JPS624370A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPS624370A JPS624370A JP60144998A JP14499885A JPS624370A JP S624370 A JPS624370 A JP S624370A JP 60144998 A JP60144998 A JP 60144998A JP 14499885 A JP14499885 A JP 14499885A JP S624370 A JPS624370 A JP S624370A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B53/00—Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
狐粟五Δ姐旦分断
この発明は半導体素子、詳しくは、室温程度の温度範囲
において顕著な電気抵抗変化、特に、負性抵抗特性を何
する半導体素子に関する。
において顕著な電気抵抗変化、特に、負性抵抗特性を何
する半導体素子に関する。
従来技術
分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）あるいは有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓ絶縁体基
板上に周期的に１０〜数十層の薄いＧａＡｓ層とＡｆｆ
Ａｓ層とを繰り返し設けた超格子の負性抵抗（第１図参
照）が、例えば、ボニフォイ（Ｂｏｎｎｅ「ｏｉ）等に
より発表された（Ｂｏｎｎｅｆｏｉ ａｔ ａＬＡｐｐ
ｌｉｄｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ４６巻、
２８５頁、１９８５年）。
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓ絶縁体基
板上に周期的に１０〜数十層の薄いＧａＡｓ層とＡｆｆ
Ａｓ層とを繰り返し設けた超格子の負性抵抗（第１図参
照）が、例えば、ボニフォイ（Ｂｏｎｎｅ「ｏｉ）等に
より発表された（Ｂｏｎｎｅｆｏｉ ａｔ ａＬＡｐｐ
ｌｉｄｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ４６巻、
２８５頁、１９８５年）。
上記半導体素子の超格子に対して測定された縦方向の電
流−電圧特性によれば、第１図に示すように２６０°に
以下の温度で負性抵抗特性を有することが確認されたが
、室温２９３°に付近では負性抵抗特性を有さなかった
。
流−電圧特性によれば、第１図に示すように２６０°に
以下の温度で負性抵抗特性を有することが確認されたが
、室温２９３°に付近では負性抵抗特性を有さなかった
。
また、第２図に示すように、複数のＧａＡｓ層とＡｅＡ
ｓ層とを非周期的に重ね合わせて構成した、いわゆる、
ヂャープ（ＣＩＩＩＲＩ’）超格子構造が負性抵抗素子
として提案されてはいるが、上記従来の超格子構造の半
導体素子と同様、未だ、該半導体素子の室温程度の能動
温度範囲において所望の負性抵抗特性が得られていない
。第２図において１はエミッタ領域、２はコレクタ領域
、３は超格子領域である。
ｓ層とを非周期的に重ね合わせて構成した、いわゆる、
ヂャープ（ＣＩＩＩＲＩ’）超格子構造が負性抵抗素子
として提案されてはいるが、上記従来の超格子構造の半
導体素子と同様、未だ、該半導体素子の室温程度の能動
温度範囲において所望の負性抵抗特性が得られていない
。第２図において１はエミッタ領域、２はコレクタ領域
、３は超格子領域である。
上記従来の半導体素子においては格子振動の影響、即ち
、有限の温度では超格子におけるポテンシャルの山によ
る電子反射率がθ°Ｋにおける場合と異なることに関し
、十分な検討がなされておらず、このため、所望の抵抗
変化特性、特に、負性抵抗特性を得ることができなかっ
たものと考えられる。
、有限の温度では超格子におけるポテンシャルの山によ
る電子反射率がθ°Ｋにおける場合と異なることに関し
、十分な検討がなされておらず、このため、所望の抵抗
変化特性、特に、負性抵抗特性を得ることができなかっ
たものと考えられる。
解決しようとするＲ題
本発明は、原理的に、半導体素子の基板上に、所定の温
度範囲内において波動ペクト）ＩＡＫの特定モードの格
子振動エネルギー、即ち、フォノンエネルギーが減少す
る、いわゆる、フォノンのソフト化を呈する単結晶強誘
電性もしくは反強誘電性絶縁体層（以下に、これらの種
類の強誘電性絶縁体を単に強誘電性絶縁体という）上に
単結晶半導体層を形成して成る乙のである。
度範囲内において波動ペクト）ＩＡＫの特定モードの格
子振動エネルギー、即ち、フォノンエネルギーが減少す
る、いわゆる、フォノンのソフト化を呈する単結晶強誘
電性もしくは反強誘電性絶縁体層（以下に、これらの種
類の強誘電性絶縁体を単に強誘電性絶縁体という）上に
単結晶半導体層を形成して成る乙のである。
上記単結晶強誘電性絶縁体は、所定温度１゛、において
波動ベクトノＬ４に−０のフォノンエネルギーんωが略
零となるものである一方、単結晶反強誘電性絶縁体は第
１ブリユリアンゾーンの境界の波動ベクトルＩＫ（−π
／ａ；ａは格子定数）のフォノンエネルギー（ωが上記
温度Ｔｃ、においそ略零となるものである。以下に、上
述したフォノンのソフト化現象が生じる転位温度′Ｉ′
Ｇを臨界温度と記す。
波動ベクトノＬ４に−０のフォノンエネルギーんωが略
零となるものである一方、単結晶反強誘電性絶縁体は第
１ブリユリアンゾーンの境界の波動ベクトルＩＫ（−π
／ａ；ａは格子定数）のフォノンエネルギー（ωが上記
温度Ｔｃ、においそ略零となるものである。以下に、上
述したフォノンのソフト化現象が生じる転位温度′Ｉ′
Ｇを臨界温度と記す。
本発明の半導体素子は、単結晶強誘電体にフォノンのソ
フト化を発生させ、第３図に示すように、−！ 臨界温度Ｔ。付近において（ｌＴ−ｔ≧１）に比例して
伝導電子に対する散乱断面積を急激に増大させるらので
ある。
フト化を発生させ、第３図に示すように、−！ 臨界温度Ｔ。付近において（ｌＴ−ｔ≧１）に比例して
伝導電子に対する散乱断面積を急激に増大させるらので
ある。
また、単結晶強誘電体に電場を印加することにより、第
４図に示すように、例えば臨界温度をＴｃｔから１′ｃ
、に変化させ、従って、電子散乱断面積に対する印加電
圧の関係が第５図に示すようなものにし、当該半導体素
子を室温程度の温度範囲において能動させた際、電圧−
電流特性、即ち電気抵抗変化特性が顕著なもの、特に、
負性抵抗特性を有するようにしたものである。
４図に示すように、例えば臨界温度をＴｃｔから１′ｃ
、に変化させ、従って、電子散乱断面積に対する印加電
圧の関係が第５図に示すようなものにし、当該半導体素
子を室温程度の温度範囲において能動させた際、電圧−
電流特性、即ち電気抵抗変化特性が顕著なもの、特に、
負性抵抗特性を有するようにしたものである。
哀嵐鯉
以下に、この発明を、実施例を示す添付図面とともに説
明する。
明する。
第６図において、１０はこの発明の半導体素子で、例え
ば、電界効果トランジスタを構成している。１１は適宜
な絶縁体、例えばガラスを用いた絶縁体基板である。こ
の絶縁体基板ＩＩ上に、公知の気相成長方法により数μ
ｍの厚さの強誘電性絶縁体層１２が形成される。この強
誘電性絶縁体は、所定の臨界温度−においである特定の
その波動ベクトルが略零に減少する、いわゆる、フォノ
ンのソフト化を呈する材料で、例えば、Ｌ＋ Ｔａ０３
（Ｔｃ＝９１０°Ｋ）、 Ｂａ Ｔｉ Ｏｓ （Ｔｃ
” ４０６’ Ｋ）、Ｋ ＮｂＯ３（Ｔｃ ＝６９３
°Ｋ）、 ｐＨ１’ｉ ０３（Ｔ（、＝ ７６３°Ｋ）
、 Ｔｊ、ｔ （Ｍｏ Ｏ−）ｓ（Ｔｃ ”４３３°Ｋ
）、Ｎ ａ Ｎ Ｏｔ （Ｔｃ ・４３６°Ｋ）等が用
いられる。これらの絶縁体材料から成る層に、例えば、
Ｆｅ、Ｍｎ等の不純物を高濃度にドーピングすることに
より臨界温度Ｔ６を室温２９３°に程度の大きさに低下
させることができる。なお、この強誘電性絶縁体はソフ
ト化をおこす波動ベクトルは直交座標軸Ｘ、 ｙ、 Ｚ
における成分に、、 ｋ、、ｋ、のうち少なくとも１つ
の成分が零であるものであればよい。
ば、電界効果トランジスタを構成している。１１は適宜
な絶縁体、例えばガラスを用いた絶縁体基板である。こ
の絶縁体基板ＩＩ上に、公知の気相成長方法により数μ
ｍの厚さの強誘電性絶縁体層１２が形成される。この強
誘電性絶縁体は、所定の臨界温度−においである特定の
その波動ベクトルが略零に減少する、いわゆる、フォノ
ンのソフト化を呈する材料で、例えば、Ｌ＋ Ｔａ０３
（Ｔｃ＝９１０°Ｋ）、 Ｂａ Ｔｉ Ｏｓ （Ｔｃ
” ４０６’ Ｋ）、Ｋ ＮｂＯ３（Ｔｃ ＝６９３
°Ｋ）、 ｐＨ１’ｉ ０３（Ｔ（、＝ ７６３°Ｋ）
、 Ｔｊ、ｔ （Ｍｏ Ｏ−）ｓ（Ｔｃ ”４３３°Ｋ
）、Ｎ ａ Ｎ Ｏｔ （Ｔｃ ・４３６°Ｋ）等が用
いられる。これらの絶縁体材料から成る層に、例えば、
Ｆｅ、Ｍｎ等の不純物を高濃度にドーピングすることに
より臨界温度Ｔ６を室温２９３°に程度の大きさに低下
させることができる。なお、この強誘電性絶縁体はソフ
ト化をおこす波動ベクトルは直交座標軸Ｘ、 ｙ、 Ｚ
における成分に、、 ｋ、、ｋ、のうち少なくとも１つ
の成分が零であるものであればよい。
上記強誘電性絶縁体層Ｉ２上に、公知の分子線エピタキ
シャル成長法等により、たとえば、ＧａＡｓに適当な■
属の不純物をドーピングした数μｍの厚さのｎ型半導体
層１３が形成される。このドーピングは、好ましくは不
純物感度が半導体層１３の深さ方向に沿って変化する、
たとえば周期的に変化する、いわゆる、モジュレーショ
ンドーピングを行う。
シャル成長法等により、たとえば、ＧａＡｓに適当な■
属の不純物をドーピングした数μｍの厚さのｎ型半導体
層１３が形成される。このドーピングは、好ましくは不
純物感度が半導体層１３の深さ方向に沿って変化する、
たとえば周期的に変化する、いわゆる、モジュレーショ
ンドーピングを行う。
次いで、公知の蒸着法により、エミッタ電極１４−１、
コレクタ電極１４−２およびゲート電極！５が設けられ
る。各電極＋４−１，１４−２、お上び１５に、それぞ
れ、リード線１６が接続される。
コレクタ電極１４−２およびゲート電極！５が設けられ
る。各電極＋４−１，１４−２、お上び１５に、それぞ
れ、リード線１６が接続される。
なお、半導体層Ｉ３を結晶成長させるにあたり、強誘電
性絶縁体層１２上に、層１２および１３の形成材料と異
なる材料、例えば、Ｇｅ等の図示しない薄厚の第３の絶
縁体層を設けるようにしてもよい。これにより、絶縁体
層１２上に半導体層１３を容易に成長させることができ
る。
性絶縁体層１２上に、層１２および１３の形成材料と異
なる材料、例えば、Ｇｅ等の図示しない薄厚の第３の絶
縁体層を設けるようにしてもよい。これにより、絶縁体
層１２上に半導体層１３を容易に成長させることができ
る。
上記構成の半導体素子ＩＯにおける強誘電性絶縁体層１
２とｎ型半導体層１３との接合部のエネルギーバンドイ
ヤツブ構造は、第７図に示すように、量子井戸型ポテン
シャル内にサブバンド１８を形成している。半導体層１
３内の電子はサブバンド１８に流入し、これらの電子群
が当該半導体素子の能動時に２次電子ガスとして作用す
るようになっている。
２とｎ型半導体層１３との接合部のエネルギーバンドイ
ヤツブ構造は、第７図に示すように、量子井戸型ポテン
シャル内にサブバンド１８を形成している。半導体層１
３内の電子はサブバンド１８に流入し、これらの電子群
が当該半導体素子の能動時に２次電子ガスとして作用す
るようになっている。
電極１４−１と１４−２間あるいはこれらの電極とベー
ス電極１５間に適当な電圧を印加して強誘電性絶縁体層
１２に電界を形成させると、当該電界の強さに応じて該
強誘電性絶縁体層１２の臨界温度Ｔｃが変化し、サブバ
ンド１８内の電子の散乱断面積が変化する。このように
、ゲート電極Ｉ５に印加するバイナス電圧または電極１
４−■、１４−２間に印加する電圧を変えることにより
、上記接合部における電圧−電流特性は、第８図に示す
ように、顕著な電気抵抗変化特性、特に、負性抵抗特性
を有するものにずろことができる。
ス電極１５間に適当な電圧を印加して強誘電性絶縁体層
１２に電界を形成させると、当該電界の強さに応じて該
強誘電性絶縁体層１２の臨界温度Ｔｃが変化し、サブバ
ンド１８内の電子の散乱断面積が変化する。このように
、ゲート電極Ｉ５に印加するバイナス電圧または電極１
４−■、１４−２間に印加する電圧を変えることにより
、上記接合部における電圧−電流特性は、第８図に示す
ように、顕著な電気抵抗変化特性、特に、負性抵抗特性
を有するものにずろことができる。
第９図はもう！つの実施例の半導体素子ｌＯ′を示す。
第９図において、この発明の半導体素子ｌＯ′は第６図
の半導体素子ｌＯと比べて半導体層１３上に強誘電性絶
縁体層１２と異なる強誘電性絶縁体材料から成る強誘電
性絶縁体層１７を設けた点が異なっており、その他は上
記半導体索子１０と同じ構成とされる。半導体素子ｌＯ
における構成部分と等価の部分には同じ符号を付してそ
の説明を省略する。
の半導体素子ｌＯと比べて半導体層１３上に強誘電性絶
縁体層１２と異なる強誘電性絶縁体材料から成る強誘電
性絶縁体層１７を設けた点が異なっており、その他は上
記半導体索子１０と同じ構成とされる。半導体素子ｌＯ
における構成部分と等価の部分には同じ符号を付してそ
の説明を省略する。
上記構成により、電圧−電流特性を、第１０図に示すよ
うなものにすることができる。この第１Ｏ図において、
特性曲線の２つの異常点らしくは負性抵抗特性部分は２
つの強誘電性絶縁体層１２および１７に依存するもので
ある。
うなものにすることができる。この第１Ｏ図において、
特性曲線の２つの異常点らしくは負性抵抗特性部分は２
つの強誘電性絶縁体層１２および１７に依存するもので
ある。
■
本発明の半導体素子によれば、室温に近い温度において
フォノンのソフト化現象を呈する強誘電性絶縁体層上に
半導体層を形成し、該強誘電性絶縁体層に電場を印加す
ることにより有効にブリ；Ｌリアン散乱を利用して該絶
縁体層と半導体層との境界部における電子散乱断面積を
変化余せ、略室温において負性抵抗特性を得ることがで
き、種々の電子デバイスとして利用できる非常に有用性
の高いものとすることができる。
フォノンのソフト化現象を呈する強誘電性絶縁体層上に
半導体層を形成し、該強誘電性絶縁体層に電場を印加す
ることにより有効にブリ；Ｌリアン散乱を利用して該絶
縁体層と半導体層との境界部における電子散乱断面積を
変化余せ、略室温において負性抵抗特性を得ることがで
き、種々の電子デバイスとして利用できる非常に有用性
の高いものとすることができる。
また、上記強誘電性絶縁体層を、種々の強誘電性絶縁体
材料により超格子構造を形成することにより、種々の負
性抵抗特性を有する非常に汎用性の高い半導体素子とす
ることができる。
材料により超格子構造を形成することにより、種々の負
性抵抗特性を有する非常に汎用性の高い半導体素子とす
ることができる。
さらに、本発明の半導体素子は強誘電性絶縁体層上に半
導体層を成長させた構造としたから、当該基板上に所望
の種々の半導体層を成長させて他の半導体電子デバイス
、例えば、光ＩＣ（光集積回路）等をモノリシックに集
積することができる。
導体層を成長させた構造としたから、当該基板上に所望
の種々の半導体層を成長させて他の半導体電子デバイス
、例えば、光ＩＣ（光集積回路）等をモノリシックに集
積することができる。
第１図は従来の半導体素子の電圧−電流特性の一例を示
すグラフ、第２図は従来のチャープ超格子構造の半導体
素子の構造を説明する図、第３図、第４図および第５図
は本発明の詳細な説明するための動作特性を示すグラフ
、第６図は本発明の半導体素子の部分拡大断面図、第７
図は第６図の半導体素子におけるエネルギーバンドギャ
ップを示す図、第８図は第６図の半導体素子の電圧−電
流特性を示すグラフ、第９図は本発明のもう１つの実施
例の半導体素子の部分拡大断面図、第１θ図は第９図の
半導体素子の電圧−電流特性を示すグラフである。 Ｉ０．１０′・・・本発明の半導体素子、１１・・・絶
縁体基板、１２・・・強誘電性絶縁体層、１３・・・半
導体層、Ｉ４−１・・・エミッタ電極、１４−２・・・
コレクタ電極、Ｉ５・・・ベース電極、１６・・・リー
ド線、１７・・・強誘電性絶縁体層、１８・・・エネル
ギーサブバンド。 特許出頼人 シャープ株式会社 代理 人 弁理士 青 山 葆 ほか１名−一電圧１ｍ
Ｖ＋ 第３ｍ ”０ −過度Ｔ 第４１１ □ ｔｐ７１１Ｉｌｌｌ屓（ε） 第６１！ｌ □電圧ＩＥＩ 第９図 ＄１０５１ ｔ’Ｅ＋ε）
すグラフ、第２図は従来のチャープ超格子構造の半導体
素子の構造を説明する図、第３図、第４図および第５図
は本発明の詳細な説明するための動作特性を示すグラフ
、第６図は本発明の半導体素子の部分拡大断面図、第７
図は第６図の半導体素子におけるエネルギーバンドギャ
ップを示す図、第８図は第６図の半導体素子の電圧−電
流特性を示すグラフ、第９図は本発明のもう１つの実施
例の半導体素子の部分拡大断面図、第１θ図は第９図の
半導体素子の電圧−電流特性を示すグラフである。 Ｉ０．１０′・・・本発明の半導体素子、１１・・・絶
縁体基板、１２・・・強誘電性絶縁体層、１３・・・半
導体層、Ｉ４−１・・・エミッタ電極、１４−２・・・
コレクタ電極、Ｉ５・・・ベース電極、１６・・・リー
ド線、１７・・・強誘電性絶縁体層、１８・・・エネル
ギーサブバンド。 特許出頼人 シャープ株式会社 代理 人 弁理士 青 山 葆 ほか１名−一電圧１ｍ
Ｖ＋ 第３ｍ ”０ −過度Ｔ 第４１１ □ ｔｐ７１１Ｉｌｌｌ屓（ε） 第６１！ｌ □電圧ＩＥＩ 第９図 ＄１０５１ ｔ’Ｅ＋ε）
Claims (7)
- （１）特定の波動ベクトルの格子振動エネルギーが所定
の臨界温度Ｔ＿ｃにおいて低下する（以下、当現象をフ
ォノンのソフト化と呼ぶ）単結晶強誘電性絶縁体層上に
単結晶半導体層を形成して成り、当該半導体層に形成し
た素子で、且つ当該素子の能動温度Ｔ＿ａが （Ｔ＿ｃ−２００）℃≦Ｔ＿ａ≦（Ｔ＿ｃ＋２００）℃
の関係を満足するとともに上記単結晶半導体が単独では
強誘電性を有しないことを特徴とする半導体素子。 - （２）単結晶強誘電性絶縁体層と単結晶半導体層間に所
定材料から成る第３の薄層を介在させる特許請求の範囲
第１項に記載の半導体素子。 - （３）単結晶強誘電体の波動ベクトルの直交座標軸ｘ、
ｙ、ｚにおける成分ｋ＿ｘ、ｋ＿ｙ、ｋ＿ｚのうち少な
くとも１つの成分が零のフォノンがソフト化をおこす特
許請求の範囲第１項又は第２項に記載の半導体素子。 - （４）単結晶半導体層の厚さ方向に沿って不純物添加濃
度を変化せしめて添加し、該単結晶半導体層と強誘電性
絶縁体層又は第３の薄層との界面に量子井戸型ポテンシ
ャル又はそれと類似のポテンシャルにより、電子又は正
孔が伝導するサブバンド領域を有した特許請求の範囲第
１項〜第３項のいづれかに記載の半導体素子。 - （５）単結晶半導体層上に少なくとも２つの電極を設け
、これらの電極を介して強誘電性絶縁体層に電界を発生
せしめるようにした特許請求の範囲第１項〜第４項のい
づれかに記載の半導体素子。 - （６）単結晶強誘電性絶縁体層あるいは単結晶半導体層
のうち層厚の薄い方の層材料の格子定数を、当該材料の
単結晶が単独に存在する場合の格子定数と異ならしめた
特許請求の範囲第１項〜第５項のいづれかに記載の半導
体素子。 - （７）単結晶強誘電性絶縁体層に光導波路を形成した特
許請求の範囲第１項〜第６項のいづれかに記載の半導体
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144998A JPS624370A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144998A JPS624370A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS624370A true JPS624370A (ja) | 1987-01-10 |
Family
ID=15375090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60144998A Pending JPS624370A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS624370A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06172215A (ja) * | 1992-06-04 | 1994-06-21 | Merck & Co Inc | 水痘帯状疱疹ウイルスの弱毒ワクチンの製造方法 |
| US5373176A (en) * | 1991-08-16 | 1994-12-13 | Rohm Co., Ltd. | Structurally matched ferroelectric device |
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| JP2008306178A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-12-18 | Seagate Technology Llc | 電気回路を有する装置及びその作成方法 |
-
1985
- 1985-07-01 JP JP60144998A patent/JPS624370A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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