JPH06326296A

JPH06326296A - 半導体デバイス

Info

Publication number: JPH06326296A
Application number: JP16662592A
Authority: JP
Inventors: Ei Uorufu Peetaa; ペーター・エイ・ウォルフ
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2500410B2

Abstract

(57)【要約】【目的】短いスイッチング時間の電子デバイスを実験
する。【構成】薄い障壁層により分離された１対の量子井戸
がオーバーラップ関係と非オーバーラップ関係との間で
の印加されたゲート電圧によりシフトされるそれらのバ
ンド・ギャップを持っている２重チャネル・ヘテロ構造
を含む半導体デバイスである。ギャップがオーバーラッ
プ関係にある場合、２つの量子井戸間の障壁を通したバ
ンド間トンネリングは電荷担体をチャネルに導入して、
それらを伝導状態にするように作用する。実施例では、
アルミニウムアンチモナイドのホスト格子に、インジウ
ムアーセナイド及びガリウムアンチモナイドの量子井戸
を使用している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置にかかわ
り、更に特定するに、幾つかの化合物半導体を含むヘテ
ロ構造を利用したデバイスにかかわる。

【０００２】

【従来の技術】技術における進歩、特に分子ビーム・エ
ピタキシのような成長技術における進歩は結晶性多層構
造を作成するのを可能にした。ヘテロ構造として記述さ
れるような構造は多数の有望なエレクトロニクス及びオ
プトエレクトロニクス装置を可能にした。エレクトロニ
クス装置の大半は高速スイッチング速度を有するスイッ
チング速度を与えることを目的とし、このために、超格
子のような多層構造において達成可能な電荷担体である
ホール及び電子の増大された移動度を利用することが探
求されてきた。

【０００３】

【本発明が解決すべき課題】しかしながら、多くのかか
る装置に残されている１つの問題は、入力ノード（ソー
ス）と出力ノード（ドレイン）との間における比較的長
い距離を走行するアクティブな電荷担体の走行時間が、
速度、すなわち、その装置がそのオン状態または低イン
ピーダンス状態と、そのオフ状態または高インピーダン
ス状態との間で切り換えられる速度を制限していること
である。他のかかる装置を特徴づける関連せる問題は、
そのスイッチング速度が比較的長い再結合時間、つま
り、自由電子とホールとを再結合させて、伝導のために
利用される電荷担体の数を減少させるのに要する時間に
よって制限されていることである。

【０００４】本発明の目的は、短いスイッチング時間が
達成されるように、そのスイッチング速度を制限する上
述した効果が減少するデバイスを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、薄くて高いバ
ンドギャップ障壁によってへだてられ、ホールと電子と
を流すための１対のチャネルとして作用する１対の量子
井戸を与える多層ウェハーを含む半導体デバイスであ
る。分離せるチャネルにおける電荷担体密度の制御は２
つのチャネルを分離している薄い障壁を通して電子の迅
速な直接的バンド間トンネリングによって達成される。

【０００６】好都合なことに、多層ウェハーは、主とし
て接触層として作用する対向せる対の端部層と、広いバ
ンドギャップ材料のホスト格子内で隔離された対の量子
井戸を与える５層ヘテロ構造中間部分とを含んでいる。
接触層は主として、必要とする動作電位つまり電界が、
多層ウェハーのソース及びドレイン端部間の一部に延び
ているゲート部分に確立される手段として作用する。接
触層は反対の伝導型であって、ゲート部分に内部電界を
確立する。便宜的に、その接触層間における中間部分は
ワイドバンドギャップ・ホスト材料の第１、第３及び第
５の層と、整列されていない超格子をワイドバンドギャ
ップ材料に形成する異なるナロウバンドギャップ材料の
第２及び第４の層とを含んでいる。２つのナロウバンド
・ギャップ材料は選ばれて、一方の価電子帯の頂部が他
方の伝導体の底部と有意に重複するか又は重複しないよ
うに選択的に作られるので、２つの量子井戸を分離して
いる薄い障壁を通したバンド間トンネリングは二重チャ
ネルで利用できる電荷担体の数を制御して、その二重チ
ャネルのソース及びドレイン端での１対の電極間におけ
る実効インピーダンスを制御するように使用される。い
づれかのバンド・オーバーラップの範囲はゲート接触層
（ｐ−ｉ−ｎ構造におけるｎ及びｐ領域）と連動された
１対の電極に印加される動作電圧によって制御される。

【０００７】好ましい実施例で、そのデバイスの設計
は、２つのチャネルの各々が初めに電荷担体を持たず、
そして絶縁している少なくとも１つのゲート部分を含む
ようになっている。その後、ゲート電圧は、電荷担体を
かかるゲート部分へ導入して、それらを伝導へと変換す
る２つの量子井戸間にバンド間トンネリングを作り出す
ために印加される。

【０００８】ゲート電圧を除去すると元の状態を回復
し、この時点で、バンド間トンネリングは本質的に、す
べての電荷担体を２つのチャネルのゲート部分から除去
し、゛オフ″状態がその装置に対して回復される。

【０００９】本発明の例示的実施例において、その多層
構造はｐ−ｉ−ｎ不純物プロフィールを持つアルミニウ
ムアンチモナイドのホスト格子からなり、そしてそれは
アルミニウムアンチモナイドのｐ−型およびｎ−型接触
層を含むと共に、中間の真性領域に、真性のアルミニウ
ムアンチモナイドの薄い障壁層により隔離されたガリウ
ムアンチモナイド及びインジウムアーセナイドの平行層
を含んでいる。こうした平行層は２重チャネルを形成
し、そして１対の量子井戸として動作する。更に、２つ
の層の厚さ及び分離はインジウムアーセナイドの伝導帯
とガリウムアンチモナイドの価電子帯との間における通
常のオーバラップが量子閉込め効果により除去されるよ
うになっていて、２つのチャネルの各々は伝導よりもむ
しろ本質的に絶縁している。便宜的にインジウムアーセ
ナイド・チャネルの両端部分は、ドナーをアルミニウム
アンモナイド・ホストの隣接領域に集中させ、中間のゲ
ート部分を絶縁したままに残すことにより、ｎ型伝導性
に作られ、ガリウムアンチモナイド・チャネルの両端部
分は、アクセプタをアルミニウム・アンチモナイド・ホ
ストの隣接領域に集中させ、中間のゲート部分を絶縁状
態に残すことによってＰ型伝導性に作られる。ゲート電
極はチャネルの２つの絶縁ゲート部分の対向側面部上に
位置される。こうした電極に印加される電圧は有効なオ
ーバーラップ関係に内又は外に、かかるゲート部分と形
成する材料のバンドギャップを転移させて、障壁を横切
って前後に電子を流して、チャネル中間のゲート部分の
伝導度を変えるように作られる。材料についてのこの組
合せで、このデバイスは、室温以下の温度、例えば、７
７Ｋで動作される。

【００１０】アルミニウムアンチモナイド、ガリウムア
ンチモナイド及びインジウムアーセナイドの組合わせ
は、それらの格子空間の閉鎖性のために特に有効であ
り、これは分子ビーム・エピタキシのようなプロセスに
よる多層ウェハーのエピタキシヤル成長にとって重要な
良好な格子整合を助ける。多層ウェハーの結晶性がより
完全であればあるほど、デバイスの性能は良くなるもの
と期待できる。しかしながら、二重チャネル層の各々は
非常に薄いために、たとえ歪んだ層を二重チャネルに生
じるとしても、その二重層が格子整合されていないデバ
イスの利用を可能にする。

【００１１】

【実施例】図面を参照するに、図１は適当な電極１２、
１４及び１６、１８を持つ多層ウェハー１０を含む本発
明の実施例の断面である。

【００１２】多層ウェハーは基本的にホスト結晶におい
て隔離された平行の対の量子井戸を含んでいる。特に、
そのウェハーは、Ｐ型ＡｌＳｂの接触表面層と、大半が
ドープされていないつまり真性のＡｌＳｂ層２２と、２
つの量子井戸の第１のものを与えるＧａＳｂの層２３
と、真性ＡｌＳｂの層２４と、２つの量子井戸の他方を
与えるＩｎＡｓの層２５と、大半がドープされていない
つまり真性のＡｌＳｂの層２６と、そしてｎ−型ＡｌＳ
ｂの接触表面層２７とを含んでいる。

【００１３】各種層に対する典型的な厚さつまり垂直寸
法は以下の通りである。層２２は約２００−３００Ａ、
層２３、２４及び２５は各々、４０Ａと６０Ａとの間、
そして層２６は６００Ａと７００Ａとの間にある。層２
１及び２７の厚さは左程重要でなく、各々は標準とし
て、ウェハーに対して機械的強さを与えるために数１０
００Ａの厚さにあるのが好都合である。一般に、層が厚
いほど、スイッチングとするのに必要な電圧は大きくな
る。ウェハーに体する横寸法は標準として、３×３ミク
ロンである。

【００１４】マイナスを丸で囲んだ記号により図１中に
示されているように、層２２の反対の端部部分は層２３
から約５０Ａ引っ込んだアクセプタ・イオンの薄いシー
ト２８を含むように処理される。プラスを丸で囲んだ記
号により表わされているように、層２６の反対の端部部
分は層２５から５０Ａ引っ込んだドナー・イオンの薄い
シート２９を含むように処理される。シート２８及び２
９の各々は１５Ａと２０Ａとの間の厚さにあって、約３
×１０¹²イオン／ｃｍ² の画密度を持っている。

【００１５】以下一層詳細に説明されるように、シート
２８及び２９は、対向せるかかるシートである量子井戸
２３、２５の端部部分に電荷担体を導入するのに効果的
に作用し、それにより、かかる部分を一層伝導性にす
る。ゲート部分として作用する量子井戸２３、２５の中
間部分は影響されないので、本質的に静止状態での絶縁
したままに止どまる。

【００１６】示されているように、ゲート電極１６及び
１８は層２３及び２５の絶縁しているゲート部分を橋絡
する。ソース及びドレイン電極１２及び１４は層２２、
２３、２４、２５及び２６を橋絡するが、それらは層２
３、２４及び２５のみを橋絡することに限定されてもよ
い。

【００１７】このデバイスの動作を詳細に論議する前
に、その動作に対して適用可能な基本的原理を検討する
ことは有用であろう。

【００１８】図２は、ガリウムアンチモナイド層２３及
びインジウムアーセナイド層２５のような、不整列型Ｉ
Ｉの超格子を形成する材料の２つの薄い層が１対の量子
井戸を生じさせるためにアルミニウムアンモナイド層２
２、２４及び２６よにり形成されるような多くのワイド
バンドギャップ材料に埋め込まれたときに生じるエネル
ギ図である。特に注意されたいことは、もしもインジウ
ムアーセナイド層２５が例えば１００Ａ以下のように十
分に薄いならば、量子閉じ込み効果は伝導帯６１の通常
の底部を斜線で示されている量だけ上方にレベル６２へ
シフトさせる。結果的に伝導帯の底部６２とガリウムア
ンチモナイドの価電子帯の頂部６３との間におけるいづ
れかのオーバーラップが除かれて、２つの薄い層によっ
て形成される超格子と小さなバンドギャップの半導体へ
と変換する。

【００１９】しかし、ウェハーがインジウムアーセナイ
ドのチャネルに隣接してドナーのシートを含み且つガリ
ウムアンチモナイドのチャネルに隣接してアクセプタの
シートを含むようにドープされる場合、図１に示されて
いるウェハーでの端部部分に対して記述されたように、
図３に示されているエネルギ図はステップバック・ドー
ピングにより影響されたウェハーの端部部分に対して生
ずる。

【００２０】更に、ドナー及びアクセプタ・シート７１
及び７２はそれぞれ、マイナス記号（−）により示され
ているような電子をインジウム・アーセナイド層２５の
伝導体に作りだし、プラス記号（＋）により示されてい
るようなホールをガリウムアンチモナイド層２３の価電
子帯に作り出すように作用する。更に、そこには、すべ
てのバンドについて曲がりがあり、電荷中立性と一定の
化学ポテンシャルとを維持している。インジウムアーセ
ナイド層の影響された端部部分における自由電子及びガ
リウムアンチモナイド層の影響された端部部分における
ホールの存在はかかる層の端部部分を伝導性にする。

【００２１】しかしながら、記述される好ましい実施例
において、こうした層のかかる端部間の中間部分は本質
的にいかなるドーピングによっても影響されない。

【００２２】結果的に、その静止状態において、その中
間のゲート部分は本質的に絶縁している状態に維持さ
れ、電極１２と１４との間で測定されるデバイスのオフ
・インピーダンスは非常に高く維持される。そのデバイ
スを低インピーダンスつまり゛オン″状態に切換えるに
は、ゲード電極１６及び１８にゲード電位を与えて、量
子井戸のバンドギャップの相対的位置をシフトさせる電
界を導入することが必要であり、オーバーラップは伝導
性になる２つのチャネルの中間部分ヘと十分な電荷担体
を効果的に導入するＩｎＡｓ及びＧａＳｂ間でのバンド
間トンネリングを生じさせる。結果的に、電極１２と１
４との間に低インピーダンスが樹立されて、デバイスが
゛オン″になる。オーバーラップ状態は少なくとも数１
００、好ましくは少なくとも１０００のオフ−オン・コ
ンダクタンス比を作り出すように十分に変えられるのが
望ましい。

【００２３】記述されつつある実施例に対しては、２Ｖ
と３Ｖとの間のゲート電圧が必要である。もしも低い閾
値が望ましいならば、内部電界を調整するような対策が
施されて、後で記述されるように、所望のオーバーラッ
プを与えるのに必要なシフトを狭くする。

【００２４】図４は、ゲート電位が、描写されているよ
うに、種々な層のバンド・ギャップをシフトさせるのに
適した極性及び大きさの電極１６及び１８間に維持され
ている図１におけるウェハーのゲート部分のバンドギャ
ップ図である。特に、この場合、インジウムアーセナイ
ド層２５における伝導帯の底部７１はガリウムアンチモ
ナイド層２３の価電子帯の頂部７２とオーバラップする
ように作られ、そしてガリウムアンチモナイドにおける
価電子帯の充てんされた状態における電子は、薄い障壁
層２４を通して迅速にトンネルして、インジウムアーセ
ナイド層の伝導体での同じエネルギ・レベルにおける空
状態へと変わって、ホール及び電子の化学ポテンシャル
を均衡させる。これは、インジウムアーセナイドのゲー
ト部分に自由電子を作り出し、そしてガリウムアンチモ
ナイド層のゲート部分にホールを作り出す。それらはか
かる層において電荷担体として作用するので、そのゲー
ト部分は伝導性となる。便宜的に、層２２及び２６の厚
さは、わずかなトンネリングが接触層２１及び２７から
チャネル２３及び２５へと生じるように十分幅広く作ら
れる。

【００２５】ここで、両インジウムアーセナイド及びガ
リウムアーセナイド層の全長は伝導性であるので、電極
１２及び１４間に適当なバイアス電圧が維持される間、
そうした層は電極１２及び１４間での電流の流れに対し
てチャネルとして作用できる。この状態でのデバイス
は、その゛オン″、つまり、低インピーダンス状態にあ
る。

【００２６】ｎ型のアルミニウムアンチモナイド層２７
とＰ型層２１との間における約１０００Ａの分離と、接
触層２１及び２７におけるわずかな電圧降下とにおい
て、電極１６及び１８間に印加される２〜３Ｖの逆電圧
は約７７Ｋの温度において約５０００の係数だけチャネ
ル担体密度の伝導度を増大せるものと予測される。この
係数は、温度上昇に伴って減少し、室温ではかなり低
い。こうした理由のために、ここでの例示的実施例は室
温以下の温度で動作するように冷却されることになり、
冷えるほど、コンダクタンスの所望のオン／オフ比が高
くなる。

【００２７】電極１６及び１８間のゲート電位がゲート
パルスの終りでのように零に落ちると、種々な層のバン
ドギャップは静止状態へシフトバックして、インジウム
アーセナイドにおける自由電子は薄い障壁層を通してト
ンネル・バックし、ガリウム・アンチモナイドにおけ
る、前に空になった状態を再び満たすので、静止の高イ
ンピーダンス状態がそのゲート部分に対して戻る。

【００２８】作り出されるホール及び自由電子の数は実
質的に等しいのが好ましく、シフトが生じた後のパルス
の終りにおいて、伝導のために利用できる自由な電荷担
体はほとんどなく、オフコンダクタンスに体するオン・
コンダクタンスの高い比率が実現される。この平衡は層
２２及び２６の相対的幅を適切に調整することにより実
現できる。また、この平衡は各種層に対して実現された
性質によっても影響されるので、最適の寸法は実験的に
見出されるが、標準として、実施例の特定の材料に対し
て、層２６は層２２よりも２〜３倍の厚さになるものと
予測される。

【００２９】量子井戸に対する薄い層の使用は、高速ス
イッチング速度にとって重要な因子であるトンネル通過
時間を短く保のに好都合である。しかしながら、かかる
薄い層の使用は記述された量子閉じ込み効果となる。量
子閉込め効果自体はその動作において重要な因子ではな
く、むしろ、薄い量子井戸を使用した結果である。

【００３０】同様にして、化学ドーピングは一般にしか
るべくドープされた材料における電荷担体の移動度に有
害な影響を持つために、層２３及び２５の端部部分によ
って形成される量子井戸へ電荷担体を導入するステップ
・バック・ドーピングの使用は実際の層自体の科学的ド
ーピングよりも好ましい。しかしながら、層２３及び２
５の化学的ドーピングは、結果的に減少された移動度が
許容できる場合における代替可能な手法である。

【００３１】このデバイスにおいて、接触層２１及び２
３の存在から生ずるアルミニウムアンチモナイド・ホス
トのｐ−ｉ−ｎ構造により作り出される内部フィールド
はガリウムアンチモナイド価電子帯とインジウムアーセ
ナイド伝導帯との間のオフセットを高めて、それら３つ
の層をセミメタリック状態に向けて駆動する。好都合な
ことに、その内部フィールドはそれ自体によりセミメタ
リック挙動を作り出すほど十分に強くなく、メタリック
挙動追求が印加されるゲート電位の所望の閾値において
実現されるのを保証するように調整されることになる。

【００３２】例によっては、静止状態では低インピーダ
ンスにあるが、適切なゲート電位の印加によって高イン
ピーダンスへと切り変わるデバイスを持つのが好ましい
場合もある。

【００３３】図５はこの種の実施例で使用できる多層ウ
ェハーのエネルギ図である。本質的に、図１に示されて
いるデバイスにおけるインジウムアーセナイド及びガリ
ウムアンチモナイド層の位置は交換されても良い。しか
しながら、かかる交換では、つまり、反転された幾何学
的構成においては、ｐ−ｉ−ｎプロフィールにより作り
だされる組込み接合フィールドがその二重チャネルを、
図１のデバイスでの役割とは逆の絶縁状態に向って駆動
するので、静止状態において伝導するデバイスを作るに
は、そうした層に極端に大きなドーピングレベルを必要
とする。

【００３４】この問題は、図５に描写されているエネル
ギ図に対応したゲート部分を持つ形態へとウェハーを更
に変えることによって減少される。このウェハーはイン
ジウムアーセナイド伝導帯の底部５２とガリウムアンチ
モナイド価電子帯の頂部５６との近い一致性のために、
ガリウムアンチモナイド及びインジウムアーセナイドを
それぞれのｎ型及びＰ型接触層４１、４７での材料に対
して使用する。

【００３５】特に、エネルギ図の水平軸によって示され
ているように、ウェハーは、ｎドープされたインジウム
アーセナイド４１のゲート接触層４１と、アルミニウム
アンチモナイドの真性層４２と、ガリウムアンチモナイ
ドの層４３と、アルミニウムアンチモナイドの層４４
と、インジウムアーセナイドの層４５と、アルミニウム
アンチモナイド４６の層と、そしてＰ型ガリウムアンチ
モナイドのゲート接触層４７とを含んでいる。層４３及
び４５は薄い障壁層４４により隔離された対のチャネル
を形成する２つの量子井戸を与え、電子は層４４を通し
てトンネルして、適当なバイアスが結合された二重チャ
ネルの有効なバンドギャップを増大させるためにそのウ
ェハーを横切って印加されたときに、そのチャネル層を
セミメタリック状態から半絶縁状態へと転換する。

【００３６】ウェハーのゲート部分の静止状態である描
写されているエネルギ図において、インジウムアーセナ
イド量子井戸の伝導帯の底部とガリウムアンチモナイド
量子井戸の価電子帯の頂部との間におけるオーバーラッ
プは、プラス記号及びマイナス記号により表されている
ように、ホールをガリウムアンチモナイド・チャネルに
作り出し、そして電子をインジウムアーセナイド量子井
戸に作り出す。

【００３７】この例において、ゲート電極間における適
当な電圧の印加はバンド間トンネリングによるそうした
電荷担体を除くのに十分なだけバンドギャップの並置を
シフトさせるために使用される。

【００３８】前の構造におけるように、アクセプタ及び
ドナーイオンのシートは好都合に量子井戸に近いアルミ
ニウムアンチモナイド層に含まれて、ガリウムアンチモ
ナイド層にホールを導入すると共に、インジウムアーセ
ナイド層に電子を導入する。また、量子井戸厚さ及び閉
鎖性は、価電子帯と伝導帯との間における有効ギャップ
に対して斜めにハッチングされた領域を加える前述の量
子閉込み効果を与える。

【００３９】静止状態におけるそうした種々な方便の結
果は、図でも見られるように、ガリウムアンチモナイド
の価電子帯の頂部とインジウムアーセナイドの伝導帯の
底部との間にオーバーラップを与えるので、電子はガリ
ウムアンチモナイドからインジウムアーセナイドへとト
ンネルできる。ウェハーのゲート電極に対する逆のゲー
ト電圧の印加の効果はバンドギャップを転移させて、ガ
リウムアンチモナイドの価電子帯の頂部に関してインジ
ウムアーセナイドの伝導帯の底部を上昇させ、それによ
りそのオーバーラップを除去して、インジウムアーセナ
イドの伝導帯における自由電子をガリウムアンチモナイ
ド価電子帯へとトンネルバックし、以って、そのチャネ
ルが半導体状態から半絶縁状態へと変換される。

【００４０】記述された特定の実施例は本発明の一般的
原理の単なる例示であって、各種他の実施例も本発明の
精神及び範囲から逸脱することなく実施できよう。

【００４１】特に、材料に関しては、設計される予定の
デバイスに適用される電圧及び温度の範囲、許容される
製造上複雑さ、そして材料の性質についてのより良い理
解に依存して各種他の組合わせも可能である。前にも述
べたように、選ばれた材料は、その多層構造、特に、共
に薄い量子井戸及び障壁層を含む部分が本質的に単結晶
であって、歪み層が許容され、さらに、整合されない格
子も許容されるように、格子スペースが適応しているの
が望ましい。また、チャネル材料が広いバンドギャップ
の半導体ホストに不整列型ＩＩ超格子を形成することは
重要である。

【００４２】記述されたデバイスについては、僅かな修
正により光学的変調器としても使用できる。単光路変調
器において、変調される予定の光は量子井戸の縦方向に
垂直な方向においてウェハーを通して通過され、チャネ
ルのコンダクタンスにおける変動は、周知の態様で、そ
こを通過する光の吸収を対応的に変えるために使用され
ることになる。

【００４３】代替として、量子井戸を通した光の多重経
路に対して、その多層構造は、その軸がチャネルの軸に
対して平行に走り、変調されるべき光がそれらのチャネ
ルを通した多重経路に対して光学的導波管内に捕捉され
るような仕方においてウェハーを通して縦方向に通過さ
れる長手の光学的導波管として作用するように作られ
る。再度指摘するに、二重チャネルのコンダクタンスの
変調は光の吸収を変えるように作られる。予測されるよ
うに、光の波長は量子井戸に対して使用される材料の光
学的性質に適切に整合されなければならない。

【００４４】

【発明の効果】本発明により非常に短いスイッチング時
間のデバイスが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による二重チャネル・へテロ構
造デバイスの断面図である。

【図２】ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ／Ａ
ｌＳｂシステムのエネルギバンド図である。

【図３】電荷担体がステップ・バック・ドーピングによ
りＩｎＧａおよびＧａＳｂへ導入された図２のシステム
のエネルギ図である。

【図４】ゲート電圧が印加された図１のデバイスのエネ
ルギ図である。

【図５】他の実施例のエネルギ図である。

【符号の説明】

１０多層ウェハー１２、１４、１６、１８電極２３、２５量子井戸２８アクセプタイオンの薄いシート２９ドナーイオンの薄いシート６１伝導帯６２伝導帯の底部６３価電子帯の頂部４１ｎ型接触層４７ｐ型接触層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】或るエネルギ・バンド・ギャップを持つ
第１の材料からなる少くとも第１、第３及び第５の層
と、前記第１及び第３の層間にあって前記第１の材料の
ものよりも狭いエネルギ・バンド・ギャップを持つ材料
の第２の層と、前記第３及び第５の層間にあって前記第
１の材料のものよりも狭いエネルギ・バンド・ギャップ
を持つ第３の材料の第４の層とを含み、前記第２及び第
４の層は２つの量子井戸及び不整列超格子を形成するよ
うに形成され、前記第３の層は、前記第４の層の伝導帯
の底部が前記第２の層の価電子帯の頂部とオーバーラッ
プするときに、電子がバンド間トンネリングにより２つ
の量子井戸間で容易に流れるだけ十分に薄く形成されて
いる多層ウェハーと、前記ウェハーの第２及び第４の層内を通して縦方向に電
流を流すための前記ウェハーの対向する端部に設けられ
た第１の電極対と、前記ウェハーの対向する側面部に設けられ、前記多層ウ
ェハーに垂直に電界を印加し、前記第２及び第４の層を
形成する材料のエネルギ・バンド・ギャップを有効オー
バーラップの状態と無効つまり非オーバーラップの状態
との間で制御性よくシフトさせるための第２の電極対と
を備えていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】前記第２及び第４の層の材料は、前記第
２の電極対間に電圧が印加されないとき前記第２及び第
４の層のバンドギャップが実質的にオーバーラップせ
ず、高インピーダンス状態が前記第１の電極対間に存在
するようになっていることを特徴とする請求項１記載の
半導体デバイス。
【請求項３】前記第１及び第５の層は第２及び第４の
層のそれぞれの端部領域に隣接している各端部を含み、
そしてこれら各端部部分は、前記第２及び第４の層の前
記端部領域に電荷担体を導入するためのドーピング・イ
オンのシートを含んでいることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の半導体デバイス。
【請求項４】前記第２及び第４の層の各々は前記端部
部分の間にドーピング・イオンのない中間部分を持ち、
前記第２の電極対は前記中間部分のバンドギャップを制
御するために該中間部分に重なって形成されていること
を特徴とする請求項１、２または３記載の半導体デバイ
ス。
【請求項５】前記第１、第３及び第５の層はアルミニ
ウムアンチモナイドであり、前記第２の層はインジウム
アーセナイドであり、そして前記第４の層はガリウムア
ンチモナイドであることを特徴とする請求項１、２、３
または４記載の半導体デバイス。
【請求項６】前記多層ウェハーは更に、対向せる表面
に、ｎ型にドープされた接触層とＰ型にドープされた接
触層とを含んでいることを特徴とする請求項１、２、
３、４または５記載の半導体デバイス。
【請求項７】前記層はｐ−ｉ−ｎ接合構造を形成し、
少なくとも前記第２、第３及び第４の層はその構造のｉ
領域の中にあることを特徴とする請求項１、２、３、
４、５または６記載の半導体デバイス。
【請求項８】前記第１及び第５の層の端部部分は、前
記第２及び第４の層の端部領域に電荷担体を導入するた
めに、該第２及び第４の層の端部領域に隣接してドーピ
ング・イオンのシートを含んでいることを特徴とする請
求項４、５、６または７記載の半導体デバイス。
【請求項９】前記第２及び第４の層の材料は、前記第
２の電極対間に電圧が印加されないとき前記第２及び第
４の層のバンドギャップがオーバーラップし、低インピ
ーダンスが前記第１の電極対間に存在するようになって
いることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１０】前記第１、第３及び第５の層は本質的
に真性のアルミニウムアンチモナイドであり、前記第２
の層はガリウムアンチモナイドであり、前記第４の層は
インジウムアーセナイドであり、そして前記ウェハーは
更に前記第１の層と前記第１の電極対の一方との間にｎ
型のインジウムアーセナイド接触層を含み、かつ前記第
５の層と前記第１の対の電極の他方との間にＰ型のガリ
ウムアンチモナイド接触層を含んでいることを特徴とす
る請求項９記載の半導体デバイス。