JPH0463540B2 - - Google Patents
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- JPH0463540B2 JPH0463540B2 JP56032894A JP3289481A JPH0463540B2 JP H0463540 B2 JPH0463540 B2 JP H0463540B2 JP 56032894 A JP56032894 A JP 56032894A JP 3289481 A JP3289481 A JP 3289481A JP H0463540 B2 JPH0463540 B2 JP H0463540B2
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- electron
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- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は新しい原理に基づく超高速の電子ス
イツチおよび電子論理演算機能を有する半導体素
子を提供することを目的としている。
イツチおよび電子論理演算機能を有する半導体素
子を提供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図において、１はガリウム・ヒ素
（GaAs）基板、２ａ，２ｂ，２ｃおよび３ａ，
３ｂはそれぞれGaAs基板１上に連続的にエピタ
キシヤル成長で形成されたガリウム・アルミニウ
ム・ヒ素（GaxAl1-xAs）層とGaAs層、４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄは電流注入用に形成された不純
物（例えば亜鉛）拡散領域、５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄは電流注入用電極、６ａ，６ｂは制御用電極
である。
る。第１図において、１はガリウム・ヒ素
（GaAs）基板、２ａ，２ｂ，２ｃおよび３ａ，
３ｂはそれぞれGaAs基板１上に連続的にエピタ
キシヤル成長で形成されたガリウム・アルミニウ
ム・ヒ素（GaxAl1-xAs）層とGaAs層、４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄは電流注入用に形成された不純
物（例えば亜鉛）拡散領域、５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄは電流注入用電極、６ａ，６ｂは制御用電極
である。
次に、本発明による素子の基本原理について説
明する。第１図に示した５つのエピタキシヤル層
２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂの各層の不純物ド
ーピング量と電子移動度の関係および伝導帯のバ
ンドエツジエネルギーの変化を第２図に示す。第
２図ａに示すように、GaAlAs層２ａ，２ｂ，２
ｃへのドーピング量をGaAs層３ａ，３ｂのドー
ピング量より十分大きくすると、電子移動度は、
ドーピング量に対応して、第２図ｂに示すよう
に、GaAs層３ａ，３ｂで大きく、GaAlAs層２
ａ，２ｂ，２ｃは非常に小さくなる。一方、伝導
帯のバンドエツジエネルギーは、第２図ｃに示す
様に、GaAs層３ａ，３ｂで低く、GaAlAs層２
ａ，２ｂ，２ｃで高くなる。従つて、異る２つの
層のフエルミレベルが一致するまで、GaAlAs層
２ａ，２ｂ，２ｃの電子は、ポテンシヤルの低い
GaAs層３ａ，３ｂへこぼれおちる。この結果、
GaAlAs層２ａ，２ｂ，２ｃには伝導電子が無く
なり、この層は絶縁層と見做すことができる。
明する。第１図に示した５つのエピタキシヤル層
２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂの各層の不純物ド
ーピング量と電子移動度の関係および伝導帯のバ
ンドエツジエネルギーの変化を第２図に示す。第
２図ａに示すように、GaAlAs層２ａ，２ｂ，２
ｃへのドーピング量をGaAs層３ａ，３ｂのドー
ピング量より十分大きくすると、電子移動度は、
ドーピング量に対応して、第２図ｂに示すよう
に、GaAs層３ａ，３ｂで大きく、GaAlAs層２
ａ，２ｂ，２ｃは非常に小さくなる。一方、伝導
帯のバンドエツジエネルギーは、第２図ｃに示す
様に、GaAs層３ａ，３ｂで低く、GaAlAs層２
ａ，２ｂ，２ｃで高くなる。従つて、異る２つの
層のフエルミレベルが一致するまで、GaAlAs層
２ａ，２ｂ，２ｃの電子は、ポテンシヤルの低い
GaAs層３ａ，３ｂへこぼれおちる。この結果、
GaAlAs層２ａ，２ｂ，２ｃには伝導電子が無く
なり、この層は絶縁層と見做すことができる。
次に、第１図の電極５ａ，５ｂに電圧を印加
し、電子チヤンネル層を構成するGaAs層３ａに
電子を注入する場合を考える。電子の平均自由行
程に較べ電子チヤンネル層３ａの厚さが十分小い
場合には、電子チヤンネル層３ａ内の電子のふる
まいは、電子波動関数で記述できる。すなわち、
光波の光導波路中の伝搬と同様に取り扱うことが
出来る。２つの電子チヤンネル層３ａ，３ｂにト
ンネル効果による結合がある場合には、これらの
電子チヤンネル中を伝搬する電子波のふるまい
は、下記の結合波方程式で記述できる。すなわ
ち、２本の電子チヤンネル層３ａ，３ｂを伝搬す
る電子波の存在確率振幅をＡ（Ｚ），Ｂ（Ｚ）とす
ると、それらの伝搬（Ｚ方向）に対する変化は次
式で与えられる。
し、電子チヤンネル層を構成するGaAs層３ａに
電子を注入する場合を考える。電子の平均自由行
程に較べ電子チヤンネル層３ａの厚さが十分小い
場合には、電子チヤンネル層３ａ内の電子のふる
まいは、電子波動関数で記述できる。すなわち、
光波の光導波路中の伝搬と同様に取り扱うことが
出来る。２つの電子チヤンネル層３ａ，３ｂにト
ンネル効果による結合がある場合には、これらの
電子チヤンネル中を伝搬する電子波のふるまい
は、下記の結合波方程式で記述できる。すなわ
ち、２本の電子チヤンネル層３ａ，３ｂを伝搬す
る電子波の存在確率振幅をＡ（Ｚ），Ｂ（Ｚ）とす
ると、それらの伝搬（Ｚ方向）に対する変化は次
式で与えられる。
dA（Ｚ）／dZ＝KB（Ｚ）ｅ−ｉ△ｚ
……(1)
dB（Ｚ）／dZ＝−KA（Ｚ）ｅ＋ｉ△ｚ
……(2)
ここで、△は２本の電子チヤンネルの伝搬電子波
の波数のｚ成分の差（すなわち２本の電子チヤン
ネルの位相整合からのずれ）を表わし、２本の電
子チヤンネルがそれぞれ独立（互いにトンネル効
果による結合がない）に存在するとき、その中を
伝搬する電子波の伝搬定数をβa，βbとすれば △＝βa−βb ……(3) で与えられる。Ｋは２本の電子チヤンネル間の結
合係数で、チヤンネルの厚さ、チヤンネル間の距
離およびポテンシヤルの関数である。△＝０、す
なわち位相整合条件のもとでは、式(1)、(2)の解は
次式で与えられる。
の波数のｚ成分の差（すなわち２本の電子チヤン
ネルの位相整合からのずれ）を表わし、２本の電
子チヤンネルがそれぞれ独立（互いにトンネル効
果による結合がない）に存在するとき、その中を
伝搬する電子波の伝搬定数をβa，βbとすれば △＝βa−βb ……(3) で与えられる。Ｋは２本の電子チヤンネル間の結
合係数で、チヤンネルの厚さ、チヤンネル間の距
離およびポテンシヤルの関数である。△＝０、す
なわち位相整合条件のもとでは、式(1)、(2)の解は
次式で与えられる。
Ａ（Ｚ）＝Ao cos（Kz） ……(4)
Ｂ（Ｚ）＝Ao sin（Kz） ……(5)
ここで、境界条件として電子チヤンネル３ａのみ
に電子を注入すると仮定したので、ｚ＝０でＡ
（０）＝A0、Ｂ（０）＝０とおいた。各電子チヤン
ネルを流れる電流は Ia（ｚ）＝（Ａ（ｚ））2＝A02cos2（Kz） ……(6) Ib（ｚ）＝（Ｂ（ｚ））2＝A02sin2（Kz） ……(7) となる。上式より、電子チヤンネル結合部の始端
において電子チヤンネル３ａに注入された電子
は、チヤンネル結合部を伝搬するに従つて、しだ
いに電子チヤンネル３ｂに移行し、ｚ＝π2Kの
距離において電子チヤンネル３ａの電子は完全に
電子チヤンネル３ｂへ移る。その後は逆に電子チ
ヤンネル３ｂの電子が電子チヤンネル３ａのほう
に再移行され、前と同じ距離だけ伝搬すると、電
子チヤンネル３ｂの電子は完全にもとの電子チヤ
ンネル３ａへ戻る。以下、周期的に電子チヤンネ
ル３ａ，３ｂ間で電子の授受がくりかえされる。
に電子を注入すると仮定したので、ｚ＝０でＡ
（０）＝A0、Ｂ（０）＝０とおいた。各電子チヤン
ネルを流れる電流は Ia（ｚ）＝（Ａ（ｚ））2＝A02cos2（Kz） ……(6) Ib（ｚ）＝（Ｂ（ｚ））2＝A02sin2（Kz） ……(7) となる。上式より、電子チヤンネル結合部の始端
において電子チヤンネル３ａに注入された電子
は、チヤンネル結合部を伝搬するに従つて、しだ
いに電子チヤンネル３ｂに移行し、ｚ＝π2Kの
距離において電子チヤンネル３ａの電子は完全に
電子チヤンネル３ｂへ移る。その後は逆に電子チ
ヤンネル３ｂの電子が電子チヤンネル３ａのほう
に再移行され、前と同じ距離だけ伝搬すると、電
子チヤンネル３ｂの電子は完全にもとの電子チヤ
ンネル３ａへ戻る。以下、周期的に電子チヤンネ
ル３ａ，３ｂ間で電子の授受がくりかえされる。
電子チヤンネル間の電子の交換周期がπ／2K
であることから、電子チヤンネル間の結合係数Ｋ
をなんらかの手段で変化できれば、チヤンネル結
合部の始端において電子チヤンネル３ａに注入さ
れた電子をそのままチヤンネル３ａから取り出し
たり、チヤンネル３ｂから取り出したり出来る。
これは、電子チヤンネルの途中に制御用電極６
ａ，６ｂを設けることにより可能となる。すなわ
ち、制御用電極６ａ，６ｂのいずれか一方、ある
いはその両方に電圧を印加することにより、電子
チヤンネル３ａ，３ｂおよびその間の障壁２ｂの
ポテンシヤルを変えることができる。このポテン
シヤル変化は、結局、電子チヤンネル間の結合係
数Ｋを変えるので、上述の様に、２つの電子チヤ
ンネル間の電子（電流）のスイツチングが可能と
なる。また、制御用電極６ａ，６ｂへの印加電圧
（情報）に対応して、複数の電子チヤンネル間の
電子移行も可能で、これを利用して電子論理演算
素子として機能させることもできる。
であることから、電子チヤンネル間の結合係数Ｋ
をなんらかの手段で変化できれば、チヤンネル結
合部の始端において電子チヤンネル３ａに注入さ
れた電子をそのままチヤンネル３ａから取り出し
たり、チヤンネル３ｂから取り出したり出来る。
これは、電子チヤンネルの途中に制御用電極６
ａ，６ｂを設けることにより可能となる。すなわ
ち、制御用電極６ａ，６ｂのいずれか一方、ある
いはその両方に電圧を印加することにより、電子
チヤンネル３ａ，３ｂおよびその間の障壁２ｂの
ポテンシヤルを変えることができる。このポテン
シヤル変化は、結局、電子チヤンネル間の結合係
数Ｋを変えるので、上述の様に、２つの電子チヤ
ンネル間の電子（電流）のスイツチングが可能と
なる。また、制御用電極６ａ，６ｂへの印加電圧
（情報）に対応して、複数の電子チヤンネル間の
電子移行も可能で、これを利用して電子論理演算
素子として機能させることもできる。
第１図はこの発明の一実施例による半導体素子
の構成を示す断面側面図、第２図はこの発明の原
理を説明するための図である。 １……ガリウム・ヒ素（GaAs）基板、２ａ，
２ｂ，２ｃ……ガリウム・アルミニウム・ヒ素
（GaAlAs）層、３ａ，３ｂ……ガリウム・ヒ素
（GaAs）層（電子チヤンネル層）、４ａ〜４ｄ…
…不純物拡散領域、５ａ〜５ｄ……電流注入用電
極、６ａ，６ｂ……制御用電極。
の構成を示す断面側面図、第２図はこの発明の原
理を説明するための図である。 １……ガリウム・ヒ素（GaAs）基板、２ａ，
２ｂ，２ｃ……ガリウム・アルミニウム・ヒ素
（GaAlAs）層、３ａ，３ｂ……ガリウム・ヒ素
（GaAs）層（電子チヤンネル層）、４ａ〜４ｄ…
…不純物拡散領域、５ａ〜５ｄ……電流注入用電
極、６ａ，６ｂ……制御用電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 伝導帯のバンドエツジエネルギーが低く、始
端から注入された電子が終端に向かつて伝搬する
２つの電子チヤンネル層及びこれらの電子チヤン
ネル層間に形成された伝導帯のバンドエツジエネ
ルギーが高い障壁層を有し、電子チヤンネル層を
伝搬する電子のふるまいが下記式で表される多層
半導体層と、この多層半導体層の表面に形成さ
れ、前記２つの電子チヤンネル層のそれぞれに前
記電子を供給する複数の電流注入用電極と、前記
多層半導体層の表面に形成され、この多層半導体
層に電圧を印加し、前記電子チヤンネル間にチヤ
ンネル結合部を形成する長さπ／2Kの制御用電
極とを備え、前記チヤンネル結合部において、あ
るチヤンネル層を伝搬する電子を他のチヤンネル
層へ移行することを特徴とする半導体素子。 dA（Ｚ）／dZ＝KB（Ｚ）e-i△z ……(1) dB（Ｚ）−／dZ＝KA（Ｚ）e+i△z ……(2) ここで、Ａ（Ｚ）、Ｂ（Ｚ）：２つの電子チヤンネル
層を伝搬する電子波の存在確率振幅 Ｋ：２つの電子チヤンネル間の結合係数 △：２つの電子チヤンネルを伝搬する電子波の伝
搬定数の差 Ｚ：電子の伝搬方向
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56032894A JPS57147272A (en) | 1981-03-06 | 1981-03-06 | Semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56032894A JPS57147272A (en) | 1981-03-06 | 1981-03-06 | Semiconductor element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57147272A JPS57147272A (en) | 1982-09-11 |
| JPH0463540B2 true JPH0463540B2 (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=12371589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56032894A Granted JPS57147272A (en) | 1981-03-06 | 1981-03-06 | Semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57147272A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60231367A (ja) * | 1984-04-28 | 1985-11-16 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS63501841A (ja) * | 1985-12-20 | 1988-07-28 | ジ・アップジョン・カンパニ− | 組織プラスミノ−ゲンアクチベ−タ−（ｔｐａ）同族体 |
| GB9226847D0 (en) * | 1992-12-23 | 1993-02-17 | Hitachi Europ Ltd | Complementary conductive device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52105785A (en) * | 1976-02-27 | 1977-09-05 | Max Planck Gesellschaft | Multiilayer semiconductor element |
-
1981
- 1981-03-06 JP JP56032894A patent/JPS57147272A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52105785A (en) * | 1976-02-27 | 1977-09-05 | Max Planck Gesellschaft | Multiilayer semiconductor element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57147272A (en) | 1982-09-11 |
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