JPH02165679A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH02165679A JPH02165679A JP63321749A JP32174988A JPH02165679A JP H02165679 A JPH02165679 A JP H02165679A JP 63321749 A JP63321749 A JP 63321749A JP 32174988 A JP32174988 A JP 32174988A JP H02165679 A JPH02165679 A JP H02165679A
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- semiconductor
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
- H10D30/43—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having one-dimensional [1D] charge carrier gas channels, e.g. quantum wire FETs or transistors having 1D quantum-confined channels
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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】
〔産業上の利用分野]
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、
−次元チャネル構造の半導体装置に適用して好適なもの
である。
−次元チャネル構造の半導体装置に適用して好適なもの
である。
[発明の概要]
本発明においては、半導体基体上に所定の結晶面方位の
領域を選択的に形成し、この所定の結晶面方位の領域上
に第1の半導体層とこの第1の半導体層よりも電子親和
力が小さい第2の半導体層とを上層ほど面積が小となる
凸形状に気相成長により交互に積層する。これによって
、量子井戸細線が形成され、この量子井戸細線により一
次元チャネルが形成される。第1及び第2の半導体層の
上に第1の半導体層よりも電子親和力が小さい不純物を
含有する第3の半導体層を形成する場合には、この第3
の半導体層から第1の半導体層中に電子が供給されてこ
の第1の半導体層中に一次元電子が形成され、この−次
元電子により一次元チャネルが形成される。本発明によ
り、−次元チャネル構造のFETや多重チャネル構造の
量子干渉型の半導体装置を実現することができる。
領域を選択的に形成し、この所定の結晶面方位の領域上
に第1の半導体層とこの第1の半導体層よりも電子親和
力が小さい第2の半導体層とを上層ほど面積が小となる
凸形状に気相成長により交互に積層する。これによって
、量子井戸細線が形成され、この量子井戸細線により一
次元チャネルが形成される。第1及び第2の半導体層の
上に第1の半導体層よりも電子親和力が小さい不純物を
含有する第3の半導体層を形成する場合には、この第3
の半導体層から第1の半導体層中に電子が供給されてこ
の第1の半導体層中に一次元電子が形成され、この−次
元電子により一次元チャネルが形成される。本発明によ
り、−次元チャネル構造のFETや多重チャネル構造の
量子干渉型の半導体装置を実現することができる。
近年、−次元チャネルを有する半導体装置が注目されて
いる。この−次元チャネルを有する半導体装置には、局
在ポテンシャルがある限界値以上であると電子の波動関
数が局在する可能性があるといういわゆるアンダーソン
局在の問題があるが、局在ポテンシャル<kT (ただ
し、kはボルツマン定数、Tは絶対温度)の条件下では
動作が可能である。
いる。この−次元チャネルを有する半導体装置には、局
在ポテンシャルがある限界値以上であると電子の波動関
数が局在する可能性があるといういわゆるアンダーソン
局在の問題があるが、局在ポテンシャル<kT (ただ
し、kはボルツマン定数、Tは絶対温度)の条件下では
動作が可能である。
一次元チャネルでは、散乱後の電子状態が限られるため
、電子の散乱確率が極めて小さく、電子移動度μの著し
い増大が期待される。そこで、この−次元チャネルを形
成する試みが従来よりなされている。その一つに電子ビ
ーム等によるリソグラフィーを利用して一次元チャネル
を形成する方法がある。この方法によれば、200人程
度の幅の一次元チャネルを形成することが可能であるが
、それ以下の幅の一次元チャネルを形成することは現状
では困難である。また、この方法で多数本の一次元チャ
ネルを互いに隣接して形成しようとすると、いわゆる近
接効果により、幅が広くなってしまったり、間隔を狭く
することができないという欠点がある。さらに、この方
法では、反応性イオンエツチング(RIE)等により一
次元チャネルを形成する際に損傷が生じやすいという欠
点もある。
、電子の散乱確率が極めて小さく、電子移動度μの著し
い増大が期待される。そこで、この−次元チャネルを形
成する試みが従来よりなされている。その一つに電子ビ
ーム等によるリソグラフィーを利用して一次元チャネル
を形成する方法がある。この方法によれば、200人程
度の幅の一次元チャネルを形成することが可能であるが
、それ以下の幅の一次元チャネルを形成することは現状
では困難である。また、この方法で多数本の一次元チャ
ネルを互いに隣接して形成しようとすると、いわゆる近
接効果により、幅が広くなってしまったり、間隔を狭く
することができないという欠点がある。さらに、この方
法では、反応性イオンエツチング(RIE)等により一
次元チャネルを形成する際に損傷が生じやすいという欠
点もある。
第10図は従来の一次元チャネル構造を示す。
第10図に示すように、この例では、半絶縁性ヒ化ガリ
ウム(GaAs)基vi、101上にAlXGa、−1
lAs層102、ヒ化アルミニウム(AIAs)層10
3、GaAsJii 104及びAlAs層103が順
次形成されている。これらのAlxGa、−x Asl
102、AlAs71103及びGaAsJi 10
4には■溝105が形成され、このV溝105にゲート
電ti+106が形成されている。この例では、ゲート
電極106との界面におけるGaAs層104中に一次
元電子が形成され、この−次元電子により一次元チャネ
ルが形成される。
ウム(GaAs)基vi、101上にAlXGa、−1
lAs層102、ヒ化アルミニウム(AIAs)層10
3、GaAsJii 104及びAlAs層103が順
次形成されている。これらのAlxGa、−x Asl
102、AlAs71103及びGaAsJi 10
4には■溝105が形成され、このV溝105にゲート
電ti+106が形成されている。この例では、ゲート
電極106との界面におけるGaAs層104中に一次
元電子が形成され、この−次元電子により一次元チャネ
ルが形成される。
一方、第11図に示す従来の一次元チャネル構造は、半
絶縁性GaAs基板101上にGaAsJI 104及
び^lx Gap−x As1i 102を交互に積層
し、これらのGaAs層104及びAIX Ga、−x
As層102をエツチングによりパターンニングした後
、それらの側面にAIX Gap−、As層107を形
成し、このAI。
絶縁性GaAs基板101上にGaAsJI 104及
び^lx Gap−x As1i 102を交互に積層
し、これらのGaAs層104及びAIX Ga、−x
As層102をエツチングによりパターンニングした後
、それらの側面にAIX Gap−、As層107を形
成し、このAI。
Ga、−xAs層107にゲート電極106を形成した
ものである。この例では、AIX Ga1−xAs層1
07とGaAs層104とのヘテロ界面におけるGaA
s層104中に形成される一次元電子により一次元チャ
ネルが形成される。
ものである。この例では、AIX Ga1−xAs層1
07とGaAs層104とのヘテロ界面におけるGaA
s層104中に形成される一次元電子により一次元チャ
ネルが形成される。
さらに、第12図に示すような一次元チャネル構造も知
られている(^pp1. Phys、 Lett、 4
1(7)。
られている(^pp1. Phys、 Lett、 4
1(7)。
1982、 pp、635−638 )。第12図に示
すように、この例では、半絶縁性GaAs基板101上
にAI。
すように、この例では、半絶縁性GaAs基板101上
にAI。
Ga+−x As (X ”” 0 、25 )層10
2及びGaAsJi 104を全面に交互に積層し、こ
れらのGaAs層104及びA11l Ga、−、As
層102をフォトリソグラフィーと化学エツチングとを
用いて加工することにより三角形の断面形状を存するメ
サ構造を形成した後、分子線エピタキシー(MBE)法
により全面に半絶縁性のA1. Ga1−、 As (
x−0,31)層108を形成している。この例では、
障壁層としてのAlXGa+−x As1N 102
、 108により囲まれたGaAs層104から成る量
子井戸細線内に一次元チャネルが形成される。
2及びGaAsJi 104を全面に交互に積層し、こ
れらのGaAs層104及びA11l Ga、−、As
層102をフォトリソグラフィーと化学エツチングとを
用いて加工することにより三角形の断面形状を存するメ
サ構造を形成した後、分子線エピタキシー(MBE)法
により全面に半絶縁性のA1. Ga1−、 As (
x−0,31)層108を形成している。この例では、
障壁層としてのAlXGa+−x As1N 102
、 108により囲まれたGaAs層104から成る量
子井戸細線内に一次元チャネルが形成される。
しかし、これらの第1O図、第11図及び第12図に示
す従来の一次元チャネル構造は、−次元電子が形成され
る部分のGaAs層104の表面が製造途中で大気にさ
らされてしまうため、この表面の性質が劣化し、その結
果−次元チャネルの特性が劣化してしまうという欠点が
ある。また、第12図に示す例では、三角形の断面形状
を有するメサ構造を形成することは必ずしも容易でない
という欠点もある。
す従来の一次元チャネル構造は、−次元電子が形成され
る部分のGaAs層104の表面が製造途中で大気にさ
らされてしまうため、この表面の性質が劣化し、その結
果−次元チャネルの特性が劣化してしまうという欠点が
ある。また、第12図に示す例では、三角形の断面形状
を有するメサ構造を形成することは必ずしも容易でない
という欠点もある。
以上のように、従来の技術では、特性の良好な一次元チ
ャネルを得ることは困難であった。
ャネルを得ることは困難であった。
従って本発明の目的は、特性の良好な一次元チャネルを
得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
得ることができる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
上記目的及びその他の目的は、以下の説明により明らか
になるであろう。
になるであろう。
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成さ
れている。
れている。
請求項1の発明は、半導体装置の製造方法において、半
導体基体(1)上に所定の結晶面方位の領域(1a)を
選択的に形成する工程と、所定の結晶面方位の領域(1
a)上に第1の半導体層(3)とこの第1の半導体層(
3)よりも電子親和力が小さい第2の半導体層(4)と
を上層ほど面積が小となる凸形状に気相成長により交互
に積層する工程とを特徴する 請求項2の発明は、請求項1の発明において、所定の結
晶面方位の領域(1a)が(001)面方位の領域であ
り、かつ第1及び第2の半導体層(3,4)の気相成長
をトリメチル化合物系の原料を用いて行う。
導体基体(1)上に所定の結晶面方位の領域(1a)を
選択的に形成する工程と、所定の結晶面方位の領域(1
a)上に第1の半導体層(3)とこの第1の半導体層(
3)よりも電子親和力が小さい第2の半導体層(4)と
を上層ほど面積が小となる凸形状に気相成長により交互
に積層する工程とを特徴する 請求項2の発明は、請求項1の発明において、所定の結
晶面方位の領域(1a)が(001)面方位の領域であ
り、かつ第1及び第2の半導体層(3,4)の気相成長
をトリメチル化合物系の原料を用いて行う。
請求項3の発明は、半導体基体(1)上に所定の結晶面
方位の領域(1a)を選択的に形成する工程と、所定の
結晶面方位の領域(1a)上に第1の半導体層(3)と
この第1の半導体層(3)よりも電子親和力が小さい第
2の半導体層(4)とを上層ほど面積が小となる凸形状
に気相成長により交互に積層する工程と、不純物を含有
し、かつ第1の半導体層(3)よりも電子親和力が小さ
い第3の半導体層(5)を凸形状の部分を覆うように気
相成長により形成する工程とを特徴する請求項4の発明
は、請求項3の発明において、第3の半導体層(5)の
気相成長をトリエチル化合物系の原料を用いて行う。
方位の領域(1a)を選択的に形成する工程と、所定の
結晶面方位の領域(1a)上に第1の半導体層(3)と
この第1の半導体層(3)よりも電子親和力が小さい第
2の半導体層(4)とを上層ほど面積が小となる凸形状
に気相成長により交互に積層する工程と、不純物を含有
し、かつ第1の半導体層(3)よりも電子親和力が小さ
い第3の半導体層(5)を凸形状の部分を覆うように気
相成長により形成する工程とを特徴する請求項4の発明
は、請求項3の発明において、第3の半導体層(5)の
気相成長をトリエチル化合物系の原料を用いて行う。
請求項5の発明は、半導体装置において、上層ほど面積
が小となる凸形状に交互に積層された第1の半導体層(
3)及びこの第1の半導体層(3)よりも電子親和力が
小さい第2の半導体層(4)と、凸形状の部分を覆うよ
うに形成された不純物を含有し、かつ第1の半導体層(
3)よりも電子親和力が小さい第3の半導体層(5)と
、第3の半導体層(5)上に形成されたゲート電極(G
)と、第1の半導体層(3)と第3の半導体層(5)と
のヘテロ界面における第1の半導体層(3)中に形成さ
れるチャネルとを特徴する 請求項6の発明は、請求項5の発明において、チャネル
が多重チャネルを特徴する 請求項1〜6の発明において、所定の結晶面方位の領域
(1a)を選択的に形成する方法としては、所定の結晶
面方位の半導体基体(1)の表面を部分的に絶縁膜(2
)で覆う方法や、所定の結晶面方位の半導体基体(1)
を部分的にエツチングする方法を用いることができる。
が小となる凸形状に交互に積層された第1の半導体層(
3)及びこの第1の半導体層(3)よりも電子親和力が
小さい第2の半導体層(4)と、凸形状の部分を覆うよ
うに形成された不純物を含有し、かつ第1の半導体層(
3)よりも電子親和力が小さい第3の半導体層(5)と
、第3の半導体層(5)上に形成されたゲート電極(G
)と、第1の半導体層(3)と第3の半導体層(5)と
のヘテロ界面における第1の半導体層(3)中に形成さ
れるチャネルとを特徴する 請求項6の発明は、請求項5の発明において、チャネル
が多重チャネルを特徴する 請求項1〜6の発明において、所定の結晶面方位の領域
(1a)を選択的に形成する方法としては、所定の結晶
面方位の半導体基体(1)の表面を部分的に絶縁膜(2
)で覆う方法や、所定の結晶面方位の半導体基体(1)
を部分的にエツチングする方法を用いることができる。
請求項1の発明によれば、第1の半導体層(3)から成
る量子井戸細線を高度のエツチング技術等を用いること
なく所定の結晶面方位の領域(1a)上に容易に形成す
ることができる。これによって、この量子井戸細線によ
る一次元チャネルを容易に形成することができる。
る量子井戸細線を高度のエツチング技術等を用いること
なく所定の結晶面方位の領域(1a)上に容易に形成す
ることができる。これによって、この量子井戸細線によ
る一次元チャネルを容易に形成することができる。
請求項2の発明によれば、(001)面方位の領域(1
a)上に第1及び第2の半導体層(3゜4)を容易に選
択的に成長させることができる。
a)上に第1及び第2の半導体層(3゜4)を容易に選
択的に成長させることができる。
また、トリメチル化合物系の原料を用いて気相成長を行
っているので、第1及び第2の半導体層(3,4)が交
互に積層されて頂点が形成された時点で成長は自動的に
停止する。このため、第1及び第2の半導体層(3,4
)を確実に凸形状に形成することができる。これによっ
て、−次元チャネルを容易にかつ確実に形成することが
できる。
っているので、第1及び第2の半導体層(3,4)が交
互に積層されて頂点が形成された時点で成長は自動的に
停止する。このため、第1及び第2の半導体層(3,4
)を確実に凸形状に形成することができる。これによっ
て、−次元チャネルを容易にかつ確実に形成することが
できる。
請求項3の発明によれば、第3の半導体層(5)から第
1の半導体層(3)中に電子が供給されるため、この第
3の半導体層(5)と第1の半導体層(3)とのヘテロ
界面における第1の半導体層(3)中に一次元電子が形
成され、この−次元電子により一次元チャネルが形成さ
れる。この場合、第3の半導体層(5)の成長は第1及
び第2の半導体層(3,4)の成長に引き続いて同一の
気相成長装置内で連続的に行うことができるので、−次
元電子が形成される部分の第1の半導体層(3)の表面
が製造途中で大気にさらされることはない。
1の半導体層(3)中に電子が供給されるため、この第
3の半導体層(5)と第1の半導体層(3)とのヘテロ
界面における第1の半導体層(3)中に一次元電子が形
成され、この−次元電子により一次元チャネルが形成さ
れる。この場合、第3の半導体層(5)の成長は第1及
び第2の半導体層(3,4)の成長に引き続いて同一の
気相成長装置内で連続的に行うことができるので、−次
元電子が形成される部分の第1の半導体層(3)の表面
が製造途中で大気にさらされることはない。
これによって、特性の良好な一次元チャネルを容易にか
つ確実に形成することができる。
つ確実に形成することができる。
請求項4の発明によれば、第3の半導体層(5)の気相
成長をトリエチル化合物系の原料を用いて行うことによ
り、凸形状に形成された第1及び第2の半導体7!(3
,4)の上に第3の半導体層を確実に成長させることが
できる。これによって、特性の良好な一次元チャネルを
容易にかつ確実に形成することができる。
成長をトリエチル化合物系の原料を用いて行うことによ
り、凸形状に形成された第1及び第2の半導体7!(3
,4)の上に第3の半導体層を確実に成長させることが
できる。これによって、特性の良好な一次元チャネルを
容易にかつ確実に形成することができる。
請求項5の発明によれば、第3の半導体層(5)と第1
の半導体層(3)とのヘテロ界面における第1の半導体
層(3)中に形成される一次元電子により一次元チャネ
ルが形成される。また、第1、第2及び第3の半導体層
(3,4,5)の成長は、同一の気相成長装置内で連続
的に行うことができるので、−次元電子が形成される部
分の第1の半導体層(3)の表面が製造途中で大気にさ
らされることはない、これによって、特性の良好な一次
元チャネル構造のFETを実現することができる。
の半導体層(3)とのヘテロ界面における第1の半導体
層(3)中に形成される一次元電子により一次元チャネ
ルが形成される。また、第1、第2及び第3の半導体層
(3,4,5)の成長は、同一の気相成長装置内で連続
的に行うことができるので、−次元電子が形成される部
分の第1の半導体層(3)の表面が製造途中で大気にさ
らされることはない、これによって、特性の良好な一次
元チャネル構造のFETを実現することができる。
請求項6の発明によれば、チャネルが多重チャネルを構
成するので、この多重チャネルを通る電子波の干渉を利
用して動作する量子干渉型の半導体装置を実現すること
ができる。
成するので、この多重チャネルを通る電子波の干渉を利
用して動作する量子干渉型の半導体装置を実現すること
ができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。なお、実施例の全図において、同一機能を有する
部分には同一の符号を付ける。
する。なお、実施例の全図において、同一機能を有する
部分には同一の符号を付ける。
裏層■工
第1図A〜第1図Cは本発明の実施例Iを示す。
この実施例■は、GaAsから成る量子井戸細線による
一次元チャネルを有する半導体装置の製造に本発明を適
用した実施例である。
一次元チャネルを有する半導体装置の製造に本発明を適
用した実施例である。
この実施例Iにおいては、第1図Aに示すように、まず
例えば半絶縁性GaAs基板1上に例えばCVD法によ
り例えばSiO□膜のような絶縁膜2を形成した後、こ
の絶縁膜2の所定部分をエツチング除去してストライブ
状の開口2aを形成する。
例えば半絶縁性GaAs基板1上に例えばCVD法によ
り例えばSiO□膜のような絶縁膜2を形成した後、こ
の絶縁膜2の所定部分をエツチング除去してストライブ
状の開口2aを形成する。
この場合、半絶縁性GaAs基板lとしては例えば(0
01)面方位のものを用い、また開口2aの延びる方向
は<110>方向とする。この間口2a内に(001)
面方位の領域1aが選択的に形成される。
01)面方位のものを用い、また開口2aの延びる方向
は<110>方向とする。この間口2a内に(001)
面方位の領域1aが選択的に形成される。
次に第1図Bに示すように、減圧または常圧の有機金属
化学気相成長(MOCVD)法により半絶縁性のGaA
s層3及び半絶縁性のAI、 Ga、−、As層4を交
互に成長させる。このMOCVDの原料としてはトリメ
チル化合物系の原料を用い、具体的にはGa、 AI及
びAsの原料としてそれぞれトリメチルガリウム((C
H3):l Ga、TMG)、)リメチルアルミニウム
((CH3)! AI、TMA)及びトリメチルヒ素(
(CHz ) s As、 TMAs)を用いる。この
場合、これらのGaAs層3及びAI、IGa、−、A
s層4は絶縁膜2上には成長せず、この絶縁膜2の開口
2a内の領域la上にのみ選択的に成長する。また、こ
のトリメチル化合物系の原料を用いたMOCVDの際に
は、GaAs層3及びAI。
化学気相成長(MOCVD)法により半絶縁性のGaA
s層3及び半絶縁性のAI、 Ga、−、As層4を交
互に成長させる。このMOCVDの原料としてはトリメ
チル化合物系の原料を用い、具体的にはGa、 AI及
びAsの原料としてそれぞれトリメチルガリウム((C
H3):l Ga、TMG)、)リメチルアルミニウム
((CH3)! AI、TMA)及びトリメチルヒ素(
(CHz ) s As、 TMAs)を用いる。この
場合、これらのGaAs層3及びAI、IGa、−、A
s層4は絶縁膜2上には成長せず、この絶縁膜2の開口
2a内の領域la上にのみ選択的に成長する。また、こ
のトリメチル化合物系の原料を用いたMOCVDの際に
は、GaAs層3及びAI。
Ga1−X As層4は上層ほど面積が小となるように
成長するとともに、最上層の半絶縁性AI、 Ga、−
XAsAsO2長において頂点が形成された時点で成長
が自動的に停止する。このようにして、三角形の断面形
状を有するメサ構造が形成される。
成長するとともに、最上層の半絶縁性AI、 Ga、−
XAsAsO2長において頂点が形成された時点で成長
が自動的に停止する。このようにして、三角形の断面形
状を有するメサ構造が形成される。
次に第1図Cに示すように、減圧または常圧のMOCV
D法により、例えばシリコン(Si)をドープしたn型
A1. Ga、−xAsABO3長を行う、このMOC
VDの原料としてはトリエチル化合物系の原料を用い、
具体的にはGa、 AI及びAsの原料としてそれぞれ
トリエチルガリウム((C□H6)3Ga、TEG)、
)リエチルアルミニウム((C2Hs ) 3 Al、
TEA)及びトリエチルヒ素((C2Hs ) 3
As、 TEAs)を用いる。この場合、このn型^I
X Gap−11As1J 5は絶縁膜2上には成長せ
ず、上述のGaAs層3及びA1. Ga、−xAsA
s上にのみ成長する。このようにして、障壁層としての
At。
D法により、例えばシリコン(Si)をドープしたn型
A1. Ga、−xAsABO3長を行う、このMOC
VDの原料としてはトリエチル化合物系の原料を用い、
具体的にはGa、 AI及びAsの原料としてそれぞれ
トリエチルガリウム((C□H6)3Ga、TEG)、
)リエチルアルミニウム((C2Hs ) 3 Al、
TEA)及びトリエチルヒ素((C2Hs ) 3
As、 TEAs)を用いる。この場合、このn型^I
X Gap−11As1J 5は絶縁膜2上には成長せ
ず、上述のGaAs層3及びA1. Ga、−xAsA
s上にのみ成長する。このようにして、障壁層としての
At。
Ga1−X As層4及びn型A11l Ga1−x
As層5によって囲まれたGaAs層3から成る量子井
戸細線が形成される。
As層5によって囲まれたGaAs層3から成る量子井
戸細線が形成される。
この場合、n型AlXGa、−、As層5とGaAs層
3とのヘテロ界面におけるGaAs層3中に一次元電子
が形成され、この−次元電子により一次元チャネル(点
線で示す)が形成される。
3とのヘテロ界面におけるGaAs層3中に一次元電子
が形成され、この−次元電子により一次元チャネル(点
線で示す)が形成される。
以上のように、この実施例Iによれば、量子井戸細線に
よる一次元チャネルを容易にかつ確実に形成することが
できる。この場合、GaAs層3、^1゜Ga1−、
As層4及びn型A11l Ga1−2 As層5の成
長は、同一のMOCVD装置内で連続的に行うことがで
きるので、−次元電子が形成される部分のGaAs層3
の表面が大気にさらされることはなく、従ってこの一次
元チャネルの特性は良好である。
よる一次元チャネルを容易にかつ確実に形成することが
できる。この場合、GaAs層3、^1゜Ga1−、
As層4及びn型A11l Ga1−2 As層5の成
長は、同一のMOCVD装置内で連続的に行うことがで
きるので、−次元電子が形成される部分のGaAs層3
の表面が大気にさらされることはなく、従ってこの一次
元チャネルの特性は良好である。
皇族班工
第2図は本発明の実施例■を示す。この実施例■は、−
次元チャネル構造のFETの製造に本発明を適用した実
施例である。
次元チャネル構造のFETの製造に本発明を適用した実
施例である。
この実施例■においては、第2図に示すように、絶縁膜
2に所定長さのストライブ状の開口2aを形成した後、
実施例■と同様な方法によりこの間口2a内の領域la
上にGaAs層3、AIX Gap−x As層4及び
n型A11l cal−x AsN 5を選択的に成長
させる。
2に所定長さのストライブ状の開口2aを形成した後、
実施例■と同様な方法によりこの間口2a内の領域la
上にGaAs層3、AIX Gap−x As層4及び
n型A11l cal−x AsN 5を選択的に成長
させる。
次に、例えば蒸着により例えばAuGe/Niのような
オーミック金属膜を全面に形成した後、このオーミック
金属膜をエツチングにより所定形状にパターンニングす
る。次に、熱処理を行うことによりこのオーミック金属
膜とn型AIX Gap−、As層5、A1. Ga、
−、As層4及びGaAs層3とを合金化させる。
オーミック金属膜を全面に形成した後、このオーミック
金属膜をエツチングにより所定形状にパターンニングす
る。次に、熱処理を行うことによりこのオーミック金属
膜とn型AIX Gap−、As層5、A1. Ga、
−、As層4及びGaAs層3とを合金化させる。
これによって、所定形状のオーミック金属とその合金層
とから成るソースS及びドレインDが形成される。
とから成るソースS及びドレインDが形成される。
次に、例えば蒸着やスパッターにより例えばAlやタン
グステン(W)のようなショットキー金属膜を全面に形
成した後、このショットキー金属膜をエツチングにより
所定形状にパターンニングしてゲート電極Gを形成する
。これによって、−次元チャネル構造のFETが完成さ
れる。
グステン(W)のようなショットキー金属膜を全面に形
成した後、このショットキー金属膜をエツチングにより
所定形状にパターンニングしてゲート電極Gを形成する
。これによって、−次元チャネル構造のFETが完成さ
れる。
以上のように、この実施例■によれば、特性の良好な一
次元チャネル構造のFETを容易に製造することができ
る。既に述べたように、この−次元チャネルを走行する
電子の移動度μは極めて高いため、この−次元チャネル
構造のFETは超高速動作が可能である。
次元チャネル構造のFETを容易に製造することができ
る。既に述べたように、この−次元チャネルを走行する
電子の移動度μは極めて高いため、この−次元チャネル
構造のFETは超高速動作が可能である。
1盪IL
第3図A〜第3図りは本発明の実施例■を示す。
この実施例■は、いわゆるアハラノフ−ボーム(Aha
ronov−Bohm)効果を利用したトランジスタ(
以下、AB効果トランジスタという)の製造に本発明を
適用した実施例である。このAB効果トランジスタにお
いては、多重チャネルを通る電子波の干渉を利用する。
ronov−Bohm)効果を利用したトランジスタ(
以下、AB効果トランジスタという)の製造に本発明を
適用した実施例である。このAB効果トランジスタにお
いては、多重チャネルを通る電子波の干渉を利用する。
この実施例■においては、第3図Aに示すように、まず
絶縁膜2に船形の形状の開口2aを形成する。
絶縁膜2に船形の形状の開口2aを形成する。
次に第3図Bに示すように、この間口2a内の領域la
上に実施例Iと同様な方法によりAtXGa、、 As
層4及びGaAs層3を交互に成長させる。
上に実施例Iと同様な方法によりAtXGa、、 As
層4及びGaAs層3を交互に成長させる。
次に第3図Cに示すように、これらのGaAsN3及び
Alz Ga1−x As1i 4を覆うようにn型A
lx Ga1−xAs1i5を成長させる。
Alz Ga1−x As1i 4を覆うようにn型A
lx Ga1−xAs1i5を成長させる。
次に第3図りに示すように、実施例Iと同様な方法によ
りソースS及びドレインDを形成するとともに、n型A
lx Ga1−x As1i5上にゲート電極Gl、G
tを形成する。なお、これらのソースS及びドレインD
とGaAs層3の両側面に形成される一次元チャネルと
の接続部の寸法は、電子のド・ブロイ波長λ、と同程度
またはそれ以下とするのが好ましい。
りソースS及びドレインDを形成するとともに、n型A
lx Ga1−x As1i5上にゲート電極Gl、G
tを形成する。なお、これらのソースS及びドレインD
とGaAs層3の両側面に形成される一次元チャネルと
の接続部の寸法は、電子のド・ブロイ波長λ、と同程度
またはそれ以下とするのが好ましい。
以上により、目的とするAB効果トランジスタが完成さ
れる。このAB効果トランジスタの平面図を第4図に示
す、なお、第4図においては、n型A11l Ga1−
、 As層5の図示は省略している。また、第4図のv
−V線及びVl−Vl線に沿っての断面図をそれぞれ第
5図及び第6図に示す。
れる。このAB効果トランジスタの平面図を第4図に示
す、なお、第4図においては、n型A11l Ga1−
、 As層5の図示は省略している。また、第4図のv
−V線及びVl−Vl線に沿っての断面図をそれぞれ第
5図及び第6図に示す。
上述のように構成されたAB効果トランジスタにおいて
は、ソースSから出る電子波は、GaAs層3の両側面
に形成される二つの一次元チャネルを通る二つの電子波
に分けられ、その後これらの電子波はドレインDで再び
合流する。この合流の際に電子波の干渉が起きる。この
場合、これらの二つの電子波の間の位相差をゲート電極
G、、G!に印加するゲート電圧で制御することにより
トランジスタ動作を行わせる。
は、ソースSから出る電子波は、GaAs層3の両側面
に形成される二つの一次元チャネルを通る二つの電子波
に分けられ、その後これらの電子波はドレインDで再び
合流する。この合流の際に電子波の干渉が起きる。この
場合、これらの二つの電子波の間の位相差をゲート電極
G、、G!に印加するゲート電圧で制御することにより
トランジスタ動作を行わせる。
この実施例■によれば、電子波の干渉性が高い特性の良
好なAB効果トランジスタを実現することができる。
好なAB効果トランジスタを実現することができる。
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施例■においては、絶縁膜2の開口2
aの形状を船形としているが、この間口2aの形状を第
3図Aの一点鎖線で示すように例えば長方形状とすれば
、第7図及び第8図に示すような構造のAB効果トラン
ジスタを実現することが可能である。この場合には、ソ
ースS及びドレインDとGaAs層3の両側面に形成さ
れる一次元チャネルとの接続部の寸法を電子のド・ブロ
イ波長λ、と同程度またはそれ以下とするために、ソー
スS及びドレインDの角部と一次元チャネルとが接続さ
れるようにこれらのソースS及びドレインDを形成する
のが好ましい。
aの形状を船形としているが、この間口2aの形状を第
3図Aの一点鎖線で示すように例えば長方形状とすれば
、第7図及び第8図に示すような構造のAB効果トラン
ジスタを実現することが可能である。この場合には、ソ
ースS及びドレインDとGaAs層3の両側面に形成さ
れる一次元チャネルとの接続部の寸法を電子のド・ブロ
イ波長λ、と同程度またはそれ以下とするために、ソー
スS及びドレインDの角部と一次元チャネルとが接続さ
れるようにこれらのソースS及びドレインDを形成する
のが好ましい。
また、上述の実施例Iにおいては、絶縁膜2の開口2a
内の領域la上にGaAs層3及びAll GaI−x
As層4を選択的に成長させているが、例えば次のよう
にすることも可能である。すなわち、第9図Aに示すよ
うに、まず半絶縁性GaAs基板10表面をエツチング
により選択的に除去して第1図Aに示すと同様な形状の
領域1aを形成する。このエツチングは、例えばレジス
トパターン(図示せず)を半絶縁性GaAs基Fi1上
に形成した後、このレジストパターンをマスクとしてこ
の半絶縁性GaAs基板1を所定の深さまでウェットエ
ツチングし、その後例えばRIE法により基板表面と垂
直方向にこの半絶縁性GaAs基板1を所定の深さまで
異方性エツチングする。この後、第9図Bに示すように
、上述の領域la上にGaAs層3及びA1. Ga、
x As層4を選択的に成長させ、さらにこれらの上に
n型AIX Gat−X As層5を成長させて一次元
チャネル構造を完成させる。実施例■のFETや実施例
■のAB効果トランジスタもこれと同様な方法により製
造することが可能である。実施例■の場合には、第9図
Aの一点鎖線で示すような船形の形状の開口2aを絶縁
膜2に形成すればよい。
内の領域la上にGaAs層3及びAll GaI−x
As層4を選択的に成長させているが、例えば次のよう
にすることも可能である。すなわち、第9図Aに示すよ
うに、まず半絶縁性GaAs基板10表面をエツチング
により選択的に除去して第1図Aに示すと同様な形状の
領域1aを形成する。このエツチングは、例えばレジス
トパターン(図示せず)を半絶縁性GaAs基Fi1上
に形成した後、このレジストパターンをマスクとしてこ
の半絶縁性GaAs基板1を所定の深さまでウェットエ
ツチングし、その後例えばRIE法により基板表面と垂
直方向にこの半絶縁性GaAs基板1を所定の深さまで
異方性エツチングする。この後、第9図Bに示すように
、上述の領域la上にGaAs層3及びA1. Ga、
x As層4を選択的に成長させ、さらにこれらの上に
n型AIX Gat−X As層5を成長させて一次元
チャネル構造を完成させる。実施例■のFETや実施例
■のAB効果トランジスタもこれと同様な方法により製
造することが可能である。実施例■の場合には、第9図
Aの一点鎖線で示すような船形の形状の開口2aを絶縁
膜2に形成すればよい。
さらに、実施例■のAB効果トランジスタは単一量子井
戸構造を有するが、本発明は、多重量子井戸構造のAB
効果トランジスタその他の量子干渉デバイスに適用する
ことが可能である。
戸構造を有するが、本発明は、多重量子井戸構造のAB
効果トランジスタその他の量子干渉デバイスに適用する
ことが可能である。
また、上述の実施例1. II、 IIIにおいては
、^1llGa、−x As/GaAsヘテロ構造を用
いているが、本発明は、^IX Ga、−、As/ G
aAsヘテロ構造以外の半導体ヘテロ構造を用いた各種
の半導体装置に適用することが可能である。
、^1llGa、−x As/GaAsヘテロ構造を用
いているが、本発明は、^IX Ga、−、As/ G
aAsヘテロ構造以外の半導体ヘテロ構造を用いた各種
の半導体装置に適用することが可能である。
本発明は、以上述べたように構成されているので、次の
ような効果がある。
ような効果がある。
請求項1の発明によれば、−次元チャネルを容易に形成
することができる。
することができる。
請求項2の発明によれば、−次元チャネルを容易にかつ
確実に形成することができる。
確実に形成することができる。
請求項3.4の発明によれば、特性の良好な一次元チャ
ネルを容易にかつ確実に形成することができる。
ネルを容易にかつ確実に形成することができる。
請求項5の発明によれば、特性の良好な一次元チャネル
構造のFETを実現することができる。
構造のFETを実現することができる。
請求項6の発明によれば、特性の良好な量子干渉型の半
導体装置を実現することができる。
導体装置を実現することができる。
第1図A〜第1図Cは本発明の実−層側Iを工程順に説
明するための斜視図、第2図は本発明の実施例■を説明
するための斜視図、第3図A〜第3図りは本発明の実施
例■を工程順に説明するための斜視図、第4図は第3図
りの平面図、第5図は第4図のV−V線に沿っての断面
図、第6図は第4図のVI−VI線に沿っての断面図、
第7図は本発明の実施例■の変形例を説明するための平
面図、第8図は第7図の■−■線に沿っての断面図、第
9図A及び第9図Bは本発明の実施例■の変形例を工程
順に説明するための斜視図、第10図、第11図及び第
12図はそれぞれ従来の技術を説明するための断面図で
ある。 図面における主要な符号の説明 に半絶縁性GaAs基板、 1a:所定の結晶面方位
の領域、 2:絶縁膜、 2a:開口、3:GaAs層
、 4 : A1. Gal−1lAs層、 5:
n型A1. Gap−、As層、 S:ソース、
Dニドレイン、G、G+ 、Gz :ゲート電極。 代理人 弁理士 杉 浦 正 知 天應(夕・1■ 第1図A 笑/l!刑! 第1図C 大淀J戸II 第1図B 第2図 実方ヒ4?1■ 第3図A ム 第3図B 寡4図@vr4貼−図 第6図 実兄例■ 第3図C r死A!’Ij1 第3図り づ■−1’lンイタ11 第7図 第8図 突形例 第9図A 第9図B 第10図 第11図 第12図
明するための斜視図、第2図は本発明の実施例■を説明
するための斜視図、第3図A〜第3図りは本発明の実施
例■を工程順に説明するための斜視図、第4図は第3図
りの平面図、第5図は第4図のV−V線に沿っての断面
図、第6図は第4図のVI−VI線に沿っての断面図、
第7図は本発明の実施例■の変形例を説明するための平
面図、第8図は第7図の■−■線に沿っての断面図、第
9図A及び第9図Bは本発明の実施例■の変形例を工程
順に説明するための斜視図、第10図、第11図及び第
12図はそれぞれ従来の技術を説明するための断面図で
ある。 図面における主要な符号の説明 に半絶縁性GaAs基板、 1a:所定の結晶面方位
の領域、 2:絶縁膜、 2a:開口、3:GaAs層
、 4 : A1. Gal−1lAs層、 5:
n型A1. Gap−、As層、 S:ソース、
Dニドレイン、G、G+ 、Gz :ゲート電極。 代理人 弁理士 杉 浦 正 知 天應(夕・1■ 第1図A 笑/l!刑! 第1図C 大淀J戸II 第1図B 第2図 実方ヒ4?1■ 第3図A ム 第3図B 寡4図@vr4貼−図 第6図 実兄例■ 第3図C r死A!’Ij1 第3図り づ■−1’lンイタ11 第7図 第8図 突形例 第9図A 第9図B 第10図 第11図 第12図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基体上に所定の結晶面方位の領域を選択的に
形成する工程と、 上記所定の結晶面方位の領域上に第1の半導体層とこの
第1の半導体層よりも電子親和力が小さい第2の半導体
層とを上層ほど面積が小となる凸形状に気相成長により
交互に積層する工程とを具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 2、上記所定の結晶面方位の領域が(001)面方位の
領域であり、かつ上記第1及び第2の半導体層の気相成
長をトリメチル化合物系の原料を用いて行うことを特徴
とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 3、半導体基体上に所定の結晶面方位の領域を選択的に
形成する工程と、 上記所定の結晶面方位の領域上に第1の半導体層とこの
第1の半導体層よりも電子親和力が小さい第2の半導体
層とを上層ほど面積が小となる凸形状に気相成長により
交互に積層する工程と、不純物を含有し、かつ上記第1
の半導体層よりも電子親和力が小さい第3の半導体層を
上記凸形状の部分を覆うように気相成長により形成する
工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 4、上記第3の半導体層の気相成長をトリエチル化合物
系の原料を用いて行うことを特徴とする請求項3記載の
半導体装置の製造方法。 5、上層ほど面積が小となる凸形状に交互に積層された
第1の半導体層及びこの第1の半導体層よりも電子親和
力が小さい第2の半導体層と、上記凸形状の部分を覆う
ように形成された不純物を含有し、かつ上記第1の半導
体層よりも電子親和力が小さい第3の半導体層と、 上記第3の半導体層上に形成されたゲート電極と、 上記第1の半導体層と上記第3の半導体層とのヘテロ界
面における上記第1の半導体層中に形成されるチャネル
とを具備することを特徴とする半導体装置。 6、上記チャネルが多重チャネルを構成することを特徴
とする請求項5記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63321749A JPH02165679A (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US07/435,987 US5497015A (en) | 1988-11-12 | 1989-11-13 | Quantum interference transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63321749A JPH02165679A (ja) | 1988-12-20 | 1988-12-20 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02165679A true JPH02165679A (ja) | 1990-06-26 |
Family
ID=18136018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63321749A Pending JPH02165679A (ja) | 1988-11-12 | 1988-12-20 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02165679A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06267993A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Nec Corp | 量子細線構造 |
| JP2016164926A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 日本電信電話株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
-
1988
- 1988-12-20 JP JP63321749A patent/JPH02165679A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06267993A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Nec Corp | 量子細線構造 |
| JP2016164926A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 日本電信電話株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
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