランジスタが提案された(Supriyo Datta
and Biswajit Das, Appl. Phys. Lett. 56, 665 (199
0))。この提案では磁性体電極を通してスピン偏極され
た電子が注入される。
【０００８】また、スピンを利用した論理素子も提案さ
れている。このスピン論理素子は、例えば上向きのスピ
ン↑を「１」、下向きのスピン↓を「０」に、またはそ
の反対の関係に対応させるものである。
れている。このスピン論理素子は、例えば上向きのスピ
ン↑を「１」、下向きのスピン↓を「０」に、またはそ
の反対の関係に対応させるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記種々の量
子干渉素子においては、素子のサイズや性能が電子間散
乱により制限され、ホットエレクトロンを用いた電子導
波路においても、高速信号処理への応用に期待が持たれ
ているものの、電子間散乱のため性能は向上していな
い。また、ホットエレクトロントランジスタも、１９８
０年代を通して深く研究されたが、不純物濃度の高いベ
ース部分を通るホット弾道電子の激しい電子間散乱のた
め期待した性能は得られなかった。このように最近提案
されている電子波素子では、電子間散乱が様々な意味で
問題となっている。
子干渉素子においては、素子のサイズや性能が電子間散
乱により制限され、ホットエレクトロンを用いた電子導
波路においても、高速信号処理への応用に期待が持たれ
ているものの、電子間散乱のため性能は向上していな
い。また、ホットエレクトロントランジスタも、１９８
０年代を通して深く研究されたが、不純物濃度の高いベ
ース部分を通るホット弾道電子の激しい電子間散乱のた
め期待した性能は得られなかった。このように最近提案
されている電子波素子では、電子間散乱が様々な意味で
問題となっている。
【００１０】電子は、その属性の１つとして電子スピン
を持っている。電子スピンは、上向きのスピン↑と下向
きのスピン↓の２つの配向があるが、通常の電子波素子
ではこの電子スピンが素子機能に影響を及ぼすことはな
い。また、電子スピンの変化を利用した電界効果トラン
ジスタでは、スピン偏極電子が磁性体電極を通し注入さ
れるが、この電極の作製技術に種々の問題があるため、
まだ実用的な素子の実現には至っていない。
を持っている。電子スピンは、上向きのスピン↑と下向
きのスピン↓の２つの配向があるが、通常の電子波素子
ではこの電子スピンが素子機能に影響を及ぼすことはな
い。また、電子スピンの変化を利用した電界効果トラン
ジスタでは、スピン偏極電子が磁性体電極を通し注入さ
れるが、この電極の作製技術に種々の問題があるため、
まだ実用的な素子の実現には至っていない。
【００１１】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、量子干渉素子やホットエレクトロン電子導波路、
ホットエレクトロントランジスタ等の多数キャリアを使
った電子波素子における電子間散乱を低減し、その性能
を改善することを目的とする。本発明の他の目的は、ス
ピン配向を利用したスピン論理素子に適用してスピン偏
極したホットキャリアを注入することである。
って、量子干渉素子やホットエレクトロン電子導波路、
ホットエレクトロントランジスタ等の多数キャリアを使
った電子波素子における電子間散乱を低減し、その性能
を改善することを目的とする。本発明の他の目的は、ス
ピン配向を利用したスピン論理素子に適用してスピン偏
極したホットキャリアを注入することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、物
質と結晶方位からＧａＡｓで〔１１０〕の方位を除い
て、上向きと下向きの両スピン配向に対する電子または
正孔のエネルギーが異なるエネルギーを持つように物質
と結晶方位を選び、ホットキャリアを注入するように構
成したことを特徴とする。
質と結晶方位からＧａＡｓで〔１１０〕の方位を除い
て、上向きと下向きの両スピン配向に対する電子または
正孔のエネルギーが異なるエネルギーを持つように物質
と結晶方位を選び、ホットキャリアを注入するように構
成したことを特徴とする。
【００１３】また、両スピン配向の電子または正孔のエ
ネルギーが異なる結晶方位に細いチャネル、量子井戸、
電子導波路または量子細線を１または複数平行に配置
し、それらは、III-Ｖ族半導体を用いた変調ドープ量子
井戸またはヘテロ接合構造の上に形成するとともに、必
要に応じてその先に電子または正孔のエネルギーバンド
のスピン分裂方向へさらに広めのチャネルまたは２つ以
上のチャネルを設け、広めのチャネルまたは複数のチャ
ネルの一部にゲート電極を上から重ね、各チャネルをド
レイン電極で再び結合することを特徴とする。
ネルギーが異なる結晶方位に細いチャネル、量子井戸、
電子導波路または量子細線を１または複数平行に配置
し、それらは、III-Ｖ族半導体を用いた変調ドープ量子
井戸またはヘテロ接合構造の上に形成するとともに、必
要に応じてその先に電子または正孔のエネルギーバンド
のスピン分裂方向へさらに広めのチャネルまたは２つ以
上のチャネルを設け、広めのチャネルまたは複数のチャ
ネルの一部にゲート電極を上から重ね、各チャネルをド
レイン電極で再び結合することを特徴とする。
【００１４】さらに、両スピン配向の電子または正孔の
エネルギーが異なる結晶方位にまず細いチャネルまたは
量子細線を配置し、その先に同じようなスピン分裂を持
つ２つめのチャネルまたは量子細線を１または複数配置
して量子干渉素子を構成し、それらは、III-Ｖ族半導体
を用いた変調ドープ量子井戸またはヘテロ接合構造の上
に形成したことを特徴とする。
エネルギーが異なる結晶方位にまず細いチャネルまたは
量子細線を配置し、その先に同じようなスピン分裂を持
つ２つめのチャネルまたは量子細線を１または複数配置
して量子干渉素子を構成し、それらは、III-Ｖ族半導体
を用いた変調ドープ量子井戸またはヘテロ接合構造の上
に形成したことを特徴とする。
【００１５】また、上向きスピンと下向きスピンをそれ
ぞれ論理回路の「１」と「０」またはその逆の関係に対
応させたことを特徴とする。
ぞれ論理回路の「１」と「０」またはその逆の関係に対
応させたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】本発明では、上向きと下向きの両スピン配向に
対する電子または正孔のエネルギーが異なるエネルギー
を持つように物質と結晶方位を選び素子を形成し、ホッ
トキャリアを注入することにより、電子間散乱を低減す
ることができ、量子干渉素子や他の電子波素子の性能を
改善することができる。
対する電子または正孔のエネルギーが異なるエネルギー
を持つように物質と結晶方位を選び素子を形成し、ホッ
トキャリアを注入することにより、電子間散乱を低減す
ることができ、量子干渉素子や他の電子波素子の性能を
改善することができる。
【００１７】また、両スピン配向の電子または正孔のエ
ネルギーが異なる方向に細いチャネル、量子井戸、電子
導波路または量子細線を１または複数平行に配置し、ホ
ットキャリアを注入すると、スピン分裂により素子から
出力される電子または正孔はスピン偏極された状態とな
る。
ネルギーが異なる方向に細いチャネル、量子井戸、電子
導波路または量子細線を１または複数平行に配置し、ホ
ットキャリアを注入すると、スピン分裂により素子から
出力される電子または正孔はスピン偏極された状態とな
る。
【００１８】III-Ｖ族半導体を用いた変調ドープ量子井
戸またはヘテロ接合構造の上に電子または正孔のバンド
がスピン分裂する結晶方位に量子細線または細いチャネ
ルを配置すると共に、そのソース電極の先に電子または
正孔のエネルギーバンドのスピン分裂方向へさらに広め
のチャネルか２つ以上のチャネルを設け、１または複数
のチャネルの一部にゲート電極を上から重ね各チャネル
をドレイン電極で再び結合することにより、ゲート電極
に加えられた電圧は素子内の電子波動関数の一部の位相
を変えてしまうため、量子干渉効果により素子の電子透
過率を調節でき、さらにチャネル内のスピン分裂が電子
間散乱をおさえるため、信号対雑音の比を大きくするこ
とができる。
戸またはヘテロ接合構造の上に電子または正孔のバンド
がスピン分裂する結晶方位に量子細線または細いチャネ
ルを配置すると共に、そのソース電極の先に電子または
正孔のエネルギーバンドのスピン分裂方向へさらに広め
のチャネルか２つ以上のチャネルを設け、１または複数
のチャネルの一部にゲート電極を上から重ね各チャネル
をドレイン電極で再び結合することにより、ゲート電極
に加えられた電圧は素子内の電子波動関数の一部の位相
を変えてしまうため、量子干渉効果により素子の電子透
過率を調節でき、さらにチャネル内のスピン分裂が電子
間散乱をおさえるため、信号対雑音の比を大きくするこ
とができる。
【００１９】また、両スピン配向の電子または正孔のエ
ネルギーが異なる方向にまず細いチャネルまたは量子細
線を配置し、その先に同じようなスピン分裂を持つ２つ
めのチャネルまたは量子細線を１または複数配置し、ホ
ットキャリアを注入することにより、２つめのチャネル
または量子細線に加えられた電圧により素子全体のキャ
リア透過率が調整される。このとき、チャネル内のスピ
ン分裂が電子間散乱をおさえることにより、全体として
素子の電流透過率を高めることができる。
ネルギーが異なる方向にまず細いチャネルまたは量子細
線を配置し、その先に同じようなスピン分裂を持つ２つ
めのチャネルまたは量子細線を１または複数配置し、ホ
ットキャリアを注入することにより、２つめのチャネル
または量子細線に加えられた電圧により素子全体のキャ
リア透過率が調整される。このとき、チャネル内のスピ
ン分裂が電子間散乱をおさえることにより、全体として
素子の電流透過率を高めることができる。
【００２０】本発明は、物質内の電子のバンドがスピン
分裂していると、量子細線や量子井戸において電子間散
乱確率が電子スピン配向に左右されるという発見に基づ
くものである。つまり、本発明者は、量子細線や量子井
戸内の電子がスピン配向によって異なる電子間散乱確率
を持つことを見出した。この現象は、素子の設計によっ
て、例えば上向きのスピン↑の電子の方が下向きのスピ
ン↓の電子よりも強く散乱されたり、その逆にスピン↓
の電子の方が強く散乱されたりすることである。
分裂していると、量子細線や量子井戸において電子間散
乱確率が電子スピン配向に左右されるという発見に基づ
くものである。つまり、本発明者は、量子細線や量子井
戸内の電子がスピン配向によって異なる電子間散乱確率
を持つことを見出した。この現象は、素子の設計によっ
て、例えば上向きのスピン↑の電子の方が下向きのスピ
ン↓の電子よりも強く散乱されたり、その逆にスピン↓
の電子の方が強く散乱されたりすることである。
【００２１】したがって、電子干渉計やその他の素子に
おいて、電子のバンドがスピン分裂している場合、例え
ば上向きのスピン↑の電子のみを利用すれば、電子間散
乱を少なくし素子の性能を改善することができる。
おいて、電子のバンドがスピン分裂している場合、例え
ば上向きのスピン↑の電子のみを利用すれば、電子間散
乱を少なくし素子の性能を改善することができる。
【００２２】さらにもう１つの作用は、電子のバンドが
スピン分裂した量子細線内に電子を注入すると電子はス
ピン偏極するので、磁性体電極を用いることなく電子ス
ピンによる新規な論理素子を構成することができる。す
なわち、電子スピンの配向は電界を加えることにより制
御できるので、スピン↑を「１」、スピン↓を「０」、
またはその反対の関係として、これを利用することによ
り新規な論理回路を構築することができる。以上の作用
は、電子の場合に限らず正孔に対しても同様に生ずる。
スピン分裂した量子細線内に電子を注入すると電子はス
ピン偏極するので、磁性体電極を用いることなく電子ス
ピンによる新規な論理素子を構成することができる。す
なわち、電子スピンの配向は電界を加えることにより制
御できるので、スピン↑を「１」、スピン↓を「０」、
またはその反対の関係として、これを利用することによ
り新規な論理回路を構築することができる。以上の作用
は、電子の場合に限らず正孔に対しても同様に生ずる。
【００２３】図１は電子バンドのスピン分裂と電子間散
乱の様子およびスピン偏極によって散乱確率を低減する
原理を説明するための図である。III-Ｖ族化合物半導体
の電子エネルギーバンドは、図１に示すように上向きの
スピン↑と下向きのスピン↓からなる２つのスピン配向
によって分裂している。シリコンやゲルマニウムのバン
ドもヘテロ接合や界面付近ではスピン分裂していると考
えられる。スピン分裂があると、２つのスピン配向によ
って電子間散乱確率が異なり、図１ではスピン↑の電子
ｐの散乱が減少し、スピン↓の電子の散乱が増加してい
る例を示している。これは、ＧａＡｓで〔１１０〕方位
にある量子細線の場合である。したがって、強いスピン
分裂の方向にある素子は、一方のスピン配向に対してよ
り散乱が小さくなる。
乱の様子およびスピン偏極によって散乱確率を低減する
原理を説明するための図である。III-Ｖ族化合物半導体
の電子エネルギーバンドは、図１に示すように上向きの
スピン↑と下向きのスピン↓からなる２つのスピン配向
によって分裂している。シリコンやゲルマニウムのバン
ドもヘテロ接合や界面付近ではスピン分裂していると考
えられる。スピン分裂があると、２つのスピン配向によ
って電子間散乱確率が異なり、図１ではスピン↑の電子
ｐの散乱が減少し、スピン↓の電子の散乱が増加してい
る例を示している。これは、ＧａＡｓで〔１１０〕方位
にある量子細線の場合である。したがって、強いスピン
分裂の方向にある素子は、一方のスピン配向に対してよ
り散乱が小さくなる。
【００２４】上記の結果として本発明は、電子（正孔）
のバンドがスピン分裂している電子波素子において電子
（正孔）散乱距離と干渉距離が一方のスピン配向の電子
（正孔）に対しては大きく、他方のスピン配向の電子
（正孔）に対しては小さくなるという発見に基づく。次
に、この原理を説明し、続けて電子スピン偏極素子の動
作を説明する。
のバンドがスピン分裂している電子波素子において電子
（正孔）散乱距離と干渉距離が一方のスピン配向の電子
（正孔）に対しては大きく、他方のスピン配向の電子
（正孔）に対しては小さくなるという発見に基づく。次
に、この原理を説明し、続けて電子スピン偏極素子の動
作を説明する。
【００２５】〔スピンに依存した量子細線内の電子間散
乱確率の詳細な説明〕図２は種々のIII-Ｖ族半導体結晶
内で〔１１０〕方位の電子エネルギーバンドのスピン分
裂の大きさを示す図、図３は種々の結晶方位に配置した
ＧａＡｓの量子細線中のスピン偏極した電子の電子間散
乱距離を温度の関数として示す図である。
乱確率の詳細な説明〕図２は種々のIII-Ｖ族半導体結晶
内で〔１１０〕方位の電子エネルギーバンドのスピン分
裂の大きさを示す図、図３は種々の結晶方位に配置した
ＧａＡｓの量子細線中のスピン偏極した電子の電子間散
乱距離を温度の関数として示す図である。
【００２６】まず、量子細線中の電子において、一方の
スピン配向の電子間散乱が減少し他方のスピン配向の散
乱が増加することを説明する。なお、量子井戸中でも効
果は弱いが同じ現象が見られる。
スピン配向の電子間散乱が減少し他方のスピン配向の散
乱が増加することを説明する。なお、量子井戸中でも効
果は弱いが同じ現象が見られる。
【００２７】一方のスピン配向の電子の散乱確率が減少
する物理的理由は図１に示されている。スピン↑のｐ点
に置かれた電子とスピン↓のｋ点に置かれた２つめの電
子との間の散乱確率は、
する物理的理由は図１に示されている。スピン↑のｐ点
に置かれた電子とスピン↓のｋ点に置かれた２つめの電
子との間の散乱確率は、
【００２８】
【数１】Σ（占有確率）×｜散乱行列要素｜2 ×（エネルギーと運動量保存に関係した要素） に比例する。
【００２９】したがって、散乱確率は電子間相互作用の
強さを表す「散乱行列要素」と「占有確率」をかけたも
のに比例する。「占有確率」は、
強さを表す「散乱行列要素」と「占有確率」をかけたも
のに比例する。「占有確率」は、
【００３０】
【数２】（１−ｆp+q ↑）×ｆk ↓×（１−ｆk-q ↓) であり、これは、図１に示すようにスピン↑の（ｐ＋
ｑ）点とスピン↓の（ｐ−ｑ）点の最終電子状態が両方
とも空であり、スピン↓のｋ点には電子が存在するとい
う確率を示す。ここでは反平行スピンを持つ電子の散乱
のみを議論する。なぜなら、平行スピンの電子の散乱
は、量子細線中では起こらず、また２次元量子井戸やヘ
テロ接合でも反平行スピンの場合よりも非常に弱いから
である。
ｑ）点とスピン↓の（ｐ−ｑ）点の最終電子状態が両方
とも空であり、スピン↓のｋ点には電子が存在するとい
う確率を示す。ここでは反平行スピンを持つ電子の散乱
のみを議論する。なぜなら、平行スピンの電子の散乱
は、量子細線中では起こらず、また２次元量子井戸やヘ
テロ接合でも反平行スピンの場合よりも非常に弱いから
である。
【００３１】「エネルギーと運動量保存に関係した要
素」は、散乱に関与する電子の状態を制限する。図１に
示されているように、電子のバンドのスピン分裂の場
合、スピン↑の（ｐ＋ｑ）点の占有確率が増加し、スピ
ン↓の（ｋ−ｑ）点とスピン↓のｋ点での占有確率が減
少する。したがって、スピン分裂により、散乱の「占有
確率」がスピン↑の電子に対しては小さくなり、スピン
↓の電子に対しては大きくなる。このため信号がスピン
↑の電子により送られる素子ならば、性能は向上し電子
間散乱に起因する雑音は減る。
素」は、散乱に関与する電子の状態を制限する。図１に
示されているように、電子のバンドのスピン分裂の場
合、スピン↑の（ｐ＋ｑ）点の占有確率が増加し、スピ
ン↓の（ｋ−ｑ）点とスピン↓のｋ点での占有確率が減
少する。したがって、スピン分裂により、散乱の「占有
確率」がスピン↑の電子に対しては小さくなり、スピン
↓の電子に対しては大きくなる。このため信号がスピン
↑の電子により送られる素子ならば、性能は向上し電子
間散乱に起因する雑音は減る。
【００３２】この効果が有効であるためにはスピン分裂
の大きさが熱エネルギーと同じぐらいか、または大きく
なければならない。すなわち、電子間散乱確率の改善が
図れる温度範囲は、スピン分裂エネルギーにより決まる
が、普通の物質では範囲が１００Ｋぐらいまでである。
図２において、はＧａＡｓ、はＧａＳｂ、はＩｎ
Ｐ、はＩｎＳｂのそれぞれに対するスピン分裂エネル
ギーであり、図２に示すようにフェルミ波数が増加（キ
ャリア濃度が増加）すると、有効な温度範囲が広くな
る。ＧａＡｓの〔１１０〕方位では、スピン分裂は１ｍ
ｅＶから５ｍｅＶの大きさなので、散乱の減少は５０Ｋ
ぐらいまでの温度範囲で起こると思われる。他の物質で
はもっと大きなスピン分裂を有しているものもあり[M.
Cardona, N. E. Christensen, and G. Fasol, Physical
Review B 38, 1806 (1988)]、また量子井戸または量子
細線中では内部電界や外から電界を加えることによりス
ピン分裂を大きくすることができる。このため、物質と
結晶方位を慎重に選ぶことによりスピン分裂による電子
間散乱確率をもっと高温でも低減することができる。
の大きさが熱エネルギーと同じぐらいか、または大きく
なければならない。すなわち、電子間散乱確率の改善が
図れる温度範囲は、スピン分裂エネルギーにより決まる
が、普通の物質では範囲が１００Ｋぐらいまでである。
図２において、はＧａＡｓ、はＧａＳｂ、はＩｎ
Ｐ、はＩｎＳｂのそれぞれに対するスピン分裂エネル
ギーであり、図２に示すようにフェルミ波数が増加（キ
ャリア濃度が増加）すると、有効な温度範囲が広くな
る。ＧａＡｓの〔１１０〕方位では、スピン分裂は１ｍ
ｅＶから５ｍｅＶの大きさなので、散乱の減少は５０Ｋ
ぐらいまでの温度範囲で起こると思われる。他の物質で
はもっと大きなスピン分裂を有しているものもあり[M.
Cardona, N. E. Christensen, and G. Fasol, Physical
Review B 38, 1806 (1988)]、また量子井戸または量子
細線中では内部電界や外から電界を加えることによりス
ピン分裂を大きくすることができる。このため、物質と
結晶方位を慎重に選ぶことによりスピン分裂による電子
間散乱確率をもっと高温でも低減することができる。
【００３３】量子細線中のスピン偏極した電子の電子間
散乱距離を温度の関数として示したのが図３であり、方
程式〔数１〕と〔数２〕に基づいた理論で計算したもの
である。計算は、１つの例として（ＧａＡｓ量子細線で
〔１１０〕方位の場合）スピン↑の電子の散乱距離が増
加し、結果的に素子の雑音特性と動作速度の向上が期待
されることを示している。スピン分裂エネルギーによる
散乱特性の改善は低温で最も顕著となる。スピン分裂が
生じるように電子導波路を設計することにより、一方の
スピン配向での電子間散乱を低減し、他方のスピン配向
での電子間散乱を増大させることができる。散乱確率の
改善は、パラメータの適切な選択により１０００倍以上
にもなる。だが、この効果はスピン分裂エネルギーの値
に相当する温度以上では消えてしまう（この例では２０
Ｋ以上で無くなる）。そこで、他の適当な物質を用いる
ことやキャリア濃度の増加、または内部電界や外部電界
を加えることによってスピン分裂を大きくすれば、この
温度は室温まで上げられる。
散乱距離を温度の関数として示したのが図３であり、方
程式〔数１〕と〔数２〕に基づいた理論で計算したもの
である。計算は、１つの例として（ＧａＡｓ量子細線で
〔１１０〕方位の場合）スピン↑の電子の散乱距離が増
加し、結果的に素子の雑音特性と動作速度の向上が期待
されることを示している。スピン分裂エネルギーによる
散乱特性の改善は低温で最も顕著となる。スピン分裂が
生じるように電子導波路を設計することにより、一方の
スピン配向での電子間散乱を低減し、他方のスピン配向
での電子間散乱を増大させることができる。散乱確率の
改善は、パラメータの適切な選択により１０００倍以上
にもなる。だが、この効果はスピン分裂エネルギーの値
に相当する温度以上では消えてしまう（この例では２０
Ｋ以上で無くなる）。そこで、他の適当な物質を用いる
ことやキャリア濃度の増加、または内部電界や外部電界
を加えることによってスピン分裂を大きくすれば、この
温度は室温まで上げられる。
【００３４】〔電子スピン偏極素子の作用〕図４は電子
スピン偏極素子の動作を説明するための図であり、
（ａ）はホットエレクトロンのスピン偏極素子を上から
見た図、（ｂ）は偏極素子の中心線に沿った電位分布を
示す図、（ｃ）は偏極素子を通過した距離に対し、スピ
ン↑の電子の割合を示す図、（ｄ）は偏極素子を通過し
た距離に対し、スピン↓の電子の割合を示す図である。
スピン偏極素子の動作を説明するための図であり、
（ａ）はホットエレクトロンのスピン偏極素子を上から
見た図、（ｂ）は偏極素子の中心線に沿った電位分布を
示す図、（ｃ）は偏極素子を通過した距離に対し、スピ
ン↑の電子の割合を示す図、（ｄ）は偏極素子を通過し
た距離に対し、スピン↓の電子の割合を示す図である。
【００３５】発明者によるもう一つの発見は、スピン分
裂のある量子細線中では一方のスピン↓の電子間散乱の
方が他方のスピン↑の電子間散乱よりも非常に大きい
と、スピン↓の電子がスピン↑の電子に変わってしまう
ということである。
裂のある量子細線中では一方のスピン↓の電子間散乱の
方が他方のスピン↑の電子間散乱よりも非常に大きい
と、スピン↓の電子がスピン↑の電子に変わってしまう
ということである。
【００３６】電子スピン偏極素子は、注入チャネル１と
偏極チャネル２からなり、エネルギーバンドがスピン分
裂する方向に電子が走行するように、例えばＣａＡｓ
（１００）表面では電子が〔１１０〕方位に走行するよ
うに、表面に対して特定の方位に素子を形成しなければ
ならない。動作時の各部分の電位分布をグラフで示した
のが図４（ｂ）である。ホットエレクトロンは、注入チ
ャネル１により過剰な運動エネルギーを持って偏極チャ
ネル２の量子細線に注入される。ここでは過剰なエネル
ギーをもつホットエレクトロンのみがスピン偏極され
る。図４（ｃ）と図４（ｄ）に示すように、スピン↓の
電子は、この素子の中でスピン↑の電子に変えられる。
したがって、この素子は、スピン偏極電子を電子干渉
計、スピン論理素子、または他の電子波素子の中に注入
するのに使うことができる。
偏極チャネル２からなり、エネルギーバンドがスピン分
裂する方向に電子が走行するように、例えばＣａＡｓ
（１００）表面では電子が〔１１０〕方位に走行するよ
うに、表面に対して特定の方位に素子を形成しなければ
ならない。動作時の各部分の電位分布をグラフで示した
のが図４（ｂ）である。ホットエレクトロンは、注入チ
ャネル１により過剰な運動エネルギーを持って偏極チャ
ネル２の量子細線に注入される。ここでは過剰なエネル
ギーをもつホットエレクトロンのみがスピン偏極され
る。図４（ｃ）と図４（ｄ）に示すように、スピン↓の
電子は、この素子の中でスピン↑の電子に変えられる。
したがって、この素子は、スピン偏極電子を電子干渉
計、スピン論理素子、または他の電子波素子の中に注入
するのに使うことができる。
【００３７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００３８】〔実施例１〕図５は電子干渉計トランジス
タによる本発明の電子波素子の１実施例を示す図、図６
は図５に示す干渉計のソース・ドレイン電流対ゲート電
圧特性を示す図、図７は集積回路やマイクロ波回路用の
素子としての使用に適した電子干渉計トランジスタによ
る本発明の電子波素子の１実施例を示す図である。
タによる本発明の電子波素子の１実施例を示す図、図６
は図５に示す干渉計のソース・ドレイン電流対ゲート電
圧特性を示す図、図７は集積回路やマイクロ波回路用の
素子としての使用に適した電子干渉計トランジスタによ
る本発明の電子波素子の１実施例を示す図である。
【００３９】図５において、電子干渉計トランジスタ
は、ＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1-x ＡｓのＨＥＭＴ（High E
lectron Mobility Transistor:高電子移動度トランジス
タ）構造１１の上に金またはアルミニウムまたはチタン
等のゲート１２〜１４をつけて形成される。先ず、ＨＥ
ＭＴ構造１１を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）で成長さ
せ、その上にゲート１２〜１４が電子ビームリソグラフ
ィ法により形成されるが、同じ機能を持つ構造を光学リ
ソグラフィやイオンビームリソグラフィ法で形成しても
よい。
は、ＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1-x ＡｓのＨＥＭＴ（High E
lectron Mobility Transistor:高電子移動度トランジス
タ）構造１１の上に金またはアルミニウムまたはチタン
等のゲート１２〜１４をつけて形成される。先ず、ＨＥ
ＭＴ構造１１を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）で成長さ
せ、その上にゲート１２〜１４が電子ビームリソグラフ
ィ法により形成されるが、同じ機能を持つ構造を光学リ
ソグラフィやイオンビームリソグラフィ法で形成しても
よい。
【００４０】ソース１５・ドレイン１６の形成は、必要
な部分以外の表面伝導層をメサ・エッチングで取り除
き、ＩｎをＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ構造のソース
とドレインの一部に合金拡散することによってオーミッ
ク電極を形成する。
な部分以外の表面伝導層をメサ・エッチングで取り除
き、ＩｎをＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ構造のソース
とドレインの一部に合金拡散することによってオーミッ
ク電極を形成する。
【００４１】ゲート１２〜１４の形成では、まず、ホト
レジストを塗布し、所定の領域に電子ビームを照射して
現像し、その上に金等の薄膜を蒸着する。続いて、不要
部分の金等の薄膜をリフトオフ法で取り除く。
レジストを塗布し、所定の領域に電子ビームを照射して
現像し、その上に金等の薄膜を蒸着する。続いて、不要
部分の金等の薄膜をリフトオフ法で取り除く。
【００４２】図示のように本発明の電子干渉計トランジ
スタでは、ソースとドレインの各ゲート１２、１４は、
０．３μｍの狭いスプリットゲート電極を形成し、さら
に負電圧を印加することによって、電子の通路を点に近
い状態にまで絞るようにしている。また、この中間のゲ
ート１３は、素子内を伝播する電子波の位相を調節する
ものである。このようにソースとドレインを点に近い非
常に狭い電極とすることにより、可干渉性をもった電子
しか素子内を通過しないようにしている。
スタでは、ソースとドレインの各ゲート１２、１４は、
０．３μｍの狭いスプリットゲート電極を形成し、さら
に負電圧を印加することによって、電子の通路を点に近
い状態にまで絞るようにしている。また、この中間のゲ
ート１３は、素子内を伝播する電子波の位相を調節する
ものである。このようにソースとドレインを点に近い非
常に狭い電極とすることにより、可干渉性をもった電子
しか素子内を通過しないようにしている。
【００４３】上記電子波素子を動作させるには、−０．
７Ｖ程度の電圧を加え、ソーススプリットゲート電極１
２とドレインスプリットゲート電極１４の下の電子を空
にし、ソース１５とドレイン１６の両方に非常に狭い量
子点電極を作る。このようにすることによって、電子
は、素子内を波として伝播するので、ゲート１３に５０
ｍＶ程度の低い変調電圧を加え、電子波の一部の位相を
調節すると、干渉効果により、電子透過率は、電子波の
各部分の位相差に大きく依存する。したがって、図６に
示すようにゲート電圧の関数としてソース・ドレイン電
流を調節することができる。また、基本的には図５と同
じ構造であるが、集積回路やマイクロ波回路への応用に
適した構成を示したのが図７である。
７Ｖ程度の電圧を加え、ソーススプリットゲート電極１
２とドレインスプリットゲート電極１４の下の電子を空
にし、ソース１５とドレイン１６の両方に非常に狭い量
子点電極を作る。このようにすることによって、電子
は、素子内を波として伝播するので、ゲート１３に５０
ｍＶ程度の低い変調電圧を加え、電子波の一部の位相を
調節すると、干渉効果により、電子透過率は、電子波の
各部分の位相差に大きく依存する。したがって、図６に
示すようにゲート電圧の関数としてソース・ドレイン電
流を調節することができる。また、基本的には図５と同
じ構造であるが、集積回路やマイクロ波回路への応用に
適した構成を示したのが図７である。
【００４４】電子間散乱や他の散乱機構などは、電子波
素子の電流に非干渉性成分をもたらす。本発明の主要な
構成は、電子のバンドのスピン分裂により電子間散乱が
おさえられる方位に電子波素子を配置することであり、
こうした配置の例として（１００）面上ＧａＡｓ／Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ変調ドープヘテロ接合の〔１１０〕や
〔１１１〕の方位がある。このスピン分裂による電子間
散乱の減少が電子波素子特性の非干渉性の成分を減少さ
せることを示したのが図６である。
素子の電流に非干渉性成分をもたらす。本発明の主要な
構成は、電子のバンドのスピン分裂により電子間散乱が
おさえられる方位に電子波素子を配置することであり、
こうした配置の例として（１００）面上ＧａＡｓ／Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ変調ドープヘテロ接合の〔１１０〕や
〔１１１〕の方位がある。このスピン分裂による電子間
散乱の減少が電子波素子特性の非干渉性の成分を減少さ
せることを示したのが図６である。
【００４５】〔実施例２〕図８は量子細線型の電子スピ
ン偏極素子の実施例を示す図である。両スピン配向のホ
ットエレクトロンが素子の注入チャネルから偏極チャネ
ルに注入されるが、偏極チャネルから出てくる電子はス
ピン偏極され一方のスピン配向のみになる。この素子
は、スピン論理を基本にした素子や、種々の電子素子、
光素子に利用できる。
ン偏極素子の実施例を示す図である。両スピン配向のホ
ットエレクトロンが素子の注入チャネルから偏極チャネ
ルに注入されるが、偏極チャネルから出てくる電子はス
ピン偏極され一方のスピン配向のみになる。この素子
は、スピン論理を基本にした素子や、種々の電子素子、
光素子に利用できる。
【００４６】この素子は通常の電子ビームリソグラフィ
技術によりＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1- x Ａｓ変調ドープＨ
ＥＭＴ構造ウエーハー上に形成される。この素子の動作
原理を示したのが図４である。
技術によりＧａＡｓ／Ａｌx Ｇａ1- x Ａｓ変調ドープＨ
ＥＭＴ構造ウエーハー上に形成される。この素子の動作
原理を示したのが図４である。
【００４７】〔実施例３〕図９はスピン偏極素子と量子
干渉素子を組み合わせた本発明の電子波素子の実施例を
示す図であり、電子注入部としての量子点電極と、偏極
器としての点電極と、ゲートと、検出部としての点電極
からなる。図１０は図９と同じ機能をもつ電子干渉計ト
ランジスタを示す図であり、マイクロ波集積回路用に適
するように多少設計を変えたものである。
干渉素子を組み合わせた本発明の電子波素子の実施例を
示す図であり、電子注入部としての量子点電極と、偏極
器としての点電極と、ゲートと、検出部としての点電極
からなる。図１０は図９と同じ機能をもつ電子干渉計ト
ランジスタを示す図であり、マイクロ波集積回路用に適
するように多少設計を変えたものである。
【００４８】スピン偏極素子と量子干渉素子は、両方と
もエネルギーバンドがスピン分裂した結晶方位（例えば
〔１１０〕方位）に配置する。素子は通常の電子ビーム
リソグラフィ技術により移動度の高いＧａＡｓ／Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ変調ドープＨＥＭＴ構造上に作られるが、
他の形成方法や他の物質（例えばＧａx Ｉｎ1-x Ａｓ／
Ａｌx Ｉｎ1-x Ａｓ）等を使うこともできる。電子ビー
ムリソグラフィとリフトオフ技術を繰り返し使うことに
より、一連のスプリットゲート量子細線電極が素子の表
面に作られる。最初のゲートは電子注入部としてホット
エレクトロンを偏極素子に注入する役目を果たす。この
ホットエレクトロンは、最初スピン偏極されていない
が、偏極器の中で偏極される。スピン偏極された電子
は、素子内を波として伝播し、ゲート電極で波の一部分
の位相が変えられる。ゲート電極に５０ｍＶ程度の電圧
を印加することにより、素子内に干渉効果を起こし、電
流透過率が調節できるようになる。この素子では、同じ
向きにスピン偏極された電子しか注入されず、素子は偏
極器と同じ方向に配置されているので、電子間散乱は大
幅に減少し、非干渉性の電流成分が減少して量子干渉素
子の特性が大きく向上する。
もエネルギーバンドがスピン分裂した結晶方位（例えば
〔１１０〕方位）に配置する。素子は通常の電子ビーム
リソグラフィ技術により移動度の高いＧａＡｓ／Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ変調ドープＨＥＭＴ構造上に作られるが、
他の形成方法や他の物質（例えばＧａx Ｉｎ1-x Ａｓ／
Ａｌx Ｉｎ1-x Ａｓ）等を使うこともできる。電子ビー
ムリソグラフィとリフトオフ技術を繰り返し使うことに
より、一連のスプリットゲート量子細線電極が素子の表
面に作られる。最初のゲートは電子注入部としてホット
エレクトロンを偏極素子に注入する役目を果たす。この
ホットエレクトロンは、最初スピン偏極されていない
が、偏極器の中で偏極される。スピン偏極された電子
は、素子内を波として伝播し、ゲート電極で波の一部分
の位相が変えられる。ゲート電極に５０ｍＶ程度の電圧
を印加することにより、素子内に干渉効果を起こし、電
流透過率が調節できるようになる。この素子では、同じ
向きにスピン偏極された電子しか注入されず、素子は偏
極器と同じ方向に配置されているので、電子間散乱は大
幅に減少し、非干渉性の電流成分が減少して量子干渉素
子の特性が大きく向上する。
【００４９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、スピン分裂した量子細線中のホットキャリア
に対して２つの効果を与えることができる。
によれば、スピン分裂した量子細線中のホットキャリア
に対して２つの効果を与えることができる。
【００５０】ひとつには、一方のスピン配向の電子間散
乱を低減し、他方のスピン配向の電子間散乱を増加させ
ることを可能とするものである。また、散乱の多い一方
のスピン配向を持つ電子（正孔）から散乱の少ない他方
のスピン配向の電子（正孔）への変換を可能とし、ホッ
トキャリアのスピン偏極が自然に生じる素子を提供する
ことができる。
乱を低減し、他方のスピン配向の電子間散乱を増加させ
ることを可能とするものである。また、散乱の多い一方
のスピン配向を持つ電子（正孔）から散乱の少ない他方
のスピン配向の電子（正孔）への変換を可能とし、ホッ
トキャリアのスピン偏極が自然に生じる素子を提供する
ことができる。
【００５１】もうひとつには、量子細線中の電子間散乱
の減少により電子干渉計の非干渉性成分を減らしたり、
量子干渉素子の雑音を少なくすることができる。また、
量子細線中でのホットキャリアの自然なスピン偏極によ
り、他の素子へのスピン偏極電子または正孔の注入がで
きるスピン偏極素子の構成に利用でき、例えば、スピン
↑を「１」、スピン↓を「０」として、スピン偏極され
た電子をスピン論理回路に使うことができる。
の減少により電子干渉計の非干渉性成分を減らしたり、
量子干渉素子の雑音を少なくすることができる。また、
量子細線中でのホットキャリアの自然なスピン偏極によ
り、他の素子へのスピン偏極電子または正孔の注入がで
きるスピン偏極素子の構成に利用でき、例えば、スピン
↑を「１」、スピン↓を「０」として、スピン偏極され
た電子をスピン論理回路に使うことができる。
【００５２】さらに、上記の両効果を一緒にして雑音の
非常に低い電子干渉計を形成することも可能である。す
なわち、本発明によりスピン偏極された電子をスピン分
裂の大きい方向に形成された干渉計の中に注入すると、
注入された電子と同スピン配向の電子に対して散乱が大
幅に減少し、雑音も低減する。
非常に低い電子干渉計を形成することも可能である。す
なわち、本発明によりスピン偏極された電子をスピン分
裂の大きい方向に形成された干渉計の中に注入すると、
注入された電子と同スピン配向の電子に対して散乱が大
幅に減少し、雑音も低減する。
【図１】 電子バンドのスピン分裂と電子間散乱の様子
およびスピン偏極によって散乱確率を低減する原理を説
明するための図である。
およびスピン偏極によって散乱確率を低減する原理を説
明するための図である。
【図２】 種々のIII-Ｖ族半導体結晶内で〔１１０〕方
位の電子エネルギーバンドのスピン分裂の大きさを示す
図である。
位の電子エネルギーバンドのスピン分裂の大きさを示す
図である。
【図３】 種々の結晶方位に配置したＧａＡｓの量子細
線中のスピン偏極した電子の電子間散乱距離を温度の関
数として示す図である。
線中のスピン偏極した電子の電子間散乱距離を温度の関
数として示す図である。
【図４】 電子スピン偏極素子の動作を説明するための
図である。
図である。
【図５】 電子干渉計トランジスタによる本発明の電子
波素子の１実施例を示す図である。
波素子の１実施例を示す図である。
【図６】 図５に示す干渉計のソース・ドレイン電流対
ゲート電圧特性を示す図である。
ゲート電圧特性を示す図である。
【図７】 集積回路やマイクロ波回路用の素子としての
使用に適した電子干渉計トランジスタによる本発明の電
子波素子の１実施例を示す図である。
使用に適した電子干渉計トランジスタによる本発明の電
子波素子の１実施例を示す図である。
【図８】 量子細線型の電子スピン偏極素子の実施例を
示す図である。
示す図である。
【図９】 スピン偏極素子と量子干渉素子を組み合わせ
た本発明の電子波素子の実施例を示す図である。
た本発明の電子波素子の実施例を示す図である。
【図１０】 図９と同じ機能をもつマイクロ波集積回路
に適した電子干渉計トランジスタを示す図である。
に適した電子干渉計トランジスタを示す図である。
１…注入チャネル、２…偏極チャネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−260574（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−132217（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/80 H01L 29/66
Claims (7)
- 【請求項１】 物質と結晶方位からＧａＡｓで〔１１
０〕の方位を除いて、上向きと下向きの両スピン配向に
対する電子または正孔のエネルギーが異なるエネルギー
を持つように物質と結晶方位を選び、ホットキャリアを
注入するように構成したことを特徴とする電子波素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の電子波素子において、両
スピン配向の電子または正孔のエネルギーが異なる結晶
方位に細いチャネルまたは量子細線を１または複数平行
に配置し、出力される電子がスピン偏極を持つようにし
たことを特徴とする電子波素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の電子波素子において、ホ
ットキャリアを注入するソース電極として両スピン配向
の電子または正孔のエネルギーが異なる結晶方位に１つ
の細いチャネル、量子井戸、電子導波路または量子細線
を配置すると共に、そのソース電極の先にさらに両スピ
ン配向の電子または正孔のエネルギーが異なる結晶方位
へチャネルまたは細線の幅を広げるか、あるいは２つ以
上のチャネルを設け、広げられたチャネルまたは複数の
チャネルの一部にゲート電極を重ね、さらにこれらの電
子または正孔のチャネルをドレイン電極で再び結合する
ことにより量子干渉素子を構成したことを特徴とする電
子波素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の電子波素子をIII-Ｖ族半
導体を用いた変調ドープ量子井戸またはヘテロ接合構造
の上に形成したことを特徴とする電子波素子。 - 【請求項５】 請求項１記載の電子波素子において、両
スピン配向の電子または正孔のエネルギーが異なる結晶
方位にまず細いチャネルまたは量子細線を配置し、その
先に同じようなスピン分裂を持つ２つめのチャネルまた
は量子細線を１または複数配置して２つめのチャネルま
たは量子細線に加える電位によって電子または正孔の透
過率を変調する量子干渉素子を構成したことを特徴とす
る電子波素子。 - 【請求項６】 請求項５記載の電子波素子において、量
子干渉素子をIII-Ｖ族半導体を用いた変調ドープ量子井
戸またはヘテロ接合構造の上に形成したことを特徴とす
る電子波素子。 - 【請求項７】 請求項１記載の電子波素子において、上
向きスピンと下向きスピンをそれぞれ論理回路の「１」
と「０」またはその逆の関係に対応させたことを特徴と
する電子波素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31185392A JP3086350B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 電子波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31185392A JP3086350B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 電子波素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163927A JPH06163927A (ja) | 1994-06-10 |
| JP3086350B2 true JP3086350B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=18022208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31185392A Expired - Fee Related JP3086350B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 電子波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3086350B2 (ja) |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP31185392A patent/JP3086350B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06163927A (ja) | 1994-06-10 |
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