JPH0621480A - 量子干渉素子 - Google Patents
量子干渉素子Info
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- JPH0621480A JPH0621480A JP19489592A JP19489592A JPH0621480A JP H0621480 A JPH0621480 A JP H0621480A JP 19489592 A JP19489592 A JP 19489592A JP 19489592 A JP19489592 A JP 19489592A JP H0621480 A JPH0621480 A JP H0621480A
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- JP
- Japan
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- quantum interference
- interference device
- potential
- gate
- periodic structure
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】低次のブラッグ条件を用いて高効率に電子波の
変調が行える作成容易な量子干渉素子である。 【構成】ソース８、ドレイン１０、ゲート１３が設けら
れ、ゲート電極１３付近にポテンシャルの周期構造を持
つ。電子波が伝播するチャンネル３、５が２つあり、少
なくとも片方のチャンネルを伝播する電子波の波数がゲ
ート電極１３によって変調される。上のチャンネル５を
伝播しようとする電子波は溝部１１、１２によりその伝
播が阻止される。
変調が行える作成容易な量子干渉素子である。 【構成】ソース８、ドレイン１０、ゲート１３が設けら
れ、ゲート電極１３付近にポテンシャルの周期構造を持
つ。電子波が伝播するチャンネル３、５が２つあり、少
なくとも片方のチャンネルを伝播する電子波の波数がゲ
ート電極１３によって変調される。上のチャンネル５を
伝播しようとする電子波は溝部１１、１２によりその伝
播が阻止される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、将来の超高速、超低消
費電力の演算装置や記憶保持装置などの基本素子となる
電子波の干渉性を利用した素子に関するものである。特
に、このような量子干渉素子の中で、電子チャンネル付
近、あるいはチャンネル内に周期構造を設けて周期ポテ
ンシャル構造をつけた界面伝導型の干渉素子に関するも
のである。
費電力の演算装置や記憶保持装置などの基本素子となる
電子波の干渉性を利用した素子に関するものである。特
に、このような量子干渉素子の中で、電子チャンネル付
近、あるいはチャンネル内に周期構造を設けて周期ポテ
ンシャル構造をつけた界面伝導型の干渉素子に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、メタル・オキサイド・セミコンダ
クタ電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）やメタル
・セミコンダクタ電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥ
Ｔ）において、電子の流れるチャンネル部に電子の流れ
る方向と垂直方向に周期を持つポテンシャルの周期構造
を設けた構造が提案されている。
クタ電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）やメタル
・セミコンダクタ電界効果型トランジスタ（ＭＥＳＦＥ
Ｔ）において、電子の流れるチャンネル部に電子の流れ
る方向と垂直方向に周期を持つポテンシャルの周期構造
を設けた構造が提案されている。
【０００３】この様なソース・ドレイン間のチャンネル
に電子の流れる方向にポテンシャルの周期構造を設け
る、所謂ラテラル超格子のアイデアは最初にＨ．Ｓａｋ
ａｋｉらによってなされた。Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆ
ｉｌｍｓ ３６（１９７６）ｐ．４９７にポテンシャル
の周期構造を設けることにより、電子の波長が周期構造
によるブラッグ条件を満たすという条件の付近でソース
・ドレイン間のコンダクタンスに負性抵抗が現れること
が予測された。更には、Ｋ．Ｉｓｍａｉｌらによって、
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ５
４（１９８９）ｐ．４６０において、周期構造を持った
ゲート電極によって電子の波長を制御してブラッグ条件
を変化させることにより、ゲート印加電圧に対するソー
ス・ドレイン間のコンダクタンスに負のトランス・コン
ダクタンスが出現することが実際に確かめられた。
に電子の流れる方向にポテンシャルの周期構造を設け
る、所謂ラテラル超格子のアイデアは最初にＨ．Ｓａｋ
ａｋｉらによってなされた。Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆ
ｉｌｍｓ ３６（１９７６）ｐ．４９７にポテンシャル
の周期構造を設けることにより、電子の波長が周期構造
によるブラッグ条件を満たすという条件の付近でソース
・ドレイン間のコンダクタンスに負性抵抗が現れること
が予測された。更には、Ｋ．Ｉｓｍａｉｌらによって、
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ５
４（１９８９）ｐ．４６０において、周期構造を持った
ゲート電極によって電子の波長を制御してブラッグ条件
を変化させることにより、ゲート印加電圧に対するソー
ス・ドレイン間のコンダクタンスに負のトランス・コン
ダクタンスが出現することが実際に確かめられた。
【０００４】図６に、Ｈ．Ｓａｋａｋｉらによって提案
されＫ．Ｉｓｍａｉｌによって動作が確認された量子干
渉型ＦＥＴの模式図を示す。この量子干渉素子に於いて
はゲート電極Ｇの周期構造の周期をΛとし、チャンネル
中を走る電子の波数ベクトルのソースＳ・ドレインＤ方
向の成分をｋzとすると、ブラッグ条件は ２・ｋz＝ｍ・２π／Λ （１） と表される。但し、ｍは整数である。いま、ＧａＡｓ／
ｎ−ＡｌＧａＡｓヘテロ界面に形成された２次元電子を
考え、周期構造の周期のある方向（ｚ方向）に伝播する
電子を考え、フェルミエネルギーが１０ｍｅＶで面電荷
密度が２．８×１０11ｃｍ-2であると仮定すれば、ｋz
はおよそ ｋz＝１．３３×１０6ｃｍ−１ （２） となる。
されＫ．Ｉｓｍａｉｌによって動作が確認された量子干
渉型ＦＥＴの模式図を示す。この量子干渉素子に於いて
はゲート電極Ｇの周期構造の周期をΛとし、チャンネル
中を走る電子の波数ベクトルのソースＳ・ドレインＤ方
向の成分をｋzとすると、ブラッグ条件は ２・ｋz＝ｍ・２π／Λ （１） と表される。但し、ｍは整数である。いま、ＧａＡｓ／
ｎ−ＡｌＧａＡｓヘテロ界面に形成された２次元電子を
考え、周期構造の周期のある方向（ｚ方向）に伝播する
電子を考え、フェルミエネルギーが１０ｍｅＶで面電荷
密度が２．８×１０11ｃｍ-2であると仮定すれば、ｋz
はおよそ ｋz＝１．３３×１０6ｃｍ−１ （２） となる。
【０００５】ブラッグ反射が最も高効率に起こるのはｍ
が１のとき、つまり、波数ｋzの電子波が周期構造で２
π／Λなる変調を受けて、波数ｋzの電子波にカップリ
ングするときである。このときのΛの大きさを見積もっ
てみると（１）、（２）式から Λ＝２３．６（ｎｍ） （３） となる。つまり、ブラッグ反射条件で高効率に電子波を
変調しようとすると非常に細かいピッチを持った周期構
造を作製しなければならないことになる。
が１のとき、つまり、波数ｋzの電子波が周期構造で２
π／Λなる変調を受けて、波数ｋzの電子波にカップリ
ングするときである。このときのΛの大きさを見積もっ
てみると（１）、（２）式から Λ＝２３．６（ｎｍ） （３） となる。つまり、ブラッグ反射条件で高効率に電子波を
変調しようとすると非常に細かいピッチを持った周期構
造を作製しなければならないことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】従来、このタイプ
の量子干渉素子では、２００ナノメータ位の比較的大き
な周期構造を光干渉露光法、あるいはエレクトロン・ビ
ーム直接露光法によって作成していた。しかしながら、
従来例のような大きな周期構造では高次のブラッグ反射
条件を用いているため、次の様な問題があった。即ち、
電子波の反射の効率が悪かったり、ゲート電極で電子数
の変調を行いながらコンダクタンスを測定すると色々な
次数のブラッグ反射条件が出てくるため、電子数の上昇
に伴うコンダクタンスの上昇と色々な次数のブラッグ条
件でのコンダクタンスの減少が伴った図７の様なコンダ
クタンスのゲート電圧（Ｖgs）依存性が見られていた。
なお、図７中、Ｉdsはソース・ドレイン間電流、Ｖdsは
ソース・ドレイン間電圧であり、この測定は４．２Ｋの
温度下で行われた。このため、このタイプの量子干渉素
子を実際の機能素子に応用することは、特性が複雑なこ
とから困難であった。
の量子干渉素子では、２００ナノメータ位の比較的大き
な周期構造を光干渉露光法、あるいはエレクトロン・ビ
ーム直接露光法によって作成していた。しかしながら、
従来例のような大きな周期構造では高次のブラッグ反射
条件を用いているため、次の様な問題があった。即ち、
電子波の反射の効率が悪かったり、ゲート電極で電子数
の変調を行いながらコンダクタンスを測定すると色々な
次数のブラッグ反射条件が出てくるため、電子数の上昇
に伴うコンダクタンスの上昇と色々な次数のブラッグ条
件でのコンダクタンスの減少が伴った図７の様なコンダ
クタンスのゲート電圧（Ｖgs）依存性が見られていた。
なお、図７中、Ｉdsはソース・ドレイン間電流、Ｖdsは
ソース・ドレイン間電圧であり、この測定は４．２Ｋの
温度下で行われた。このため、このタイプの量子干渉素
子を実際の機能素子に応用することは、特性が複雑なこ
とから困難であった。
【０００７】従って、本発明の目的は、現在の技術でも
容易に作製でき、かつ低次のブラッグ条件を用いるため
に高効率に電子波の変調を行えるという利点を有する量
子干渉素子を提供することにある。
容易に作製でき、かつ低次のブラッグ条件を用いるため
に高効率に電子波の変調を行えるという利点を有する量
子干渉素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する本発明
の量子干渉素子では、ソース、ドレイン、ゲートを有し
ゲート電極付近にポテンシャルの周期構造を持つラテラ
ル超格子型の量子干渉素子において、電子波が伝播する
チャンネルが２つあり、少なくとも片方のチャンネルを
伝播する電子波の波数が前記ゲート電極によって変調さ
れる構造を持つことを特徴とする。
の量子干渉素子では、ソース、ドレイン、ゲートを有し
ゲート電極付近にポテンシャルの周期構造を持つラテラ
ル超格子型の量子干渉素子において、電子波が伝播する
チャンネルが２つあり、少なくとも片方のチャンネルを
伝播する電子波の波数が前記ゲート電極によって変調さ
れる構造を持つことを特徴とする。
【０００９】より具体的には、前記量子干渉素子におい
てゲート電極に印加される電圧を変調したとき前記チャ
ンネルを伝播する電子波の波数の差が前記ポテンシャル
の周期構造の周期の逆数に２πを乗じたものの整数倍と
なりうるように設計されたり、前記量子干渉素子に於
て、前記ソースと前記ゲートとの間、および前記ゲート
と前記ドレインとの間に前記２つのチャンネルのうち片
方のチャンネルのみに電子波を伝播させるための溝部、
イオン注入部、あるいはショットキー電極構造を持った
り、前記ポテンシャルの周期構造が前記２つのチャンネ
ル付近に形成されたエッチングされたグレーティングに
よって構成されたり、前記ポテンシャルの周期構造が前
記２つのチャンネル付近に形成された周期的にイオンを
注入したことによるグレーティングによって構成された
り、前記ポテンシャルの周期構造が結晶成長中に形成さ
れた周期的なポテンシャル構造によって形成されたりす
る。
てゲート電極に印加される電圧を変調したとき前記チャ
ンネルを伝播する電子波の波数の差が前記ポテンシャル
の周期構造の周期の逆数に２πを乗じたものの整数倍と
なりうるように設計されたり、前記量子干渉素子に於
て、前記ソースと前記ゲートとの間、および前記ゲート
と前記ドレインとの間に前記２つのチャンネルのうち片
方のチャンネルのみに電子波を伝播させるための溝部、
イオン注入部、あるいはショットキー電極構造を持った
り、前記ポテンシャルの周期構造が前記２つのチャンネ
ル付近に形成されたエッチングされたグレーティングに
よって構成されたり、前記ポテンシャルの周期構造が前
記２つのチャンネル付近に形成された周期的にイオンを
注入したことによるグレーティングによって構成された
り、前記ポテンシャルの周期構造が結晶成長中に形成さ
れた周期的なポテンシャル構造によって形成されたりす
る。
【００１０】
【実施例】図１に本発明の第一の実施例を表す構成図を
示す。まず、本発明の原理の概略を述べる。従来例のラ
テラル超格子型の干渉素子と異なり、本発明の干渉素子
では基板１垂直方向に２つの伝導チャンネル３，５を持
っている。また、ソース８とドレイン電極１０付近には
エッチングによって溝１１，１２が掘ってあって、その
表面付近のフェルミレベルはバンドギャップの中央部に
ピンニングされる為、酸化などにより上側のチャンネル
５のみが空乏化している。このため、ソース電極８から
は下側のチャンネル３のみに電子波が流れ、ドレイン電
極１０には下側のチャンネル３のみを流れてきた電子波
のみが到達するようになっている。
示す。まず、本発明の原理の概略を述べる。従来例のラ
テラル超格子型の干渉素子と異なり、本発明の干渉素子
では基板１垂直方向に２つの伝導チャンネル３，５を持
っている。また、ソース８とドレイン電極１０付近には
エッチングによって溝１１，１２が掘ってあって、その
表面付近のフェルミレベルはバンドギャップの中央部に
ピンニングされる為、酸化などにより上側のチャンネル
５のみが空乏化している。このため、ソース電極８から
は下側のチャンネル３のみに電子波が流れ、ドレイン電
極１０には下側のチャンネル３のみを流れてきた電子波
のみが到達するようになっている。
【００１１】ゲート電極１３の下ではゲート電極１３に
印加する電圧によって上側のチャンネル５の電子濃度が
変調されるようになっている。いま、上側および下側の
チャンネル５，３の電子濃度をそれぞれ、Ｎ
S,UW（Ｖg），ＮS,LWとし、ゲート電極１３付近の周期
構造の周期をΛとする。このときの上側、及び下側のチ
ャンネル５，３を走る電子の波数はそれぞれ次の式の様
に表される。 ｋz,UW（Ｖg）＝［２πＮS,UW（Ｖg）］1/2 （４） ｋz,LW＝［２πＮS,LW］1/2 （５） いま、ゲート電圧を順方向に徐々に印加していくと
（４）式から上側のチャンネル５の波数は徐々に大きく
なる。この際、最低次の位相整合の条件、つまり、次式
において ｋz,LW−ｋz,UW（Ｖg）＝ｍ・２π／Λ （６） ｍ＝＋１またはｍ＝−１を満たす条件になると、下側の
チャンネル３を伝播してきた電子波は周期構造による摂
動を受け、上側のチャンネル５にカップリングするよう
になる。このため、ちょうど光回路に於ける方向性結合
器のように電子波はドレイン１３方向へ伝播するにつれ
て、その波動関数が上のチャンネル５に局在したり下の
チャンネル３に局在したりを繰り返すようになる。
印加する電圧によって上側のチャンネル５の電子濃度が
変調されるようになっている。いま、上側および下側の
チャンネル５，３の電子濃度をそれぞれ、Ｎ
S,UW（Ｖg），ＮS,LWとし、ゲート電極１３付近の周期
構造の周期をΛとする。このときの上側、及び下側のチ
ャンネル５，３を走る電子の波数はそれぞれ次の式の様
に表される。 ｋz,UW（Ｖg）＝［２πＮS,UW（Ｖg）］1/2 （４） ｋz,LW＝［２πＮS,LW］1/2 （５） いま、ゲート電圧を順方向に徐々に印加していくと
（４）式から上側のチャンネル５の波数は徐々に大きく
なる。この際、最低次の位相整合の条件、つまり、次式
において ｋz,LW−ｋz,UW（Ｖg）＝ｍ・２π／Λ （６） ｍ＝＋１またはｍ＝−１を満たす条件になると、下側の
チャンネル３を伝播してきた電子波は周期構造による摂
動を受け、上側のチャンネル５にカップリングするよう
になる。このため、ちょうど光回路に於ける方向性結合
器のように電子波はドレイン１３方向へ伝播するにつれ
て、その波動関数が上のチャンネル５に局在したり下の
チャンネル３に局在したりを繰り返すようになる。
【００１２】いま、その周期の半分の長さ（結合長と呼
ぶことにする）がちょうどゲート１３長に一致したとす
ると、電子波が上のチャンネル５に局在したときにドレ
イン１０側のエッチング部１２に電子波が到達し、電子
波はソース８側へ全反射されることになる。その結果、
上側のチャンネル５が空乏化しているときに比べてソー
ス８・ドレイン１０間のコンダクタンスは減少する。つ
まり、（６）式の条件を満たす時にのみソース８・ドレ
イン１０間のコンダクタンスが大きく変化する。
ぶことにする）がちょうどゲート１３長に一致したとす
ると、電子波が上のチャンネル５に局在したときにドレ
イン１０側のエッチング部１２に電子波が到達し、電子
波はソース８側へ全反射されることになる。その結果、
上側のチャンネル５が空乏化しているときに比べてソー
ス８・ドレイン１０間のコンダクタンスは減少する。つ
まり、（６）式の条件を満たす時にのみソース８・ドレ
イン１０間のコンダクタンスが大きく変化する。
【００１３】次に、実際に作製したデバイスを元に本実
施例を詳しく説明する。図２は本発明の第一の実施例の
成膜構造を表した図である。成膜は、分子線エピタキシ
ャル（ＭＢＥ）法によって、セミインシュレートＧａＡ
ｓ基板１上に、順次、ＧａＡｓバッファ層２１を１μ
ｍ、ｉ（イントリンシック）−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２
を３０００Å、シリコンが１×１０18（ｃｍ-3）ドープ
されたｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２を４００Å、ｉ−Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２を１００Å、ｉ−ＧａＡｓ層３を
２００Å、ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層４を３０Å、ｉ−
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層６を１００Å、シリコンが１×１
０18（ｃｍ-3）ドープされたｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層
６を８００Å、ｉ−ＧａＡｓキャップ層２２を１００Å
積層して行われる。
施例を詳しく説明する。図２は本発明の第一の実施例の
成膜構造を表した図である。成膜は、分子線エピタキシ
ャル（ＭＢＥ）法によって、セミインシュレートＧａＡ
ｓ基板１上に、順次、ＧａＡｓバッファ層２１を１μ
ｍ、ｉ（イントリンシック）−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２
を３０００Å、シリコンが１×１０18（ｃｍ-3）ドープ
されたｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２を４００Å、ｉ−Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層２を１００Å、ｉ−ＧａＡｓ層３を
２００Å、ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層４を３０Å、ｉ−
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層６を１００Å、シリコンが１×１
０18（ｃｍ-3）ドープされたｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層
６を８００Å、ｉ−ＧａＡｓキャップ層２２を１００Å
積層して行われる。
【００１４】次に、およそ１５００Åだけソース、ドレ
イン及びチャネル領域以外をウェット・エッチングする
ことによりソース８、ドレイン１０、およびチャンネル
領域を形成した後、更に、ウエット・エッチングによっ
てソース８およびドレイン１０領域近くに溝１１，１２
を形成する。この溝の深さはおよそ５００Åとすること
によって、上側のチャンネル５のみを空乏化して下側の
チャンネル３にのみ電子波が流れるようにさせるもので
ある。次に、真空蒸着法によりＡｕＧｅ／Ａｕ電極８、
１０を形成した後、４００℃に加熱してＧｅ拡散領域
７、９を形成し、ソースおよびドレイン領域とする。
イン及びチャネル領域以外をウェット・エッチングする
ことによりソース８、ドレイン１０、およびチャンネル
領域を形成した後、更に、ウエット・エッチングによっ
てソース８およびドレイン１０領域近くに溝１１，１２
を形成する。この溝の深さはおよそ５００Åとすること
によって、上側のチャンネル５のみを空乏化して下側の
チャンネル３にのみ電子波が流れるようにさせるもので
ある。次に、真空蒸着法によりＡｕＧｅ／Ａｕ電極８、
１０を形成した後、４００℃に加熱してＧｅ拡散領域
７、９を形成し、ソースおよびドレイン領域とする。
【００１５】次に、光干渉露光法によって、ゲート領域
に塗布したレジストパターン上に周期Λ＝２５８０Åの
グレーティングを、グレーティングのＫベクトル（２π
／Λ）がソース・ドレイン方向を向くように形成し、そ
の後リアクティブ・イオン・エッチング法でグレーティ
ング・パターンをゲート１３領域に転写する。
に塗布したレジストパターン上に周期Λ＝２５８０Åの
グレーティングを、グレーティングのＫベクトル（２π
／Λ）がソース・ドレイン方向を向くように形成し、そ
の後リアクティブ・イオン・エッチング法でグレーティ
ング・パターンをゲート１３領域に転写する。
【００１６】最後にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるゲート電
極１３をスパッタ法によって作製し、素子が完成する。
この素子のゲート印加電圧に対する１次準位（下側のチ
ャンネル３の準位）および２次準位（上側のチャンネル
５の準位）の固有エネルギーをフェルミ・エネルギーに
対して計算すると図３のようになる。また、電子の面密
度を同じく、ゲート電圧に対して描いた曲線も示す。
極１３をスパッタ法によって作製し、素子が完成する。
この素子のゲート印加電圧に対する１次準位（下側のチ
ャンネル３の準位）および２次準位（上側のチャンネル
５の準位）の固有エネルギーをフェルミ・エネルギーに
対して計算すると図３のようになる。また、電子の面密
度を同じく、ゲート電圧に対して描いた曲線も示す。
【００１７】ゲート電圧が−０．６Ｖよりも大きくなる
と上側のチャンネル５（２次準位）にも電子がポピュレ
ートするようになり、ゲート電圧の増加に伴ってキャリ
ア数が増すようになる。これに伴い、上側の準位を伝播
する電子の波数ベクトルは（４）式にしたがって大きく
なり、ゲート電圧が０．０Ｖになる付近でキャリア数は
飽和する。このとき、 ｋz,UW（０．０）＝１．３３×１０6（ｃｍ-1） （７） ｋz,LW ＝１．５７×１０6 （ｃｍ=1） （８） となり、（６）式でｍ＝１の位相整合条件が周期Λ＝２
５８０Åということになって、電子波の波長に比べてか
なり粗いグレーティングで満足される。
と上側のチャンネル５（２次準位）にも電子がポピュレ
ートするようになり、ゲート電圧の増加に伴ってキャリ
ア数が増すようになる。これに伴い、上側の準位を伝播
する電子の波数ベクトルは（４）式にしたがって大きく
なり、ゲート電圧が０．０Ｖになる付近でキャリア数は
飽和する。このとき、 ｋz,UW（０．０）＝１．３３×１０6（ｃｍ-1） （７） ｋz,LW ＝１．５７×１０6 （ｃｍ=1） （８） となり、（６）式でｍ＝１の位相整合条件が周期Λ＝２
５８０Åということになって、電子波の波長に比べてか
なり粗いグレーティングで満足される。
【００１８】このように、従来例では１次のブラッグ反
射条件で高効率に電子波を変調しようとすると、非常に
細かいピッチを持った周期構造を作製しなければならな
かったが、本実施例では光干渉露光法でも十分作製でき
るほどの周期構造で高効率の電子波の変調ができる。
射条件で高効率に電子波を変調しようとすると、非常に
細かいピッチを持った周期構造を作製しなければならな
かったが、本実施例では光干渉露光法でも十分作製でき
るほどの周期構造で高効率の電子波の変調ができる。
【００１９】図４に、本発明の量子干渉素子でゲート１
３の長さがほぼ２μｍある構造のデバイスを４．２Ｋの
クライオ・スタット中に保持し、ゲート電圧を変化させ
たときのコンダクタンスの変化の測定結果を示す。この
ように、ゲート電圧が０．０Ｖ付近でコンダクタンスの
急激な落ち込みが見られる。これは、（６）式の位相整
合条件が満足され、下側のチャンネル３を伝播してきた
電子波が上側のチャンネル５にカップリングされ、ちょ
うどこの結合長が２μｍ程度であったためである。即
ち、ドレイン電極１０側の溝１２付近では電子波がほと
んど全て上側のチャンネル５を走行していたので、溝１
２付近で電子波の全反射が起こったための現象である。
また、ここでゲート電圧に対するコンダクタンス特性は
−０．２Ｖ付近から０Ｖ付近では単調減少のふるまいを
見せており、図７の従来例の特性のように複雑な特性と
なっていないので、論理素子や記憶素子などへの応用
上、大変都合がよい。
３の長さがほぼ２μｍある構造のデバイスを４．２Ｋの
クライオ・スタット中に保持し、ゲート電圧を変化させ
たときのコンダクタンスの変化の測定結果を示す。この
ように、ゲート電圧が０．０Ｖ付近でコンダクタンスの
急激な落ち込みが見られる。これは、（６）式の位相整
合条件が満足され、下側のチャンネル３を伝播してきた
電子波が上側のチャンネル５にカップリングされ、ちょ
うどこの結合長が２μｍ程度であったためである。即
ち、ドレイン電極１０側の溝１２付近では電子波がほと
んど全て上側のチャンネル５を走行していたので、溝１
２付近で電子波の全反射が起こったための現象である。
また、ここでゲート電圧に対するコンダクタンス特性は
−０．２Ｖ付近から０Ｖ付近では単調減少のふるまいを
見せており、図７の従来例の特性のように複雑な特性と
なっていないので、論理素子や記憶素子などへの応用
上、大変都合がよい。
【００２０】なお、本実施例では、例として、ゲート電
極１３の周期構造は光干渉露光法を用いて作製したもの
を示したが、ＥＢ露光やＸ線露光法、光学的な露光法で
作製されたものでも一向に構わない。また、周期構造自
体も、第一の実施例のようにエッチングによって作製さ
れたものでも、イオン注入によって作製されたもので
も、またＰｅｔｒｏｆｆらによって提案されたような
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４５ ｐ．６２０）
傾斜基板をもちいて成長中に作製されたようなものでも
一向に構わない。また、電子波のフィルタ１１、１２も
溝でなく、イオン注入で絶縁化した構造でも、ショット
キー電極をつけてそれを逆バイアスした構造でも一向に
構わない。
極１３の周期構造は光干渉露光法を用いて作製したもの
を示したが、ＥＢ露光やＸ線露光法、光学的な露光法で
作製されたものでも一向に構わない。また、周期構造自
体も、第一の実施例のようにエッチングによって作製さ
れたものでも、イオン注入によって作製されたもので
も、またＰｅｔｒｏｆｆらによって提案されたような
（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４５ ｐ．６２０）
傾斜基板をもちいて成長中に作製されたようなものでも
一向に構わない。また、電子波のフィルタ１１、１２も
溝でなく、イオン注入で絶縁化した構造でも、ショット
キー電極をつけてそれを逆バイアスした構造でも一向に
構わない。
【００２１】
【他の実施例】図５に本発明の第２の実施例を表す。本
実施例に於ては、周期構造はソース３８からドレイン４
０方向に傾斜した基板３１を用いて、２重量子井戸３
３、３５とラテラル超格子４９を形成した例である。こ
の実施例において、成膜構造は第１の実施例と２つの量
子井戸３３、３５のバリア３４の構造を除いては同一で
ある。量子井戸３３、３５の間のバリア３４は、ちょう
ど中間付近にＡｌＡｓ層５０が１／２モノレーヤ分だけ
積層されている。このため、バリア３４のポテンシャル
に周期構造が出来る。本実施例においても、第１の実施
例とほぼ同様のトランス・コンダクタンス特性を示し
た。本実施例では、電子波のフィルタ４１、４２はイオ
ン注入によって作成されている。
実施例に於ては、周期構造はソース３８からドレイン４
０方向に傾斜した基板３１を用いて、２重量子井戸３
３、３５とラテラル超格子４９を形成した例である。こ
の実施例において、成膜構造は第１の実施例と２つの量
子井戸３３、３５のバリア３４の構造を除いては同一で
ある。量子井戸３３、３５の間のバリア３４は、ちょう
ど中間付近にＡｌＡｓ層５０が１／２モノレーヤ分だけ
積層されている。このため、バリア３４のポテンシャル
に周期構造が出来る。本実施例においても、第１の実施
例とほぼ同様のトランス・コンダクタンス特性を示し
た。本実施例では、電子波のフィルタ４１、４２はイオ
ン注入によって作成されている。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、従来
のラテラル超格子を用いた電界効果トランジスタに比べ
て、非常に粗い周期構造でも高効率の電子波の変調が行
なえ、また、トランス・コンダクタンス特性も非常に単
純な特性となって、応用上、有効な素子が実現できる。
のラテラル超格子を用いた電界効果トランジスタに比べ
て、非常に粗い周期構造でも高効率の電子波の変調が行
なえ、また、トランス・コンダクタンス特性も非常に単
純な特性となって、応用上、有効な素子が実現できる。
【図１】本発明の量子干渉素子の概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施例の成膜構造を示す図。
【図３】本発明の第１の実施例のゲート電圧と各準位の
固有エネルギー、及び面電荷密度の関係を示す図。
固有エネルギー、及び面電荷密度の関係を示す図。
【図４】本発明の第１の実施例におけるゲート電圧とソ
ース・ドレイン間のコンダクタンスの関係を示す図。
ース・ドレイン間のコンダクタンスの関係を示す図。
【図５】本発明の量子干渉素子の第２実施例の概略構成
図。
図。
【図６】従来例のラテラル超格子型量子干渉素子の概略
図。
図。
【図７】従来例のラテラル超格子型量子干渉素子のゲー
ト電圧とソース・ドレイン間のコンダクタンスの関係を
示す図。
ト電圧とソース・ドレイン間のコンダクタンスの関係を
示す図。
１，３１ 基板 ２，６ クラッド ３，５，３３，３５ チャンネル ４，３４ バリア ７，９ 拡散領域 ８，３８ ソース １０，４０ ドレイン １１，１２，４１，４２ フィルタ部 １３ ゲート ２１ バッファ ２２ キャップ層 ４９ ラテラル超格子 ５０ １／２モノレーヤ分だけ積層されたＡｌＡｓ
層
層
Claims (9)
- 【請求項１】 ソース、ドレイン、ゲートを有しゲート
電極付近にポテンシャルの周期構造を持つラテラル超格
子型の量子干渉素子において、電子波が伝播するチャン
ネルが２つあり、少なくとも片方のチャンネルを伝播す
る電子波の波数が前記ゲート電極によって変調される構
造を持つことを特徴とする量子干渉素子。 - 【請求項２】 前記ゲート電極に印加される電圧を変調
したとき前記チャンネルを伝播する電子波の波数の差
が、前記ポテンシャルの周期構造の周期の逆数に２πを
乗じたものの整数倍となりうるように設計されたことを
特徴とする請求項１記載の量子干渉素子。 - 【請求項３】 前記ソースと前記ゲートとの間、および
前記ゲートと前記ドレインとの間に前記２つのチャンネ
ルのうち片方のチャンネルのみに電子波を伝播させるた
めのフィルタ部溝部、あるいは、イオン注入部、あるい
は、ショットキー電極構造を持つことを特徴とする請求
項１記載の量子干渉素子。 - 【請求項４】 前記フィルタ部は溝部であることを特徴
とする請求項３記載の量子干渉素子。 - 【請求項５】 前記フィルタ部はイオン注入部であるこ
とを特徴とする請求項３記載の量子干渉素子。 - 【請求項６】 前記フィルタ部はショットキー電極構造
を持つことを特徴とする請求項３記載の量子干渉素子。 - 【請求項７】 前記ポテンシャルの周期構造が前記２つ
のチャンネル付近に形成されたエッチングされたグレー
ティングによって構成されることを特徴とする請求項１
記載の量子干渉素子。 - 【請求項８】 前記ポテンシャルの周期構造が前記２つ
のチャンネル付近に形成された周期的にイオンを注入し
たことによるグレーティングによって構成されることを
特徴とする請求項１記載の量子干渉素子。 - 【請求項９】 前記ポテンシャルの周期構造が結晶成長
中に形成された周期的なポテンシャル構造によって形成
されたことを特徴とする請求項１記載の量子干渉素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04194895A JP3138335B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 量子干渉素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04194895A JP3138335B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 量子干渉素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621480A true JPH0621480A (ja) | 1994-01-28 |
| JP3138335B2 JP3138335B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=16332119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04194895A Expired - Fee Related JP3138335B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 量子干渉素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3138335B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5831933A (en) * | 1993-05-14 | 1998-11-03 | Fujitsu Limited | Programmable semiconductor memory device |
| US6026052A (en) * | 1994-05-03 | 2000-02-15 | Fujitsu Limited | Programmable semiconductor memory device |
| CN108461533A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-08-28 | 武汉天马微电子有限公司 | 显示面板和显示装置 |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP04194895A patent/JP3138335B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5831933A (en) * | 1993-05-14 | 1998-11-03 | Fujitsu Limited | Programmable semiconductor memory device |
| US6262924B1 (en) | 1993-05-14 | 2001-07-17 | Fujitsu Limited | Programmable semiconductor memory device |
| US6026052A (en) * | 1994-05-03 | 2000-02-15 | Fujitsu Limited | Programmable semiconductor memory device |
| CN108461533A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-08-28 | 武汉天马微电子有限公司 | 显示面板和显示装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3138335B2 (ja) | 2001-02-26 |
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