JPS60129725A - Surface field-effect device - Google Patents

Surface field-effect device

Info

Publication number
JPS60129725A
JPS60129725A JP23728683A JP23728683A JPS60129725A JP S60129725 A JPS60129725 A JP S60129725A JP 23728683 A JP23728683 A JP 23728683A JP 23728683 A JP23728683 A JP 23728683A JP S60129725 A JPS60129725 A JP S60129725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
voltage
channel
gate
drain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP23728683A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0349411B2 (en
Inventor
Yoshio Komiya
小宮 祥男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP23728683A priority Critical patent/JPS60129725A/en
Publication of JPS60129725A publication Critical patent/JPS60129725A/en
Publication of JPH0349411B2 publication Critical patent/JPH0349411B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To diversify functions by providing a gate area at one side of an insulating film covering a semiconductor area, and using part of a semiconductor area to which surface electric field effect extends as an optical waveguide. CONSTITUTION:An insulating layer 2 and a semiconductor film 3 are formed on a substrate 1, and a source 4 and a drain 5 are provided at both sides with the insulating layer 2 between; and electrodes 6 and 7 to which a voltage is applied are formed on the semiconductor film with the insulating film 2 between while overlapping the source 4 and drain 5. An inversion layer 8 formed on the surface of the substrate 1 is coupled with the source 4 and drain 5 and a depletion layer 9 is controlled with the voltage applied between the inversion layer 8 and an electrode 1t for the substrate. Light to be guided is entered from the side of the source 4 through a passive optical waveguide 11 to propagate a depletion layer 9 under a channel from a depletion layer 4d under the source 4 and is guided to a passive waveguide 12 through a depletion layer 5d under the drain 5. Consequently, functions are diversified.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面電界効果の及ぶ半導体領域の一部を電磁
波誘電体導波路とした表面電界効果デバイスに関し、半
導体と光等の電磁波の相互作用を利用し、機能の多様性
を効果的に増すことを目的によって、半導体表面上に電
位分布の変化を形成し、これによって半導体表面の光に
よる効果、半導体表面のチャネルの変化1表面電界効果
接合による空乏層の効果を制御する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a surface field effect device in which a part of a semiconductor region where the surface field effect can reach is an electromagnetic wave dielectric waveguide, which utilizes the interaction between the semiconductor and electromagnetic waves such as light to achieve functions. In order to effectively increase the diversity, a change in the potential distribution is formed on the semiconductor surface, thereby reducing the effect of light on the semiconductor surface, the change of the channel on the semiconductor surface, and the effect of the depletion layer due to the surface field effect junction. Control.

チャネルの下または近傍の空乏層は、電界誘導接合の発
生と同時に形成される。このチャネル及び空乏層には、
ソース、ドレイン等から反転層の導電層を通じて電位を
供給することができる。
A depletion layer beneath or near the channel is formed simultaneously with the generation of the field-induced junction. In this channel and depletion layer,
A potential can be supplied from the source, drain, etc. through the conductive layer of the inversion layer.

本発明は、こうした空乏層を持つ半導体層を、光等の電
磁波(以下、光で代表する)の誘電体ガイド層として利
用するものである。
The present invention utilizes a semiconductor layer having such a depletion layer as a dielectric guide layer for electromagnetic waves such as light (hereinafter referred to as light).

本発明の主要な構成と作用を第1図に示す本発明表面電
界効果デバイスの基本的一実施例の断面図によって、先
づ概念的に説明する。
The main structure and operation of the present invention will first be conceptually explained with reference to a sectional view of a basic embodiment of the surface field effect device of the present invention shown in FIG.

半導体基板lの表面上には絶縁膜2が形成され、更にこ
の絶縁膜上に半電導膜3が形成されてSiC等、その領
域で透明な半導体が望ましい。
An insulating film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, and a semiconducting film 3 is further formed on this insulating film, preferably using a semiconductor such as SiC that is transparent in that region.

また半電導膜3のなくなる部分の境界と一部分オーバ・
ラップして、絶縁膜2を介し、半導体基板中に基板と電
導型の異なる拡散層または不純物導入層であるソース4
、ドレイン5が設けである。
Also, the boundary of the part where the semiconducting film 3 disappears and a part of it overlaps.
A source 4, which is a diffusion layer or an impurity-introduced layer having a conductivity type different from that of the substrate, is formed into the semiconductor substrate through the insulating film 2 by wrapping.
, a drain 5 is provided.

半電導膜3には電圧を印加するための電極層6と7があ
り、この電極層6と7はソース4、ドレイン5に夫々、
一部分オーバ・ラップするように絶縁膜2を介して形成
されている。
The semiconducting film 3 has electrode layers 6 and 7 for applying voltage, and these electrode layers 6 and 7 are connected to the source 4 and drain 5, respectively.
They are formed with an insulating film 2 in between so as to partially overlap.

ゲート制御用電極層6.7に異なる電位を与えると半電
導膜3に平面的に電位降下を分布させることができるの
で当該第1図示装置は抵抗性ゲートを持つMRIS(M
etal−Resistivelayer−1ngul
ator−3e腸1conductor)電界効果装置
の一種と見ることもできる。
By applying different potentials to the gate control electrode layers 6 and 7, it is possible to distribute the potential drop across the semiconducting film 3 in a planar manner.
etal-Resistivelayer-1ngul
It can also be seen as a type of field effect device.

然し、本発明においては、後述の所からも顕かなように
、ゲート領域の電位分布を変化させる手段が抵抗層のみ
に限られるものではないので、あえて分類付ければ、第
1図示の本発明デバイスの基本構造部分を、可変電位分
布絶縁ゲート型電界効実装置(Variable Di
stribution of PotentialIn
sulated Gate Field Effect
 Device;略してVari−ロPIGFED) 
と呼ぶことができる。
However, in the present invention, the means for changing the potential distribution in the gate region is not limited to the resistive layer, as will be apparent from the description below. The basic structure of the variable potential distribution insulated gate field effect device (Variable Di
Distribution of PotentialIn
Sulated Gate Field Effect
Device; abbreviated as Vari-PIGFED)
can be called.

表面に形成される反転層8は、ソース4.ドレイン5と
連結されており、空乏層9は反転層8と基板用電極1t
との間に掛けられる電圧によってその空乏層幅が制御さ
れる。実際は、反転層8の電位はソース4、ドレイン5
の電位によってソースからドレインに亘って変化する。
The inversion layer 8 formed on the surface of the source 4. It is connected to the drain 5, and the depletion layer 9 is connected to the inversion layer 8 and the substrate electrode 1t.
The width of the depletion layer is controlled by the voltage applied between the two. Actually, the potential of the inversion layer 8 is the source 4, drain 5
varies from source to drain depending on the potential of

第1図において、ソース側から受動的先導波路11を介
して被ガイド光が入り、次にソース4の下られていて、
損失少なく被ガイド波を伝搬し得るものが望ましい。
In FIG. 1, guided light enters from the source side via a passive leading wavepath 11 and then descends to the source 4,
It is desirable to be able to propagate guided waves with little loss.

先導波路の条件は1周囲の物質層よりも屈折率が大きい
ことである。Siプレーナ膜と共存しているTa205
膜等の導波路は、米国特許第4,003.E132号(
1977); ” 0ptoelectronic 5
ericonductorDevice”に詳しく記載
されている。
The condition for the leading waveguide is that it has a larger refractive index than the surrounding material layers. Ta205 coexisting with Si planar film
Waveguides such as membranes are described in U.S. Pat. No. 4,003. E132 (
1977); ”0ptoelectronic 5
ericonductorDevice”.

Ta2es膜の屈折率は2.10〜2.20である。そ
の他の関連する物質の屈折率を挙げると、入= 541
!1Aの波長で5i02の屈折率は!、48であり、S
iのそれは4.05−0.028jである。 Si’C
に就いては詳しいデータがないが、波長11000A程
度で2.81程度と考えられる。
The refractive index of the Ta2es film is 2.10 to 2.20. The refractive index of other related substances is 541
! What is the refractive index of 5i02 at a wavelength of 1A? , 48, and S
That of i is 4.05-0.028j. Si'C
There is no detailed data regarding this, but it is thought to be about 2.81 at a wavelength of about 11000A.

Ta205膜導波路11.12と基板のSiCとを屈折
率上でも分離するためには、SiCの酸化膜(Si02
)10を各Taz0s膜11.12と基板lとの間に介
在させ7000人で下地へのリーク光がなく、約300
0人にまで薄くするとリーク光が発生する。逆に言えば
、一連に継がる光導波路の上下に接するデバイスへ光入
力を供給したい場合には、その部分のみ、介在する5i
0z膜を意図的に薄くすれば、所期の光カップルが図れ
ることになる。
In order to separate the Ta205 film waveguides 11 and 12 from the SiC substrate, an oxide film of SiC (Si02
) 10 was interposed between each Taz0s film 11.12 and the substrate 1, and there was no leakage of light to the substrate at 7000 people, and approximately 300
If the thickness is reduced to 0, leak light will occur. Conversely, if you want to supply optical input to devices that are in contact with the top and bottom of a series of optical waveguides, only that part is connected to the intervening 5i.
By intentionally making the 0z film thinner, the desired optical couple can be achieved.

一般に先導波路は、それ自身の屈折率nと厚さW、下の
層の屈折率noz上の層の屈折率n2によってモードが
決まる。 TE波、Tl1l波共、例えばTa2es 
I)lの界面に被ガイド光波が交わる角度θlが異なる
ことは上記二番目の米国特許に示されている。
Generally, the mode of the leading waveguide is determined by its own refractive index n and thickness W, and the refractive index n2 of the layer above the refractive index noz of the layer below. Both TE waves and Tl1l waves, for example Ta2es
It is shown in the second US patent that the angle θl at which the guided light wave intersects the interface of I)l is different.

一方、化合物半導体での空乏層による変調は、GaPの
pn接合等で詳しく報告されている所である。
On the other hand, modulation due to depletion layers in compound semiconductors has been reported in detail in pn junctions of GaP and the like.

この実施例の場合は、可視光領域で透明で安定なMlS
構造ができるという観点から、 SiCを用い] −・・に既述のVari−DPIGFE口を構成してい
る。
In this example, MlS is transparent and stable in the visible light region.
From the viewpoint of the structure, SiC is used to construct the Vari-DPIGFE port described above.

1空乏層の屈折率は電界によって変化する。木実・−例
の場合は、チャネルの各点における空乏層に−」 掛かる電位差はノースのpn接合に印加される電位、ド
レインのpn接合に印加される電位、基板バイアス端子
1tに印加される電位、ゲート領域に分布されている電
極6と7から生じる電位降下等、多くの変数によって変
化する。従っ−て、この空乏層導波路9は、単なる受動
的導波路11.12とは異なり、活性導波路であること
が分かる。
1 The refractive index of the depletion layer changes depending on the electric field. In the case of the example, the potential difference applied to the depletion layer at each point of the channel is the potential applied to the north pn junction, the potential applied to the drain pn junction, and the potential applied to the substrate bias terminal 1t. It depends on many variables, such as the potential, the potential drop resulting from the electrodes 6 and 7 distributed in the gate region. Therefore, it can be seen that this depletion layer waveguide 9 is an active waveguide, unlike a mere passive waveguide 11, 12.

更に、通常のpn接合の空乏層は冶金学的な構造を持ち
、実存するpn境界を持つが、本実施例装置における表
面電界誘導接合によるチャネルやその下の空乏、層は、
結晶学的には疑似的であって、表面近傍の電界の分布に
よって発生したり消滅したりする。そこで、本実施例装
置の各端子電圧を逐次、適当なタイム・シーケンスを持
って変化させると、空乏層導波路を場所的に可動にする
こともできる。
Furthermore, the depletion layer of a normal pn junction has a metallurgical structure and has an existing pn boundary, but the channel and the depletion layer below it due to the surface electric field induced junction in this embodiment device are
Crystallographically, it is pseudo, and it occurs and disappears depending on the distribution of the electric field near the surface. Therefore, by successively changing each terminal voltage of the device of this embodiment with an appropriate time sequence, the depletion layer waveguide can be made locally movable.

尚また、この種の表面電界効果デバイスの特徴ン5に至
るチャネルは幅と形状が一定である矩形状として被ガイ
ド波の変調ができると説明したが、ソース側は一体であ
っても、ドレイン側が分割された構造を考えることもで
きる。そうした実施例を第2図に即し説明する。
Furthermore, it was explained that the channel leading to characteristic 5 of this type of surface field effect device is rectangular with a constant width and shape so that guided waves can be modulated, but even if the source side is integral, the drain It is also possible to consider a structure in which the sides are divided. Such an embodiment will be explained with reference to FIG.

この場合はソース側の接合は一個であって、この第2図
中では符号Sで示されている。ソース端の表面電位を制
御するために、本装置の基本構造部分であるVari−
DPIGFED用のゲート部電極Goを配置する。
In this case, there is only one junction on the source side, which is designated by the symbol S in FIG. In order to control the surface potential at the source end, the Vari-
A gate electrode Go for DPIGFED is arranged.

一方、ドレイン側は第一ドレイン旧から第七ドレインD
7までの七個に分割されており、各ドレイン端の表面電
位を制御するため、第一実施例の電極7に相当するGB
I、GB2.GB3.〜. GB7の七個のゲート領域
電極がある。
On the other hand, on the drain side, from the first drain old to the seventh drain D
7, and in order to control the surface potential of each drain end, GB corresponding to electrode 7 in the first embodiment.
I, GB2. GB3. ~. There are seven gate region electrodes of GB7.

また、−木のソース側のチャネルから七本のされている
・ 第2図示実施例の場合は、第1図示実施例とは異なり、
ゲーI・領域に三段に分かれたゲ−1・領域制御用電極
群Go、GAi、GBiがあるが、本発明の要旨におい
ては、’/ari−DPIGFEDになっていれば良い
In addition, in the case of the second illustrated embodiment, which has seven channels from the source side of the tree, unlike the first illustrated embodiment,
Although there is a three-stage gate I region control electrode group Go, GAi, and GBi in the gate I region, in the spirit of the present invention, it is sufficient if it is '/ari-DPIGFED.

即ちゲート領域が可変電位分布構造になっていれば良く
、ゲート領域に幾つの制御電極を配するかは設計上の問
題である。従って必要に応じて通運に配置すれば良い。
That is, it is sufficient that the gate region has a variable potential distribution structure, and it is a design issue as to how many control electrodes are arranged in the gate region. Therefore, it can be placed in the transport as needed.

第2図において受動的共通導波路PG(0)にてガイド
されてきた光入力被ガイド波が多分岐チャネル型Var
i−DPIGFEDを出て、どのように各分岐の受動的
導波路PG(1)、PG(2)、、、、、、、、、PG
(7)に分割されていくかを考えてみる。
In Fig. 2, the optical input guided wave guided by the passive common waveguide PG(0) is a multi-branch channel type Var.
Exiting the i-DPIGFED, how each branch's passive waveguides PG(1), PG(2), , , , , , PG
Let's consider whether it will be divided into (7).

様々な動作モードが可能であるが、ここでは第3図に示
したようなゲート領域電極群の駆動パルスに就いて考え
る。
Various operating modes are possible, but here we will consider the drive pulses for the gate region electrode group as shown in FIG.

スSの電位とソース側電極C0の電位が当該チャネルC
1を生起するようにバイアスされているとすると、共通
導波路PC(0)を通ってきた被カイト波は、表面チャ
ネルの電位勾配によって第一分岐PC(1)にカイトさ
れ、出力光となる。
The potential of the channel S and the potential of the source side electrode C0 are
1, the kited wave that has passed through the common waveguide PC(0) is kited to the first branch PC(1) by the potential gradient of the surface channel and becomes output light. .

次のタイミングでは、電極GBI、GAIはチャネルが
閉じるように付勢を解かれ、その代わりに電極GB2.
G^2のゲート電位によってチャネルC2が生起する、
他の電極GAi、GBiにはチャネルCiを閉じるバイ
アスが与えられていると考えると、今度は被ガイド波は
チャネルC2に関する第二の出力導波路PC(2)に出
力される。
At the next timing, electrodes GBI, GAI are deenergized so that the channel closes, and instead electrodes GB2.
Channel C2 is generated by the gate potential of G^2,
Considering that the other electrodes GAi, GBi are given a bias that closes the channel Ci, the guided wave is now output to the second output waveguide PC(2) regarding the channel C2.

このように七個のチャネルC1−07が順次、生起する
ようにゲート部のバイアス関係を設定すれば、このデバ
イスは多分岐チャネル光ガイド・スイッチとして働くこ
とになる。
If the bias relationship of the gate section is set so that the seven channels C1-07 are generated sequentially in this way, this device will work as a multi-branch channel optical guide switch.

またソース側のゲート部電極GOに通線なバイアせるよ
うな動作も可能になる。
It also becomes possible to perform an operation in which a conductive via is provided to the gate electrode GO on the source side.

また、前記の例では、チャネルCl−C7を順次、開閉
させたが、複数個が同時に生起されるようにゲート駆動
すると、入力導波路pc(o)からの入力被ガイド波は
、出力導波路PG(i)群中の選択された複数の導波路
中に同時に分かたれて出力されていく、但し、出力を分
割すると、入力光のパワーが分割されることになるので
、用途によってはこの点を考慮に入れて置く必要がある
Furthermore, in the above example, the channels Cl-C7 were opened and closed sequentially, but if the gates are driven so that a plurality of channels are generated simultaneously, the input guided wave from the input waveguide pc(o) is transferred to the output waveguide. The output is simultaneously divided and output into multiple selected waveguides in the PG(i) group. However, dividing the output means dividing the power of the input light, so depending on the application, this point may be need to be taken into consideration.

以上述べた実施例で分かるように、本発明のVari−
DPIGFEDを用いた活性先導波路や多分岐チャネル
光ガイド・スイッチは、可変電位分布を絶縁股上のゲー
ト領域に形成し、これをゲート領域に設置した制御電極
に加える電圧によって変化させ、チャネルの切換えや光
波のモードの変調を行なっている。
As can be seen from the embodiments described above, the Vari-
Active waveguides and multi-branch channel optical guide switches using DPIGFEDs create a variable potential distribution in the gate region of the insulating crotch, and change this by applying a voltage to a control electrode installed in the gate region, allowing channel switching and other functions. It modulates the mode of light waves.

ところで、光−電子集積回路(OE−IC)等への応問
題になる場合も考えられる。
By the way, it is conceivable that this may become a problem for applications such as opto-electronic integrated circuits (OE-ICs).

本発明の目的は、既述したように能動的な光ガイド・ス
イッチ等を提供することにある。然して、先の実施例の
ように、こうしたVari−DPIGFEDデバイスを
各種入力信号で駆動することを考えると、結局、ソース
、ドレインを持ツVari−DPIGFEDの電界効果
トランジスタ乃至電界効果テトロードのスイッチング動
作を理解して置くと良い、また、後述するように、高速
動作やスイッチ動作を能率良く行なうためには、゛可変
電位分布を絶縁膜上に発生させる手段に就いても考察す
ると良く、単に金属電極や半電導膜または抵抗膜(ポリ
シリコン等)だけでは十分でない場合もある。
The object of the present invention is to provide an active light guide switch and the like as already mentioned. However, when considering driving such a Vari-DPIGFED device with various input signals as in the previous embodiment, the switching operation of the field-effect transistor or field-effect tetrode of the Vari-DPIGFED, which has a source and a drain, cannot be controlled. It is good to understand this. Also, as will be explained later, in order to efficiently perform high-speed operation and switch operation, it is good to consider the means of generating a variable potential distribution on the insulating film. In some cases, a semiconducting film or a resistive film (such as polysilicon) alone is not sufficient.

更にゲート領域での電位の変化によるスイッチのみでな
く、光入力でも電位が変化すると、より望ましい。
Furthermore, it is more desirable that the potential changes not only due to the switch due to the change in the potential in the gate region, but also due to the optical input.

こうした点に就いて以下、詳説すると、先づ、が光応答
の検知に使われている。
These points will be explained in detail below.The first method is used to detect a photoresponse.

絶縁膜上に単結晶膜を形成する技術はレーザ・アニール
や電子ビーム・アニール等によって可能になっている。
Techniques for forming a single crystal film on an insulating film are made possible by laser annealing, electron beam annealing, and the like.

PNPNサイリスタの特徴は、オフ状態とオン状態とが
あり、オフ状態において例えば陽極からブレーク・オー
バ電圧以上を加えると、負性抵抗を示してオン状態に反
転することである。そして。
A PNPN thyristor is characterized in that it has an off state and an on state, and in the off state, when a breakover voltage or higher is applied from the anode, for example, it exhibits negative resistance and is reversed to the on state. and.

制御用の第三電極の2層に電流を流すと、ブレーク・オ
ーバ電圧は小さな値にシフトする。
When current is passed through the two layers of the third control electrode, the breakover voltage shifts to a smaller value.

また、制御用電極に光を入力しても電流が発生し、オン
状態へ移すことができる。このデバイスにおいては、一
旦、オン状態に入ると、オフ状態に戻すには保持電流と
呼ばれる値以下に陽極電流を下げるか、ターン・オフ時
間と呼ばれる一定時間以上の間、逆電圧を加えなければ
ならない、即ち、このデバイスはラッチ動作をする。
Furthermore, when light is input to the control electrode, a current is generated and the device can be turned on. Once this device enters the on state, in order to return to the off state, the anode current must be lowered below a value called the holding current, or a reverse voltage must be applied for a certain period of time called the turn-off time. ie, the device is latched.

NチャンルMO9のゲート領域を光感応性のあるVa 
r i −DP IGFEDにすることもできる。
The gate region of N-channel MO9 is coated with photosensitive Va.
It can also be an r i -DP IGFED.

一方、低電圧で駆動でき、且つ低消費電力、高速動作が
可能な素子として、ジョゼフソン接合素子がある。この
素子を以下、J、J、と略記すると、一つのJ、JLで
はIj−Vj特性において、一般にはたかだか2.5■
V程度の電圧ステップしか示さないが、これを直列にn
個、接続すると、 2.5mVX nの電圧ステップを
発生させることができる。
On the other hand, a Josephson junction element is an element that can be driven at low voltage, consumes low power, and operates at high speed. This element is hereinafter abbreviated as J, J, and one J or JL generally has an Ij-Vj characteristic of at most 2.5■
Although only a voltage step of about V is shown, this is connected in series with n
When connected, a voltage step of 2.5 mV x n can be generated.

後述するように、Vari−DPIGFEDを極低温で
動作させ、複数の直列J、J、から成るJ、J、アレイ
をスイッチ機構としてゲート領域に設定すると、低消費
電力、高速動作のトランジスタが可能になる。
As will be explained later, by operating the Vari-DPIGFED at extremely low temperatures and setting a J,J,array consisting of multiple series J,J,as a switch mechanism in the gate region, a transistor with low power consumption and high speed operation becomes possible. Become.

次に、Vari−DPIGFEDの動作をFET乃至F
ETテトロードとして理解するための説明を行なう。
Next, we will explain the operation of Vari-DPIGFED from FET to FET.
An explanation will be given to understand it as an ET tetrode.

従来のMIS)ランジスタはゲート部に金属電極または
高ドープ・シリコンを用いるので、半導体レイン千1近
に飽和が起きる構造とならざるを得ない、然しもし、チ
ャネルのソース寄りの、ドレインから遠いチャネル内に
任意の位置でチャネル・キャリアの空乏による、または
キャリアの速度飽和による飽和が起こったり、キャリア
分布の制御によってチャネル・キャリアの低濃度領域、
高濃度領域を設定できるようであれば都合が良い、特に
キャリアの速度飽和による飽和に続いてその点よりもド
レイン側でチャネルが大きく開いているような構造にで
きれば、実効的にチャネルが短くなったのと同じことに
なり、より高いトランス・コンダクタンス(G鵬)が得
られるようになる。
Conventional MIS) transistors use a metal electrode or highly doped silicon for the gate, so they have a structure where saturation occurs near the semiconductor layer.However, if the channel near the source and far from the drain Saturation due to depletion of channel carriers or saturation of carrier velocity can occur at any position within the region, or a low concentration region of channel carriers can be created by controlling the carrier distribution.
It would be convenient if it were possible to set a high concentration region.In particular, if it were possible to create a structure in which the channel is wide open on the drain side from that point following saturation due to carrier velocity saturation, the channel would be effectively shortened. The result is the same as in the previous example, and a higher transformer conductance (G-peng) can be obtained.

そのためには、ゲート領域に任意の電位分布を持たせ得
れば良いことが分かる。その手段として、ゲートの部分
に高電導性を持つ金属等の導体の外に、半型導性の膜を
用いると、これに接する位置布を持たせ、機能の多様性
とその性能の向上をもたらす基本的な考え方及びその解
析は、前記第一の米国特許に詳しく述べられている。
It can be seen that for this purpose, it is sufficient to have an arbitrary potential distribution in the gate region. As a means of achieving this, in addition to a highly conductive metal or other conductor, a semi-conducting film can be used in the gate area to provide a positional cloth in contact with the film, increasing the diversity of functions and improving its performance. The basic idea and analysis thereof are described in detail in the first US patent.

このようなMRIS型乃至本明細書においてより、広義
に定義したVari−DP、IGFE口では、従来のM
isトランジスタに比し、著しく高いGmとゲインを得
ることができる。換言すれば、こノVari−11PI
GFEDにおいては、ソース寄りの第一ゲート電極に極
めて微小な信号を与えても、ドレイン端に適当な負荷を
接続することにより十分大きな出力を得ることができる
In such MRIS type, Vari-DP, IGFE port defined in a broader sense in this specification, the conventional M
Compared to IS transistors, significantly higher Gm and gain can be obtained. In other words, this Vari-11PI
In a GFED, even if an extremely small signal is applied to the first gate electrode near the source, a sufficiently large output can be obtained by connecting an appropriate load to the drain end.

また、設計の如何、第一、第二ゲート電圧、ドレイン電
圧の設定の如何によって、極めて小さなドレイン電圧の
時から五極管特性を示すことができ、その意味では理想
的なスイッチング特性を得ることができる。
Also, depending on the design and the settings of the first and second gate voltages and drain voltages, it is possible to exhibit pentode characteristics even when the drain voltage is extremely small, and in that sense, it is possible to obtain ideal switching characteristics. I can do it.

いづれにしても、こうしたVari−DPIGFEDテ
は、続したインバータ増幅器を構成した場合等では、望
ましいことにかなり低い電源電圧での動作が可能になる
In any case, such a Vari-DPIGFED can desirably be operated at a considerably low power supply voltage, such as when a continuous inverter amplifier is configured.

一方でまた、こうしたVari−DPIGFEDを既述
してきたように本発明の一構成要素として用いる場合に
は、第一ゲート電極に入力されるゲート人力パルスもで
きるだけ低電圧で良いようにすることが望ましい、その
ためには、ソース寄りの第一ゲート電極で主として制御
されるチャネル領域を通常のM(Sトランジスタの閾値
電圧Vth以下で働かすことが考えられる。このような
動作はサブスレッショルド領域と呼ばれ、ドレイン電流
に対するゲート電圧の依存性が閾値電圧以上とはかなり
異なることが知られている。即ち、この領域においては
、ゲート電圧を少し増加させるとドレイン電流は指数関
数的に増加する。
On the other hand, as described above, when such a Vari-DPIGFED is used as a component of the present invention, it is desirable that the voltage of the gate manual pulse input to the first gate electrode is as low as possible. To this end, it is conceivable to operate the channel region, which is mainly controlled by the first gate electrode near the source, below the threshold voltage Vth of a normal M(S transistor. Such operation is called a subthreshold region. It is known that the dependence of gate voltage on drain current is quite different above the threshold voltage: in this region, a small increase in gate voltage causes the drain current to increase exponentially.

このような小さなゲート入力電圧を実現するに圧1発生
源を作ってゲートに加えても良いが、より正j確に、且
つ小さな電圧ステップを発生させる一つの方法として考
えられるのは、既述したジョゼフソン接合素子(J、J
、)を使うことである。
To achieve such a small gate input voltage, it is possible to create a pressure 1 source and apply it to the gate, but one way to generate a more accurate and small voltage step is to use the method described above. Josephson junction device (J, J
, ).

J、J、の一つの代表的な構造は、二つの超伝導体金属
間に数1OAの絶縁膜か200人から800人位の半導
体膜をサンドイッチしたものである0例えばアモルファ
ス・シリコンで200人、 CdSで800人である。
One typical structure of J, J, is one in which an insulating film of several 1 OA or a semiconductor film of about 200 to 800 OA is sandwiched between two superconducting metals. , 800 people in CdS.

こうしたJ、J、の静特性は第4図に示されるようなも
ので、素子電流1jが臨界電流値l−を越えるまでは、
素子両端に有意の電圧が生じない零電圧状態にあるが、
臨界電流値I■を越えると、二つの超伝導体間の量子力
学的結合状態の変化によってトンネル・バリアを越えて
の波動関数の結合に変化が起こり、第4図中、点aにて
示すように、素子両端に有限電圧ΔVgの発生する電圧
状態乃至抵抗状態に遷移する。この時の電圧ΔVgはギ
ャップ電圧と呼ばれ、Nb、Pb等の第一種超伝導体で
は約パ対の壊れた準粒子が関与し、素子電流Ijを更に
増していく曲線部分Cでは抵抗性のIj−Vj特性とな
る。
The static characteristics of J and J are as shown in Fig. 4, and until the element current 1j exceeds the critical current value l-,
Although it is in a zero voltage state where no significant voltage is generated across the element,
When the critical current value I■ is exceeded, a change in the quantum mechanical coupling state between the two superconductors causes a change in the coupling of the wave functions across the tunnel barrier, as shown at point a in Figure 4. As such, the device transitions from a voltage state where a finite voltage ΔVg is generated across the device to a resistance state. The voltage ΔVg at this time is called the gap voltage, and in the case of first-class superconductors such as Nb and Pb, about a pair of broken quasiparticles are involved, and in the curve section C where the device current Ij further increases, there is resistance. The Ij-Vj characteristic is as follows.

またこうした準粒子の状態から素子電流を減らしていく
と、a点まで戻った後に直ぐに零電圧状態に飛ぶのでは
なく、b点以降において始めて零電圧状態に戻っていく
ヒステリシスを描く、尚、b点はニー(Knee)点と
呼ばれる。
In addition, when the element current is reduced from this quasiparticle state, it does not jump to the zero voltage state immediately after returning to point a, but instead returns to the zero voltage state for the first time after point b, creating hysteresis. The point is called the knee point.

トンネル・バリア層として絶縁膜の代わりに半導体層を
用いたJ、J、もあるが、いづれのJ、J、も素子自体
に流す電流によってのみ遷移動作が規定されるだけでな
く、外部磁界の選択的印加やその大きさによって臨界電
流値I腸を変化させることもできるので、当該磁界によ
りJ、J、の遷移動作を規定することもできる。
There are J and J that use a semiconductor layer instead of an insulating film as a tunnel barrier layer, but in both J and J, the transition operation is not only determined by the current flowing through the element itself, but also by the external magnetic field. Since the critical current value I can be changed by selective application and its magnitude, the transition operation of J and J can also be defined by the magnetic field.

また、半導体層をトンネル・バリア層として用導体間の
結合が強くなることによって臨界電流IsはImpに増
加する。
Further, by using the semiconductor layer as a tunnel barrier layer and the coupling between the conductors becoming stronger, the critical current Is increases to Imp.

そこで、適当な持続時間のパルス光を複数個の場所にあ
る幾つかのJ、J、に導入して、これらの■■を増加さ
せた後、直列に継がっている抵抗を介して臨界電流値I
■以上、 !■p以下の大きさの電流パルスを加えるこ
とを考えてみよう、この時、電流パルスは光パルスの当
たっていない他のJ、、+、+抵抗部にも加えるものと
する。
Therefore, after increasing these ■■ by introducing pulsed light of an appropriate duration into several J, J at multiple locations, a critical current is generated through a resistor connected in series. value I
■That's it! (2) Let's consider applying a current pulse with a magnitude less than p. At this time, assume that the current pulse is also applied to other resistor parts J, , +, + that are not hit by the optical pulse.

すると、光パルスが当たっているJ、J、は臨界電流値
が増加しているため、電圧状態に遷移することはないが
、光パルスの当たっていないJ、J、は電圧状態に遷移
することができる。この」、J、はラッチ動作であるの
で、光パルスを取除いた後も選択的に電圧状態に遷移さ
せられたJ、J、はその電圧状態を維持することができ
る。
Then, J, J, which is hit by the light pulse will not transition to the voltage state because the critical current value increases, but J, J, which is not hit by the light pulse will transition to the voltage state. I can do it. Since "J" is a latch operation, J, J, which has been selectively transitioned to a voltage state, can maintain its voltage state even after the optical pulse is removed.

:1 内選択的電圧状態遷移は光入力に対しては負論理・ )
1 ′−となっている。
:1 Selective voltage state transition is negative logic for optical input.)
1'-.

これに対して、光入力に対して」、J、が電圧状態−に
遷移するように、正論理構成を採らせるには。
On the other hand, to adopt a positive logic configuration such that ``J'' transitions to the voltage state - with respect to optical input.

J、J、に直列に接続した抵抗成分Hに光応答性を持だ
せて、光入力があるとそれまでの抵抗値Roからそれよ
り低い抵抗値RPに変化するようにすれば、これによっ
て電流を増加させることができるから、直列に継がって
いるJ、」、に臨界電流値を越える電流を供給すること
ができる。
If the resistance component H connected in series with J and J is made to have photoresponsiveness so that when there is light input, the resistance value Ro changes from the previous resistance value Ro to a lower resistance value RP, this will reduce the current. Since J can be increased, a current exceeding the critical current value can be supplied to the series connected J.

このJ、J、に直列に継がる抵抗成分Rはポリシリコン
層や結晶性シリコン等の半導体層を用いて形成できる。
The resistance component R connected in series to J and J can be formed using a semiconductor layer such as a polysilicon layer or crystalline silicon.

半導体層を用いる抵抗成分Rで光応答性を良くするには
、PN接合やPIN接合、MS接合等を用いても良い、
逆バイアス条件で動作させれば単純な半導体層よりも高
感度になる。勿論、光応答により抵抗値が下がる抵抗成
分は上記以外の適当なものに適選された電圧レベルとパ
ルス・タイミングの入力が入ると、適選された光入力パ
ルスに対してJ、J、、が零電圧状態から電圧状態に遷
移する現象を制御できる。尚、第4図示のJ、J、は第
一象限のみ示しであるが、第四象限を利用することもで
きる。
In order to improve the photoresponsiveness with the resistance component R using a semiconductor layer, a PN junction, PIN junction, MS junction, etc. may be used.
When operated under reverse bias conditions, it has higher sensitivity than a simple semiconductor layer. Of course, the resistance component whose resistance value decreases due to the photoresponse will be J, J, etc. for the appropriately selected optical input pulse when inputted with an appropriately selected voltage level and pulse timing to an appropriate component other than the above. It is possible to control the phenomenon in which the voltage transitions from a zero voltage state to a voltage state. Note that J and J shown in the fourth diagram show only the first quadrant, but the fourth quadrant can also be used.

上記のようなJ、J、の特徴の一つは、準粒子状態に入
らなければ抵抗が零なので、木質的に低電力消費であり
、また低電圧駆動が可能なことである。
One of the characteristics of J, J as described above is that the resistance is zero unless it enters the quasi-particle state, so it has low power consumption in terms of wood, and can be driven at low voltage.

本発明においては、上記した所から顕かなように、こう
したJ、J、の持つ零電圧状態と電圧状態との二状態遷
移機能を選択的な電圧ステップ発生手段として捕えてお
り、従ってこれをVari−DPIGFEDに組合わせ
た場合も本発明の範囲内として含むものである。
In the present invention, as is clear from the above, the two-state transition function between the zero voltage state and the voltage state of J, J is captured as a selective voltage step generation means, and therefore this is used as a variable voltage step generation means. - A combination with DPIGFED is also included within the scope of the present invention.

F部電極Elとしてアイランド状に形成し、次に接合部
の周辺にのみ、絶縁膜または半導体膜をトンネル・バリ
ア層Bとしてリソグラフィと微細加工技術を利用し形成
する0次いで上部電極E2を下部電極Elに直接には接
しないように、同様にリソグラフィと微細加工技術を利
用して形成する。
The F part electrode E1 is formed in an island shape, and then an insulating film or a semiconductor film is formed as a tunnel barrier layer B only around the junction using lithography and microfabrication technology.Then, the upper electrode E2 is formed as a lower electrode. Similarly, it is formed using lithography and microfabrication technology so as not to be in direct contact with El.

もう一つの形成方法としては、第5図(B)に示エツチ
ング等の微細加工技術を駆使したり、表面から深くなる
に連れて溝幅が狭くなっていくV字型の溝を開けること
により、超伝導体膜を切断し、各超伝導体のアイランド
の最近接距離を数10〜1000λ程度に制御して加工
することも可能で41゜つ7エ、。え。□1よ、工あ、
ヵ2.0ゎう八個の接合の個々のエッチ溝の最近接距離
が成る程度揃っていれば良いのであって、一つの溝のラ
インに沿ってギャップ間隔が成る程度異なるのは止むを
得ないと考えて良い、理想的にはイオンビームリソグラ
フィや電子ビームリソグラフィ等の技術の進歩によって
加工精度が向上すれば尚望ましい、特に各種セルフ・ア
ライン法や直接パターン形成法が確立されれIf、、1
.J、の直列構成を平面構成と溝間は技術によってギャ
ップ間隔を形成し、その後にギャップ部分にバリアに相
当する半導体層Bを形成することにより作成することは
容易になってゆく。
Another method of formation is to make full use of microfabrication techniques such as etching, as shown in Figure 5 (B), or to create a V-shaped groove in which the groove width becomes narrower as it gets deeper from the surface. It is also possible to cut the superconductor film and process it by controlling the closest distance between the islands of each superconductor to about several tens to 1000 λ. picture. □1.
2.0ゎIt is sufficient that the distances between the individual etched grooves of the eight junctions are the same, and it is inevitable that the gap distances differ along the line of one groove. Ideally, it would be desirable if processing accuracy could be improved by advances in technologies such as ion beam lithography and electron beam lithography, especially if various self-alignment methods and direct pattern forming methods were established. 1
.. It is becoming easier to create a series configuration of J, by forming a gap interval between the grooves using a technique using a planar configuration, and then forming a semiconductor layer B corresponding to a barrier in the gap portion.

この場合、半導体層は必ずしも結晶層である必要はなく
、アモルファス膜(a−9i)とか多結晶膜(caS)
のようなものであっ−ても良い、また、単結晶半導体膜
のバリア層Bを上記の超伝導体膜のア成プロセス等々を
結合することにより、そうした直列J、J、構成も可能
となる。
In this case, the semiconductor layer does not necessarily have to be a crystal layer, but may be an amorphous film (a-9i) or a polycrystalline film (caS).
Furthermore, by combining the barrier layer B of the single-crystal semiconductor film with the above-mentioned superconductor film formation process, etc., such a series J, J configuration is also possible. .

第5A、B図示のJ、J、アレイにおいて、全てのJ、
J、が電圧状態に遷移したとすると、第5C図に示すよ
うな階段状の電圧ステップが形成される。
In the J, J array shown in No. 5A and B, all J,
When J, transitions to a voltage state, a stepped voltage step as shown in FIG. 5C is formed.

このような階段状の電圧ステップには様々な利用法が考
えられる。
Various uses can be considered for such stepped voltage steps.

その一つは、直列J、J、アレイ構成の両端電位は、J
、J、が−個の場合に比してn個分のn倍になるので、
このnXΔVgの電圧を電圧パルスとして用いることで
ある。
One is that the potential at both ends of the series J, J array configuration is J
, J, is n times larger than the case where there are − pieces, so
This voltage of nXΔVg is used as a voltage pulse.

またもう−っには、この階段状の電位をンースS、11
470間の絶縁股上に分布させることである。−例とし
て、第5図(C)中にこうした場合のゲート電位分布を
示す。
Again, this stepwise potential is S, 11
It is to distribute the insulation crotch between 470 and 470 mm. - As an example, the gate potential distribution in such a case is shown in FIG. 5(C).

このような場合には、Var 1−DPIGFEDのゲ
ート電では400個となるし、ΔVg=4■Vでも 2
50個を必要とする。従って、例えばこのようにIV以
上の大きな電圧降下をゲート領域に必要とする場合等に
は1部分的にSi等の半導体結晶層または多結晶層を使
うことも有利である。
In such a case, the gate voltage of Var 1-DPIGFED will be 400, and even if ΔVg = 4■V, there will be 2
50 pieces are required. Therefore, for example, when a large voltage drop of IV or more is required in the gate region, it is advantageous to partially use a semiconductor crystal layer such as Si or a polycrystalline layer.

第6図(A)、(B)にそうした場合の断面図と当該ゲ
ート部分近傍の平面図が示されている。
FIGS. 6(A) and 6(B) show a cross-sectional view and a plan view of the vicinity of the gate portion in such a case.

第6図(A)において、n中層ソース8’lとn中層ド
レイン62とが基板83上に形成されている。チャネル
6Bのゲート絶縁膜84は、ゲート電圧分布によって適
当な値を採れるが、50人から100OA程度の範囲で
変更可能である。またチャネル部分のみ薄い絶縁膜構成
にすると更に有効である。ゲート領域以外の絶縁部分は
厚い絶縁膜で覆われている。ゲート部のチャネル88を
覆う大部分の領域は、抵抗層(R)85で覆われている
。この抵抗層はい、電極旧と中間電極としての電極M3
の間にn個のJ、J、直列アレイがある。電極N4に加
える電圧を調整すると、当該電極N4がVO2の時にn
個のJ、J。
In FIG. 6A, an n middle layer source 8'l and an n middle layer drain 62 are formed on a substrate 83. The gate insulating film 84 of the channel 6B can have an appropriate value depending on the gate voltage distribution, and can be changed from about 50 OA to about 100 OA. Further, it is more effective to use a thin insulating film structure only in the channel portion. The insulating portion other than the gate region is covered with a thick insulating film. Most of the region covering the channel 88 in the gate portion is covered with a resistance layer (R) 85. This resistance layer yes, electrode old and electrode M3 as intermediate electrode
There are,n,J,J,series arrays between them. By adjusting the voltage applied to the electrode N4, when the electrode N4 is VO2, n
Individual J, J.

を零電圧状態にするか電圧状態にするかを電極Mlに加
える小さな電圧VGIによって制御することができる。
Whether it is in a zero voltage state or a voltage state can be controlled by a small voltage VGI applied to the electrode Ml.

この時のゲート領域の電圧分布の関係を電圧状態である
。この場合は、チャネルは0.1jllllな範囲で第
6図(C)に示すように比較的大きく開けておく、第6
図(ロ)において、チャネル内電位分布Web(y)が
線形分布に近い場合とそれよりかな短チヤネル効果が期
待できる。
The voltage distribution relationship in the gate region at this time is referred to as a voltage state. In this case, the channel is kept relatively wide open within a range of 0.1jllll as shown in Figure 6(C).
In the figure (b), when the in-channel potential distribution Web(y) is close to a linear distribution, a short channel effect can be expected.

然も、 0.171m〜サブミクロンのソース端サブス
レッショルド領域では、十分電界が強いので、速度飽和
が起こる程度の高電界が形成される。一方、それ以外の
部分は高キャリア濃度のため抵抗は小さく、ドレイン近
傍iキャリアの空乏が起こることもないのである。
However, since the electric field is sufficiently strong in the source end subthreshold region of 0.171 m to submicron, a high electric field is formed to the extent that velocity saturation occurs. On the other hand, other parts have a high carrier concentration, so the resistance is small, and there is no depletion of i-carriers near the drain.

これらの状、Sは、第6図(D)のチャネル内電位分布
Vch(マ)と第6図(E)に示すチャネル内キャリア
分41ρ(りを考えれば容易に理解できる。
These states, S, can be easily understood by considering the in-channel potential distribution Vch (ma) in FIG. 6(D) and the in-channel carrier component 41ρ(ri) shown in FIG. 6(E).

尚、上記の説明においては、不純物濃度を局部的にコン
トロールしたサブスレッショルド領域87を設けたが、
これは必ずしも必要条件ではなく、き更に検討を加える
In the above description, the subthreshold region 87 with locally controlled impurity concentration was provided;
This is not necessarily a necessary condition and will be considered further.

第6F図は、第6A、B図示の構成に対応し。FIG. 6F corresponds to the configuration shown in FIGS. 6A and 6B.

ゲート領域がチャネル領域を殆どカバーする第二領域I
Iと、第一ゲート電極旧に継かり、チャネル領域を殆ど
カバーしていない第一領域Iとから構成された場合を示
している。
a second region I in which the gate region almost covers the channel region;
The first region I continues from the first gate electrode and hardly covers the channel region.

第6G図は、光入力が半導体バリアJ、J、アレイがあ
る第一領域Iに与えられ、抵抗層R等の第二領域IIに
は光が入力しない構造を示している。
FIG. 6G shows a structure in which light is applied to the first region I, where the semiconductor barriers J, J and the array are located, and no light is input to the second region II, such as the resistive layer R.

第6H図は、第一領域Iは既述した直列J、Jt7レイ
で構成され、第二領域IIは半導体層またはPM被接合
PINI合、MS接合、PNPN接合等、光可変(抵抗
)素子(Photo Variable Elejen
t; P、V、E、)で構成された場合を示す、非線形
P、V、E、の場合は、第8G、80.、BE図に示す
ゲート領域電位分布、チャネル内電位分布、チャネル内
キャリア分布は第二領域IIのゲート電位分布によって
変化し、複ものであって、第一領域I、第二領域■共、
一般的なP、V、E、素子で構成した場合を示している
。この場合も、VGI−VO2間の電位分布の変化にお
いて第二領域II中のP、V、E、 (II )に大き
な電位分布の領域があり、第一領域Iでは小さな電位降
下となるように保持しつつ光入力スイッチを行なわせれ
ば、Vari−DPICFHDの動作原理によって高G
■動作を維持しながらこのデバイスを駆動することがで
きる。尚、光入力を各領域の特定の部位にもたらすには
先導波椙による方法が有利である。また、この第6図示
のVarj−DPIGFEDを本発明により光ガイド・
スイッチとして利用する場合には、チャネル長は数障か
ら数10jl1mになることが考えられる。
In FIG. 6H, the first region I is composed of the series J and Jt7 lays described above, and the second region II is a semiconductor layer or optically variable (resistance) element (resistance) such as a PM bonded PINI, MS junction, or PNPN junction. Photo Variable
In the case of nonlinear P, V, E, the 8th G, 80. , the gate region potential distribution, the channel potential distribution, and the channel carrier distribution shown in the BE diagram change depending on the gate potential distribution of the second region II, and are multiple.
The case is shown in which it is constructed with general P, V, and E elements. In this case as well, in the change in potential distribution between VGI and VO2, there is a region with a large potential distribution at P, V, E, (II) in the second region II, and a small potential drop in the first region I. If the optical input switch is performed while holding the state, high G
■It is possible to drive this device while maintaining operation. Note that a method using leading waves is advantageous in bringing light input to a specific part of each region. Furthermore, the Varj-DPIGFED shown in FIG.
When used as a switch, the channel length may range from several meters to several tens of meters.

次に第7図に即し、上記したように光感応作用のある複
数個のJ、J、(IX J、J、、腸XJ、J、、nX
J、J、)と抵抗層(R1,R2)を絶縁ゲート領域に
持つY字型光分岐路の実施例に就き説明する。尚、7字
型は、平面図としての第7A図、及び各部断面を示す第
78−E図に即して説明すると 先づ、第7八図中のP
I−P2断面である第7B図に示すように、エビタ、キ
シャル成長されたSiC層またはSiC基板71は、ゲ
ート領域絶縁膜72を持っており、この絶縁l1lI7
2の上にポリSiまたは結晶性Sj等から成る抵抗層R
1,R2が形成されている。また、抵抗層以外のゲート
領域は、共通ソースS−第二ドレインDBチャネルでは
超伝導メタルMHI(MBIL、NBIR)で覆わ。
Next, according to FIG. 7, as described above, a plurality of J, J, (IX J, J,, intestinal
An example of a Y-shaped optical branch path having resistor layers (R1, R2) in an insulated gate region will be described. The figure 7 shape will be explained with reference to Fig. 7A as a plan view and Fig. 78-E showing cross sections of each part. First, P in Fig. 78
As shown in FIG. 7B, which is the I-P2 cross section, the Evita, axially grown SiC layer or SiC substrate 71 has a gate region insulating film 72, and this insulating film 72
2, a resistance layer R made of poly-Si or crystalline Sj, etc.
1, R2 are formed. Furthermore, the gate region other than the resistive layer is covered with a superconducting metal MHI (MBIL, NBIR) in the common source S-second drain DB channel.

れ、ソース近傍の制御ゲート端子GBIの側にはQXJ
、J、(半導体バリア)があり、またドレイン電圧近く
の制御ゲート端子0日2の近くにはnXJ、J。
QXJ is connected to the control gate terminal GBI near the source.
, J, (semiconductor barrier), and nXJ, J near the control gate terminal 0 day 2 near the drain voltage.

が配置されている。is located.

一方、ソースSから第一ドレイン電圧に至るチャネルは
BチャネルからAチャネルへの切換えが途中で起こる。
On the other hand, in the channel extending from the source S to the first drain voltage, switching from the B channel to the A channel occurs midway.

7字型のチャネル交差角(ψ1+ψ2)の例え常に継が
っているものとする。
Assume that the figure-7 channel intersection angle (ψ1+ψ2) is always continuous.

チャネルを分断する細長い領域78を境として、一方は
GBI−CB2系の電位分布で支配され、他方はGAI
−GA2系の電位分布で支配される。
With the elongated region 78 dividing the channel as a boundary, one side is dominated by the potential distribution of the GBI-CB2 system, and the other side is dominated by the GAI
-Dominated by the potential distribution of the GA2 system.

ソースSは空乏層B1を持つと共に電極Stを持ってい
る。ドレインD^、DBは夫々、空乏層^轟、ABと各
電極DAt、DBtを持っている。
The source S has a depletion layer B1 and an electrode St. The drains D and DB have depletion layers, AB, and electrodes DAt and DBt, respectively.

ドレインOAに継がるゲート領域の電位を制御するため
に、電極GA 1 、GA2がある。また、ソースSか
らドレインDBに継がるゲート領域の電位を支配するた
めに電極GBI、GB2がある。
Electrodes GA 1 and GA2 are provided to control the potential of the gate region connected to the drain OA. Further, electrodes GBI and GB2 are provided to control the potential of the gate region extending from the source S to the drain DB.

」ニ記各端子に電圧を通運して供給すると、反転層70
とその下の本発明による導波路用空乏層73が生起する
。このVari−DPIGFED光分岐路において、図
中の左側部分には受動的導波路(例えばTazOs層)
PC(0)があり、右側には同様な受動的導波路PC(
1)、PG(2)がある。
” When a voltage is passed and supplied to each terminal, the inversion layer 70
A waveguide depletion layer 73 according to the present invention is generated therebelow. In this Vari-DPIGFED optical branch, there is a passive waveguide (e.g. TazOs layer) on the left side of the figure.
PC(0) and on the right side a similar passive waveguide PC(0)
There are 1) and PG(2).

ン側のそれが厚いのは導波路制御の点で望ましくない場
合もある。
In some cases, it is undesirable to have a thick layer on the side of the waveguide from the viewpoint of waveguide control.

そのために、この実施例では、SiC等の中に形成され
た埋込み絶縁層75を配置している。この部分は例えば
酸素Oや窒素N等の高エネルギ・イオン注入によって形
成することができる。
For this purpose, in this embodiment, a buried insulating layer 75 formed in SiC or the like is provided. This portion can be formed, for example, by high-energy ion implantation of oxygen O, nitrogen N, or the like.

チャネルの空乏層イオン73と埋込み絶縁層75との間
の半導体層74は可変調整ギャップである。このように
、チャネルの下に屈折率の小さい絶縁層74を形成する
と、ドレイン電圧を大きくしてもドレイン側での空乏層
拡大を防げるので都合が良い。
The semiconductor layer 74 between the channel depletion layer ions 73 and the buried insulating layer 75 is a variable adjustment gap. Forming the insulating layer 74 with a small refractive index under the channel in this way is convenient because it can prevent the depletion layer from expanding on the drain side even if the drain voltage is increased.

空乏層の厚さをドレイン側のチャネルで増加させない方
法としては、ドレイン側に近づくに従ってイオン注入等
により基板濃度を少しづつ増加さ−せることも考えられ
る。
As a method of not increasing the thickness of the depletion layer in the channel on the drain side, it is possible to gradually increase the substrate concentration by ion implantation or the like as the channel approaches the drain side.

尚、受動的導波路PG(1) 、PG(2)の下には、
分離↓’S2□□あ、あ7゜□1□よTl−T2□つx
=T、’ である第7E図に各々示すように、SiC等の導波路部
分をその酸化膜77と平担化用の絶縁膜78等で幾何学
的に明確に分離すると、被ガイド波のリークがより少な
くなると考えられる。
Furthermore, below the passive waveguides PG(1) and PG(2),
Separation↓'S2□□Ah, ah7゜□1□yo Tl-T2□tsux
=T,' As shown in FIG. 7E, when the waveguide portion of SiC or the like is geometrically clearly separated by its oxide film 77 and the flattening insulating film 78, the guided wave becomes It is thought that there will be less leakage.

第7図示のようなY字型光分岐ガイドを設計すると、電
極GAI−GA2によるチャネルが閉じている時には被
ガイド波は5−DBのチャネルが開いていればその方向
に進行し、一方、電極GAI−GA2によるチャネルが
開いていて、且つ電極MBIRによる電位によっCてド
レイン電位側のチャンルが閉じている時には、被ガイド
波は直進してドレイン電位側の導波路pG(t)に出力
されていく。
If a Y-shaped optical branching guide is designed as shown in Figure 7, when the channel formed by electrodes GAI-GA2 is closed, the guided wave will proceed in the direction of the channel 5-DB if it is open; When the channel by GAI-GA2 is open and the channel on the drain potential side is closed by C due to the potential of electrode MBIR, the guided wave travels straight and is output to the waveguide pG(t) on the drain potential side. To go.

これらの電位分布の切換えは、既述してきたVari−
DPIGFEDのチャネルのオン・オフに係る原理によ
って行なえる。然も、光感応作用を持つ複数個のJ、J
、と抵抗層でゲート領域が形成されているので、低電圧
の駆動ができ、また、Va r i −DP JGFE
D曲がる角度は全反射が可能な程度になり、従って、ψ
1+ψ2く5°程度に安全な設計例があるであろう。大
きな角度で導波路を曲げる時にはリーク光が出るのを覚
悟しなければならない。
Switching of these potential distributions is performed using the Vari-
This can be done based on the principle of turning on and off the DPIGFED channel. However, multiple J and J that have a photosensitizing effect
, and the gate region is formed of a resistance layer, so low voltage driving is possible.
The angle of D bending is such that total reflection is possible, so ψ
There may be a safe design example at around 1 + ψ2 × 5°. When bending a waveguide at a large angle, one must be prepared for leakage light.

いづれにしても、第7図示の光分岐スイッチを用いると
、電極GAI−GA2.電極Ge1−GB2の電位パル
ス変化でチャネル・スイッチができると共にゲート領域
への光入力の導入によってもチャネル・スイッチを起こ
すことができる。
In any case, if the optical branching switch shown in FIG. 7 is used, the electrodes GAI-GA2 . A channel switch can be caused by a change in the potential pulse of the electrodes Ge1-GB2, and a channel switch can also be caused by introducing optical input into the gate region.

例えば、Ta205・等の導波路を超電導金属によるm
 X J、J、や光感応性のある半導体層R1,R2等
の上に配置すれば、第6図に即して述べたような各種の
光入力の論理動作が可能になる。
For example, a waveguide made of superconducting metal such as Ta205.
If it is placed on XJ, J, photosensitive semiconductor layers R1, R2, etc., various optical input logical operations as described with reference to FIG. 6 become possible.

Y字型分岐路以外の部分を走行する被ガイド波を光感応
作用のあるVari−[1PIGFEDで受けて、その
インバータ出力で分岐路の電圧分布を逆転させ、チャネ
ル・スイッチさせることもできる。この外ら成る可変電
位分布構造を形成する場合に就き述べた。この場合、素
子にラッチ動作があることが一つの特徴である。
It is also possible to receive the guided wave traveling in a portion other than the Y-shaped branch by a photosensitive Vari-[1 PIGFED, and use the inverter output to invert the voltage distribution in the branch to perform channel switching. We have described the case of forming a variable potential distribution structure consisting of this. In this case, one feature is that the element has a latch action.

尚、J、J、にマイクロ・ブリッジ型のものを用いた場
合には、静特性の形態は第4図示のものと異なるが、同
様に零電圧状態と電圧状態とが存在するので、その間の
遷移を利用することができる。
Note that when micro-bridge types are used for J, J, the form of static characteristics is different from that shown in Figure 4, but since there is a zero voltage state and a voltage state as well, the difference between them is Transitions can be used.

一方、ゲート領域に単結晶性の半導体層を設けてn(変
電位分布を実現する場合に就き考えてみると、様々な種
類が有り得るが、光に感じる構造を選ぶと、PN接合、
PIN接合、PNPNサイリスタ構造等がある。中でも
、光パルスでラッチ動作が起き、適当なバイアス条件下
では順方向オフ状態(高抵抗状態)であったものが、負
性抵抗領域を経てオン状S(低抵抗状態)に変わるもの
としては、既述した所でもあるがPNPNサイリスタ構
造を挙げることができる。
On the other hand, if we consider the case where a single-crystalline semiconductor layer is provided in the gate region to realize a variable potential distribution, there are many different types, but if we choose a structure that is sensitive to light, we can choose a PN junction,
There are PIN junctions, PNPN thyristor structures, etc. Among these, a latch operation occurs due to a light pulse, and under appropriate bias conditions, the forward OFF state (high resistance state) changes to the ON state S (low resistance state) after passing through the negative resistance region. As already mentioned, a PNPN thyristor structure can be mentioned.

パ;1このオフ状S(高抵抗状態)とオフ状態(低抵1
パ・ゝ・j “灰状態)との電位分布の変化によって、」ニ記した1 巧÷ri−DPIGFED型光分岐路をスイッチさせる
こともできる。低抵抗状態をJ、JLの場合の零電圧状
態に対比させ、高抵抗状態を直列J、J、アレイにおけ
る各J、J、のギャップ電圧の和に対比させれば、第7
図に即、して説明した場合と類似の動作が可能になる。
1 This off state S (high resistance state) and off state (low resistance 1
By changing the potential distribution between the gray state and the gray state, it is also possible to switch the optical branch path of the DPIGFED type. If we compare the low resistance state to the zero voltage state in the case of J, JL, and the high resistance state to the sum of the gap voltages of each J, J, in the series J, J, array, the seventh
An operation similar to that described in the figure becomes possible.

第8図に、ゲート領域にレーザ・アニール等で形成され
た結晶膜を用いたPNPNサイリスタ構造を持つ場合の
実施例を示している。この実施例では、全体的に第7図
示の実施例との対比が容易な構成を挙げている。
FIG. 8 shows an embodiment in which the gate region has a PNPN thyristor structure using a crystal film formed by laser annealing or the like. This embodiment has a configuration that can be easily compared with the embodiment shown in FIG. 7 as a whole.

この実施例の場合は、常温動作が可能なので、電極MB
L、MBR,HA等は通常の金属電極で良い、制御用の
ゲート電極GBIはPMPM構成のP層にオーム性の接
触をしている。同様にゲート電極GB2もN層にオーム
接触している。制御電極GAIはP層とオーム接触し、
制御電極GA2は抵抗層R2とオーム接触している。
In this example, since normal temperature operation is possible, the electrode MB
L, MBR, HA, etc. may be ordinary metal electrodes, and the control gate electrode GBI is in ohmic contact with the P layer of the PMPM configuration. Similarly, the gate electrode GB2 is also in ohmic contact with the N layer. The control electrode GAI is in ohmic contact with the P layer,
Control electrode GA2 is in ohmic contact with resistive layer R2.

褐−卜電位の直接及ばない所で浅いイオン注入等−スチ
ャネル間の接続を威すように構成されている。ゲート制
御端子GAl、CA2.GBI、Cl1I2へ供給する
電位やドレイン電位VDA 、 VDB 、ソース電位
vsが、第7図示実施例におけるように低電圧駆動にな
らないことは止むを得ないことである。
The shallow ion implantation is configured to allow connection between channels outside the direct reach of the brown potential. Gate control terminals GAl, CA2. It is unavoidable that the potentials supplied to GBI and Cl1I2, the drain potentials VDA and VDB, and the source potential vs are not driven at low voltages as in the seventh illustrated embodiment.

第8図は、PNPN@成と抵抗層R1,R2を使用して
構成した一つの場合であって、半導体層の場合はより多
くの種類の構成がこの他にも有り得ること、言うまでも
ない、また、Vari−ロPIGFEDの光分岐路では
なく、ゲート領域にPNPNサイリスタ構成を採るFE
T構成も可能である。第5図示のJ、J、アレイをPN
PNサイリスタ構造で置き換えたものや、第6図におい
てJ、J、アレイをPNPNサイリスタ構造で置き換え
たもの等が容易に考えられ、これらの動作は第6F−I
図に属して述べたVari−DPIGFEII動作に準
じて類推することができる。尚、第6図示の場合は、チ
ャネル領域を覆う抵抗層領域85とPMPMサイリスタ
構造のオン抵抗−オフ抵抗の抵抗:I’、7q比を最適
に設計する必要がある。
FIG. 8 shows one example of a configuration using PNPN@structure and resistive layers R1 and R2, and it goes without saying that there may be many other types of configurations in the case of semiconductor layers. , Vari-RO FE that adopts a PNPN thyristor configuration in the gate region instead of the optical branch path of the PIGFED.
A T configuration is also possible. J, J, array shown in Figure 5 is PN
It is easy to think of a structure in which a PN thyristor structure is used, or a structure in which J, J, and arrays in FIG. 6 are replaced with a PNPN thyristor structure.
An analogy can be made according to the Vari-DPIGFEII operation described in connection with the figure. In the case shown in FIG. 6, it is necessary to optimally design the resistance layer region 85 covering the channel region and the on-resistance-off-resistance ratio: I', 7q of the PMPM thyristor structure.

ることができる。can be done.

以上の各実施例においては、Vari−DPIGFED
の構造部分は通常のMOSFETとの対比で言えば横型
のものであった。これに対して、通常のN0SFETと
の対比において、縦型の構造、即ち、ドレインが半導体
領域の中にあって直接には表面電界制御用の絶縁膜に接
しない構造を採用することもできる。一般的に言えば、
VMO9類似の構造をも含めて、これら縦型構造の方が
高電圧動作が可能である。
In each of the above embodiments, Vari-DPIGFED
The structure of the MOSFET was horizontal compared to a normal MOSFET. On the other hand, in comparison with a normal NOSFET, a vertical structure, that is, a structure in which the drain is located in the semiconductor region and does not directly contact the insulating film for controlling the surface electric field, may be adopted. Generally speaking,
These vertical structures, including structures similar to VMO9, are capable of higher voltage operation.

従って、こうした構造を本発明に組合わせた場合には、
空乏層導波路に高電界を掛けて大きな電気光学的変化を
もたらすことができる。
Therefore, when such structures are combined with the present invention,
A high electric field can be applied to a depletion layer waveguide to produce large electro-optical changes.

第9図にこうした場合の実施例を挙げ、説明する。この
第9図に示すデバイスの断面図において、基板部分の構
成は様々考えられる。
An example of such a case will be shown and explained in FIG. In the cross-sectional view of the device shown in FIG. 9, various configurations of the substrate portion are possible.

単体の半導体の場合は、第9A図において、例えば、絶
縁基板31としてν(n−)型またはπ「lp )型の
基板、ドレイン82としての部分を、′、1 導体等の半導体で考えて良い、また、へテロ構成で考え
るのならば、絶縁基板81の上に例えばSiのn中層9
2を結晶性膜として付着させた後、更にSi0層93を
エピタキシャル成長等で付けることも考えられる。
In the case of a single semiconductor, in FIG. 9A, for example, consider that the insulating substrate 31 is a ν(n-) type or π"lp) type substrate, and the drain 82 is a semiconductor such as ', 1 conductor. Also, if we consider a heterostructure, for example, an N intermediate layer 9 of Si is formed on the insulating substrate 81.
It is also conceivable to deposit Si0 layer 93 by epitaxial growth or the like after depositing Si0 layer 93 as a crystalline film.

上記の結晶層93の中に、拡散やイオン注入で形成され
たP型領域94aと134bとがある。
In the crystal layer 93, there are P-type regions 94a and 134b formed by diffusion or ion implantation.

n土層95a と95bとはソース領域(S)として働
く。
The n-soil layers 95a and 95b act as source regions (S).

もう ・方のn土層32を既述のように、トレイン(D
)として考えると、本デバイスは、n十層82−n一層
またはp一層(133a−Hb−He)−1層(94a
、94b) −n中層(95a 、 95b)の構成を
採り、通常の縦型構成の表面電界効果デパ・イスの不純
物置4ノ及び物質構成と回じ構成となる。表面゛市界効
果のために必要とされる絶縁11!i!9Elは酸化シ
リコンや窒化シリコン等で形成すれは良木めの電JE分
11iは、絶縁11936の上に形成された低“抵抗部
分87と98a、98bの間にある電圧分4j形成機構
1119.910に上記各領域87,118a 、98
bから電圧を印加することによって形成される。
As mentioned above, the n soil layer 32 on the other side is
), the device has n10 layers 82-n single layer or p single layer (133a-Hb-He)-1 layer (94a
, 94b) -n intermediate layer (95a, 95b), and has the impurity storage 4 and material configuration of a normal vertical surface field effect device. Insulation required for surface ``city effect'' 11! i! 9El is made of silicon oxide, silicon nitride, etc., and the voltage component 11i is a voltage component 4j formed between the low resistance portion 87 formed on the insulation 11936 and 98a, 98b. 910, each of the above regions 87, 118a, 98
It is formed by applying a voltage from b.

電圧分布形成機構には様々なものが考えられ111結晶
層を層99.’1110仁することができる。この場合
には該層119,910の部分に更に適当な′プロセス
を施してP N 41合、 PIN接合、ショットキ接
合、PNPNスイッチ機構等を形成することができる。
Various mechanisms can be considered for forming the voltage distribution, and the 111 crystal layer is replaced by the 99. '1110 can be done. In this case, the layers 119 and 910 can be further subjected to a suitable process to form a PN junction, a PIN junction, a Schottky junction, a PNPN switch mechanism, etc.

このような場合には、コンタクト部分97,98a、9
8bに各種の電位をグーえることによって、絶縁膜86
と層9’9,910の間に形成される電位分布を時間的
、空間的に高速で変化させることができる。
In such a case, contact portions 97, 98a, 9
By applying various potentials to the insulating film 86
The potential distribution formed between the layers 9'9 and 910 can be changed temporally and spatially at high speed.

また、」ニ記の接合構造は光等の電磁波に高感度で反応
して電位分布を変化させることもできる。
Furthermore, the junction structure described in item (d) can also react with high sensitivity to electromagnetic waves such as light and change the potential distribution.

l・リングラフィを利用してn個の数10λ〜200λ
位の間隙を形成し、この間に絶縁物質やアモルファス半
導体を埋め込むことにより、n個のJ、J。
n number of 10λ to 200λ using l-phosphorography
By forming a gap between the positions of 1 and 2 and burying an insulating material or an amorphous semiconductor between the gaps, n pieces of J, J are formed.

を形成することもできる。can also be formed.

そして例えば、領域88にn個のJ、J、と直列抵抗で
電圧分布機構を形成し、コンタクト98a、+17から
電圧を印加すると、n個のJ、J、かう成る直列アレイ
を零゛屯圧状態からn×Δvgの電圧状態に遷移させる
ことができる。ΔVgは既述したように、電極材料で決
まるJ、+:のギャップ電圧である。尚、これらの超伝
導接合の電圧状態への遷移は当該接合近傍の外部磁界に
よっても制御できることは前に述べた。また、ゲ−1・
領域に電位分1(jの変化を形成する方法としては第6
各図に即して示した方法が適用できる。
For example, if a voltage distribution mechanism is formed in the region 88 by n J, J, and series resistors, and a voltage is applied from contacts 98a, +17, the series array consisting of n J, J, It is possible to make a transition from the state to a voltage state of n×Δvg. As mentioned above, ΔVg is the gap voltage of J, +: determined by the electrode material. As mentioned above, the transition of these superconducting junctions to the voltage state can also be controlled by an external magnetic field near the junction. Also, game 1
The sixth method for forming a change in potential 1 (j) in the region is
The methods shown in each figure can be applied.

こうした第9A図示の構成においては、部分乃至領域9
3cが縦型MO3FETと同様の原理によって布部分9
3cの中に、更にこの空乏層93cより低屈折率の絶縁
層912を形成し、当該導波路93cを途中から93c
Lの部分と93cRの部分に分割している。
In the configuration shown in FIG. 9A, the portion or region 9
3c is the cloth part 9 based on the same principle as the vertical MO3FET.
3c, an insulating layer 912 having a lower refractive index than this depletion layer 93c is further formed, and the waveguide 93c is connected to 93c from the middle.
It is divided into an L part and a 93cR part.

このような分割により、7字型の導波路を形成して、光
波カイト波のスイッチを行なう場合は、先にも述べたよ
うに、一般に約5″以下の全反射可能な角度であるなら
ば、光波カイト波の方向切換えが行なえる。このような
スイッチ機能を営ませる時には、導波路部分93cL、
93cRの屈折率条件をゲート領域の電位分布やソース
、ドレイン電位によって、片方が右利になるような表面
電界分布にスイッチさせる。
When a figure 7-shaped waveguide is formed by such division and a light wave kite wave is switched, as mentioned above, generally, if the angle is about 5" or less that allows for total reflection, , the direction of the light wave kite wave can be switched.When performing such a switch function, the waveguide portion 93cL,
The refractive index condition of 93cR is switched to a surface electric field distribution in which one side is right-handed, depending on the potential distribution of the gate region and the source and drain potentials.

wtj9C図に示すように、同じ幅の導波路93cと9
14cとを徐々に近づけて、同図(B)に示した先の7
字型分岐路構造でテーパを付けて合体させた後、また同
じ幅(両導波路を合せた幅)の一つのH4,j尚、第9
゜図14、ユ9゜電界効果デフ、イアを分離するために
、分離層913が設定されている。これらは適当な絶縁
物質等で形成することができる。」ニ記した活性先導波
路で光導波条件を更に良好にするためには、導波路93
cの周囲を光損失の少ない低屈折率層で置き換えること
も考えられる。
As shown in the wtj9C diagram, waveguides 93c and 9 with the same width
14c, gradually approach the point 7 shown in the same figure (B).
After tapering and merging with the shape branch structure, one H4,j of the same width (the combined width of both waveguides)
14, 9° A separation layer 913 is provided to separate the field effect differential and the ear. These can be formed of a suitable insulating material or the like. In order to further improve the optical waveguide conditions with the active guide waveguide described in 2.
It is also conceivable to replace the area around c with a low refractive index layer with less optical loss.

そのためには、第1O図に示すように、斜線の部分10
0を酸素や窒素等のイオン注入等により絶縁物質に変化
させることも良い。導波路条件を良好にするためにこの
ようにしても、縦型の表面電界効果デバイスの特性は良
好に維持することができる。他の部分は第9各図に示し
た構成子と同一で良いので、第9各図中と同一の符号を
付し、説明は省略する。
To do this, as shown in Figure 1O, the shaded area 10
It is also possible to change 0 into an insulating material by implanting ions of oxygen, nitrogen, or the like. Even if this is done to improve the waveguide conditions, the characteristics of the vertical surface field effect device can be maintained well. Since the other parts may be the same as the components shown in each of FIGS. 9 and 9, the same reference numerals as in each of FIGS.

また、第9図示、第10図示のデバイスの構造において
、紙面に垂直な方向の導波路の状態に就1・ 1・ て゛電圧分布を与えることもできる。 ″−縦型Var
i−DPIGFE(lによる光分岐路の4a成法も。
Furthermore, in the structure of the device shown in FIGS. 9 and 10, a voltage distribution of 1.1. can also be given to the state of the waveguide in the direction perpendicular to the plane of the paper. ″-Vertical Var
i-DPIGFE (4a construction method of optical branch path using l).

1tS7図、第8図に即して説明したと同様の概念を適
用することができる。
The same concept as explained with reference to 1tS7 and FIG. 8 can be applied.

第1図及び第2図において、基板はSiC等の結晶から
成る板状の形態を考えて説明を加えたが。
In FIGS. 1 and 2, the explanation has been made assuming that the substrate is in the form of a plate made of crystals such as SiC.

a−3i:)llliJや、 a−9iC:H膜ノヨウ
ナ、低?i テ形成可能な絶縁膜上または絶縁基板」二
の半導体を用いることも条件によっては可能である。ま
た、 S’iCやCdS等の半導体層は、スパッタ蒸着
法等によっても多結晶体として形成できる。
a-3i:)lliJ, a-9iC:H membrane noyouna, low? Depending on conditions, it is also possible to use a semiconductor that can be formed on an insulating film or on an insulating substrate. Further, a semiconductor layer such as S'iC or CdS can also be formed as a polycrystalline material by sputter deposition or the like.

また、こうした二、三の例で述べた低温形成可能な半導
体の他にも、物質とその薄膜形成法の選択によって、低
温形1&ul能な半導体膜は各種存在する。これらの半
導体8I膜も、本発明の各実施例または類似の構成の要
素として利用することかで−4る。また、当然のことで
あるが、ゲ−1・領域の、、j71 ・′酊1位分布用の薄膜の一部としても用いることかで
Sjる。 − ’:、’、: 、 、方、Slは 1.2J1m 〜9
J1m(7)赤外域で透明度が高/)。従って、この材
料は、本発明において赤外域での活性導波路として利用
することができる。
In addition to the semiconductors that can be formed at low temperatures as described in the above two or three examples, there are various types of semiconductor films that can be formed at low temperatures depending on the selection of materials and thin film formation methods. These semiconductor 8I films can also be used as elements of each embodiment of the present invention or similar structures. Also, as a matter of course, it can also be used as a part of the thin film for the 1st place distribution in the 1 area. -':,',:, , direction, Sl is 1.2J1m ~9
J1m (7) High transparency in the infrared range/). Therefore, this material can be used as an active waveguide in the infrared region in the present invention.

ところで、MOSFETは、 4.2にではN型チャネ
ルも0E−1Cを考える時には、光発生素子をモノリシ
ンクに形成できることが望ましい。
By the way, when considering 0E-1C for the N-type channel in MOSFET in 4.2, it is desirable that the light generating element can be formed into a monolithic structure.

サファイヤ基板やスピネル基板はSiのSO8構造がで
きると同時に化合物半導体も結晶成長する。
On sapphire substrates and spinel substrates, the SO8 structure of Si is formed, and at the same time, compound semiconductor crystals are grown.

そこで、」、記した所に即しての一つの考え力として、
サファイヤ基板上の発光デバイス(例えば発光ダイオー
ド、゛I′導体DHレーザ)と、 sos構成のVar
i−DPIGFEDとの結合がある。導波路としては今
迄述べてきたように、 Ta205が実績がある。
Therefore, as an idea based on what I wrote,
A light emitting device (e.g. light emitting diode, I' conductor DH laser) on a sapphire substrate and a Var in an SOS configuration.
There is a connection with i-DPIGFED. As mentioned above, Ta205 has a proven track record as a waveguide.

このTaz0511ffのドに薄い5I02膜があると
、これを介して被カイ1ζ光を=一部リークできて、−
4′導゛2 −”体バリアのJ 、 J 、笠への光入力が11丁能
になる。
If there is a thin 5I02 film on the surface of this Taz0511ff, part of the exposed 1ζ light can leak through it, and -
The light input to J, J, and the shade of the 4′-guided 2-” body barrier becomes 11 diodes.

もう ・つの重要な考え力として、S i CJ、%板
またはSiCエピタキシャル成長膜の利用がある。Si
CはSiに比べて高耐熱半導体で、昇華点や融点は大幅
に高く、製作が困難であったが、最近ではSi上に、S
lの炭化層を介することにより、 SiCのエピタキシ
ャル成長が可能になってきている。
Another important idea is the use of SiCJ, % plates, or SiC epitaxially grown films. Si
C is a highly heat-resistant semiconductor compared to Si, and its sublimation point and melting point are significantly higher, making it difficult to manufacture.
It has become possible to epitaxially grow SiC through a carbonized layer of 1.

SiCには6H型(hexagonal) と3C型(
cubic)の結晶がある。8H型は、常温でエネルギ
・キャンプ約3、OeV、電子移動度480c+m2/
 Vsec、 3C型はエネルギ・ギヤツブ約2.2e
V、電子移動度1000cm27 Vsecである。
SiC has 6H type (hexagonal) and 3C type (
There are crystals of cubic. The 8H type has an energy camp of about 3, OeV, and an electron mobility of 480c+m2/at room temperature.
Vsec, 3C type has energy gear approximately 2.2e
V, electron mobility is 1000 cm27 Vsec.

SiC基板またはSiやサファイヤ基板上に対しての気
相成長法によるエピタキシャル成長も試みられており、
通運な条件では良好な結晶膜が得れてsec、(Es=
2X 105V/ am)であり、GaAsはVs=2
 X107cm/ sec、 (Es=3X 105V
/ cm)である。また、熱伝導率が高いという特徴を
持っている。
Epitaxial growth using vapor phase growth on SiC substrates or Si or sapphire substrates has also been attempted.
Under normal conditions, a good crystalline film can be obtained and sec, (Es=
2X 105V/am), and for GaAs, Vs=2
X107cm/sec, (Es=3X 105V
/ cm). It is also characterized by high thermal conductivity.

SiC基板上にレーザ・アニールでSiのSol構造も
作成できる。SiCは他の化合物半導体に比べると高温
処理51能な半導体であって、Slの比較的高温のプロ
セスと1!7Il染みが良いのである。
A Si Sol structure can also be created on a SiC substrate by laser annealing. SiC is a semiconductor that can be processed at high temperatures compared to other compound semiconductors, and is good at relatively high temperature processes and 1!7Il staining.

OE−[:を考えると、SiCのPN接合は古色の発光
タイオードであり、発光源のモノリシック化が容易にで
きる。発光のスペクトル・モードはドープ不純物やバン
ドの中のセンタによって異なってくる。
Considering OE-[:, the SiC PN junction is an old-fashioned light-emitting diode, and the light-emitting source can be easily made monolithic. The spectral mode of emission varies depending on the doping impurity and the center within the band.

また、 SiC自体、不純物ドープやMO3構成がSl
と殆と同様にti(能である。 SiCのMO3I−ラ
ンジスタのゲ−1・を改質して、本発明のJ、j、を用
いたVati−DPIGFEDにすることができる。
In addition, SiC itself is doped with impurities and the MO3 composition is Sl
The SiC MO3I transistor can be modified to form a Vati-DPIGFED using J and j of the present invention.

、SiCは透明な半導体であるので、ゲ−1・部への川
ゝ 一−’ S i Cの/<ンド・ギャップより小さなエ
ネルギの可視光または赤外光は、基板を通り抜け、ゲー
トのJ、J、部分の半導体バリアを光励起することがで
き蚤 すると、信頼性の高いデバイス構成となる。光入力の導
入は導波路による伝搬が利用できる。
, SiC is a transparent semiconductor, so visible or infrared light with energy smaller than the gate gap of SiC passes through the substrate and enters the gate J. , J, can be optically excited, resulting in a highly reliable device configuration. Propagation through a waveguide can be used to introduce optical input.

また、二人力の光波カイト波でVa i i −DP 
IGFEDを駆動したい時には、チャネルにソース、ト
レインと同一・導電型のアイランドを設け、デュアルゲ
ー]・構造とし、ゲート部も夫々のチャネルにに個別に
J、J、及びP、V、E、層を配置したものとすると、
光入力が二人力で始めてオンするFETも可能になる。
In addition, Va i i -DP with light wave kite wave powered by two people.
When it is desired to drive an IGFED, an island of the same conductivity type as the source and train is provided in the channel to create a dual-gate structure, and the gate section is also provided with J, J, P, V, E, and layers separately for each channel. Assuming that you have placed
It also becomes possible to turn on an FET with optical input only by two people.

これらもまた、OE−ICの構成要素として、機能の多
様化と高性能化をもたたすものである。
These also provide diversified functions and improved performance as constituent elements of the OE-IC.

以」−述べたように1本発明のVari−DPIGFE
Dによ=る光分岐路を用いると、一つの光源からの光波
の進行方向をスイッチ機構で変えることができる。
- As mentioned above, the Vari-DPIGFE of the present invention
By using an optical branch path based on D, the traveling direction of light waves from one light source can be changed using a switch mechanism.

従って、これらの分岐路を枝状に接続していくと、ツリ
状に光カイ下のパスを展開することができる。このよう
にした装置は、固体の中で光波カイト波による信号の伝
達を利用する0E−ICの構成−1−1rii、要な役
割を占めることになる。
Therefore, by connecting these branch paths in a branch-like manner, it is possible to develop a path under the optical path in a tree-like manner. Such a device will play an important role in the 0E-IC configuration-1-1rii, which utilizes signal transmission by optical kite waves in a solid state.

また、人発明によれば、同様の構造でチャネル電流の方
に着目した表面電界効果トランジスタであるVari−
DPIGFEDと組合せる等して0E−夏Cを構成する
と、機能の多様化、並列処理の速度向上等も図ることが
できる。
In addition, according to a person's invention, Vari-
By configuring 0E-Summer C by combining it with DPIGFED, etc., it is possible to diversify functions and improve the speed of parallel processing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の可変電位分布絶縁ゲート構造を持つ表
面電界効果装置(Vari−DPIGFED)による光
力イト変調、分岐路の原理的断面図、第2図は一つの光
力イトから複数本の分岐路に被カイF波を分岐、分配さ
せる本発明のVari−Dρ■GFED光分岐路の概略
構成図、 第3図は第2図示装置のゲ−1・部制御電極に4叉る駆
動パルスシーケンス例の説明図、第4図はジョゼフソン
接合の代表的なIj−Vj静′4□ν性の説明図、 第5図はJ、J、接合の直列アレイ構成法と成る場合の
アレイの電位分布の説明図、 第6図はJ、J、接合アレイと抵抗層から成るゲーI・
部を持ツVari−DPIGFED、及び更に一般化し
たJ、J、 十P、V、E、構造、第一、第二P、V、
E、構造をゲート領域にした場合の各説明図、 第7図はY字型にVari−DPIGFED光分岐路を
構成した実施例の概略構成図、 第8図はJ、J、接合に変えてPNPN構成を採り、こ
れと、 jI!、抗層、金属電極から成るY字型Var
i−DPIGFED光分岐路を構成した実施例の概略構
成図、第9図は縦型構造を採るn”−p−n−−n”V
ari−DPIGFEDの断面図とその活性先導波路と
しての説明図、 ff110図は縦型構造のn十−p−n−n+Vari
−DPIGFEDを用いた他の実施例の構造断面図。 である。 図中、1.63,71.91は基板、2,84,72.
98はゲー°卜絶縁膜、3,85.R,R1,R2,9
9,910は半電導膜乃至抵′机層、4.Ell、95
a、Sはソース、5,62.92.Dはドレイ7、B、
?、GAi、GBiはゲ−1・領域上に設けられた電指
定代理人 T業技術院電子技術総す研究所引等 々 力
 神 第4図
Figure 1 is a theoretical cross-sectional view of a branch path and modulation of optical power by the surface field effect device (Vari-DPIGFED) with a variable potential distribution insulated gate structure of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view of multiple optical power outputs from one optical power element. A schematic configuration diagram of the Vari-Dρ GFED optical branching path of the present invention that branches and distributes the to-be-chilled F-wave into the branching path of the device shown in FIG. An explanatory diagram of an example of a pulse sequence. Fig. 4 is an explanatory diagram of a typical Ij-Vj static '4□ν characteristic of a Josephson junction. Fig. 5 is an illustration of an array in the case of a series array configuration method of J, J, and junctions. Figure 6 is an explanatory diagram of the potential distribution of
Vari-DPIGFED with part, and further generalized J, J, ten P, V, E, structure, first, second P, V,
E, each explanatory diagram when the structure is made into a gate region, Fig. 7 is a schematic configuration diagram of an embodiment in which the Vari-DPIGFED optical branch path is configured in a Y-shape, and Fig. 8 is a diagram in which the structure is replaced with a J, J, junction. Adopting a PNPN configuration, this and jI! Y-shaped Var consisting of , antilayer, and metal electrode
A schematic configuration diagram of an embodiment in which an i-DPIGFED optical branch path is configured, FIG. 9 is an n"-p-n--n"V
A cross-sectional view of the ari-DPIGFED and an explanatory diagram of its active guiding waveguide.
- Structural sectional view of another example using DPIGFED. It is. In the figure, 1.63, 71.91 are the substrates, 2, 84, 72.
98 is a gate insulating film; 3, 85. R, R1, R2, 9
9,910 is a semiconducting film or a resistive layer; 4. Ell, 95
a, S is source, 5, 62.92. D is Dray 7, B,
? , GAi, and GBi are the electronic designated agents established in the Game 1 area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)絶縁ゲーI・型表面電界効果デバイスにおいて。 半導体領域を覆う絶縁膜があり、′該絶縁膜のもう一方
の側に該半導体領域の表面電界を制御するための不均一
電位分布を可能にするゲート領域を設けると共に、 該表面電界効果の及ぶ半導体領域の一部を先導波路とし
て用いることを特徴とする表面電界効果デバイス。 2、特許請求の範囲l)に記載の表面電界効果デバイス
であって、 ≧1′、導体i城に電圧を印加するか電流を通ずるため
の複数の端子を持つことを特徴とする表面電界効果デバ
イス。 3)特許請求の範囲l)または2)のいづれか一つに記
載の表面電界効果デバイスであって、半導体領域の表面
電界を制御するために、不均一な不純物源゛度分布部分
を持つことを特徴とする表面電界効果デバイス。
[Claims] 1) In an insulated game I type surface field effect device. There is an insulating film covering the semiconductor region, and a gate region is provided on the other side of the insulating film to enable a non-uniform potential distribution for controlling the surface electric field of the semiconductor region, and a gate region is provided on the other side of the insulating film to control the surface electric field of the semiconductor region. A surface field effect device characterized in that a part of a semiconductor region is used as a guiding wavepath. 2. The surface field effect device according to claim l), characterized in that ≧1', the surface field effect device has a plurality of terminals for applying voltage or passing current to the conductor i. device. 3) A surface field effect device according to claim 1) or 2), which has a non-uniform impurity source density distribution portion in order to control the surface electric field of the semiconductor region. Characteristic surface field effect device.
JP23728683A 1983-12-16 1983-12-16 Surface field-effect device Granted JPS60129725A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23728683A JPS60129725A (en) 1983-12-16 1983-12-16 Surface field-effect device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23728683A JPS60129725A (en) 1983-12-16 1983-12-16 Surface field-effect device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1110978A Division JPH0682838B2 (en) 1989-04-28 1989-04-28 Surface field effect device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60129725A true JPS60129725A (en) 1985-07-11
JPH0349411B2 JPH0349411B2 (en) 1991-07-29

Family

ID=17013127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23728683A Granted JPS60129725A (en) 1983-12-16 1983-12-16 Surface field-effect device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60129725A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62194219A (en) * 1986-02-21 1987-08-26 Fujitsu Ltd Programmable optical ic
FR2647965A1 (en) * 1989-05-30 1990-12-07 Thomson Csf Electro-optical modulator of the field-effect transistor type
KR101102965B1 (en) 2004-12-30 2012-01-10 매그나칩 반도체 유한회사 High voltage transistor and semiconductor device having the same
WO2013042757A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 日本電気株式会社 Optical waveguide and method for controlling characteristics of optical waveguide
JP2015069129A (en) * 2013-09-30 2015-04-13 日本電信電話株式会社 Silicon carbide optical waveguide element

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4942278A (en) * 1972-03-03 1974-04-20
JPS4942277A (en) * 1972-03-03 1974-04-20
JPS49113648A (en) * 1973-02-26 1974-10-30
JPS55138889A (en) * 1979-04-16 1980-10-30 Nec Corp Semiconductor pulse generator
JPS55154791U (en) * 1979-04-19 1980-11-07
JPS5692524A (en) * 1979-12-27 1981-07-27 Nec Corp Photo switch

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4942278A (en) * 1972-03-03 1974-04-20
JPS4942277A (en) * 1972-03-03 1974-04-20
JPS49113648A (en) * 1973-02-26 1974-10-30
JPS55138889A (en) * 1979-04-16 1980-10-30 Nec Corp Semiconductor pulse generator
JPS55154791U (en) * 1979-04-19 1980-11-07
JPS5692524A (en) * 1979-12-27 1981-07-27 Nec Corp Photo switch

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62194219A (en) * 1986-02-21 1987-08-26 Fujitsu Ltd Programmable optical ic
FR2647965A1 (en) * 1989-05-30 1990-12-07 Thomson Csf Electro-optical modulator of the field-effect transistor type
KR101102965B1 (en) 2004-12-30 2012-01-10 매그나칩 반도체 유한회사 High voltage transistor and semiconductor device having the same
WO2013042757A1 (en) * 2011-09-23 2013-03-28 日本電気株式会社 Optical waveguide and method for controlling characteristics of optical waveguide
JP2015069129A (en) * 2013-09-30 2015-04-13 日本電信電話株式会社 Silicon carbide optical waveguide element

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0349411B2 (en) 1991-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100293400B1 (en) HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY IN STRAINED Si/SiGe
JP3748905B2 (en) Quantum effect device
EP0324044B1 (en) A field-effect device with a superconducting channel
CA1216961A (en) Low temperature tunneling transistor
US6171905B1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH03196120A (en) Optical modulator
CA1139454A (en) Floating gate vertical fet
KR20030027018A (en) Metal sulfide semiconductor transistor devices
JPS60129725A (en) Surface field-effect device
US5250817A (en) Alkali barrier superconductor Josephson junction and circuit
US3705309A (en) Thin film optoelectronic semiconductor device using light coupling
JPS5938747B2 (en) Semiconductor device and its usage
WO2007141956A1 (en) Optical amplifier
JPH0682838B2 (en) Surface field effect device
US5239187A (en) Josephson effect semiconductor device with channel layers of semiconductor and superconductor materials
JPH0422028B2 (en)
JPS60223175A (en) Superconductive switching device
JPH03129785A (en) Superconducting device
US4980750A (en) Semiconductor crystal
US4994882A (en) Semiconductor device and method
JPS63250879A (en) Superconducting element
JPS6167275A (en) Semiconductor device
Dreifus et al. Field‐effect transistors in Hg1− x Cd x Te grown by photoassisted molecular beam epitaxy
KR20010014877A (en) Dual-type thin-film field-effect transistors and applications
JPS61270873A (en) Semiconductor device