JPH03148183A - 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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- JPH03148183A JPH03148183A JP1286451A JP28645189A JPH03148183A JP H03148183 A JPH03148183 A JP H03148183A JP 1286451 A JP1286451 A JP 1286451A JP 28645189 A JP28645189 A JP 28645189A JP H03148183 A JPH03148183 A JP H03148183A
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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】
［概要］
半導体装置及びその製造方法に係り、特に５ＩＳ（半導
体−絶縁体一半導体＞ｍ造を有する非線形伝導量子デバ
イス及びその製造方法に関し、極めて簡単な構造でキャ
リアの量子準位が形成されると共に、容易に製造するこ
とができる非線形伝導特性の半導体装置を提供すること
を目的とし、 ２つの半導体基板と、前記２つの半導体基板に挟まれた
薄膜絶縁層とを具備し、ｌ１ｆｊ記２つの半導体基板と
前記薄膜絶縁層との界面に形成される量子化された２次
元キャリアの共鳴トンネル効果により、非線形伝導特性
を有するように構成する。
体−絶縁体一半導体＞ｍ造を有する非線形伝導量子デバ
イス及びその製造方法に関し、極めて簡単な構造でキャ
リアの量子準位が形成されると共に、容易に製造するこ
とができる非線形伝導特性の半導体装置を提供すること
を目的とし、 ２つの半導体基板と、前記２つの半導体基板に挟まれた
薄膜絶縁層とを具備し、ｌ１ｆｊ記２つの半導体基板と
前記薄膜絶縁層との界面に形成される量子化された２次
元キャリアの共鳴トンネル効果により、非線形伝導特性
を有するように構成する。
［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係り、特に５Ｉ
Ｓ（半導体〜絶縁体−半導体）構造を有する非線形伝導
量子デバイス及びその製造方法に関する。
Ｓ（半導体〜絶縁体−半導体）構造を有する非線形伝導
量子デバイス及びその製造方法に関する。
［従来の技術］
次世代の新機能素子として、電子の波動性を利用した量
子デバイスが重要視されている。そしてこうした量子デ
バイスの電子の波動性を実現するために、従来は、ＭＢ
Ｅ （分子線エピタキシャル法）やＭＯＣＶＤ ＜有機
金属気相成長法）を用いて、構成原子及びバンドギャッ
プの異なる薄膜結晶を堆積し、電子の量子準位を形成す
る方法か一般的であった。
子デバイスが重要視されている。そしてこうした量子デ
バイスの電子の波動性を実現するために、従来は、ＭＢ
Ｅ （分子線エピタキシャル法）やＭＯＣＶＤ ＜有機
金属気相成長法）を用いて、構成原子及びバンドギャッ
プの異なる薄膜結晶を堆積し、電子の量子準位を形成す
る方法か一般的であった。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、上記従来の量子デバイスを形成するため用いた
ＭＢＥ’ＰＭＯＣＶＤ等の技術は、例えば１０−” Ｔ
ｏｒｒ程度の超高真空を必要としたり、結晶成長の速度
が遅くて効率が悪かったり、或いは有毒なガスを必要と
したりするといった問題を有していた。
ＭＢＥ’ＰＭＯＣＶＤ等の技術は、例えば１０−” Ｔ
ｏｒｒ程度の超高真空を必要としたり、結晶成長の速度
が遅くて効率が悪かったり、或いは有毒なガスを必要と
したりするといった問題を有していた。
そこで本発明は、極めて簡単な構造でキャリアの量子準
位が形成されるとｊ〔に、容易に製造することができる
非線形伝導特性の半導体装置を提供することを目的とす
る。
位が形成されるとｊ〔に、容易に製造することができる
非線形伝導特性の半導体装置を提供することを目的とす
る。
［課題を解決するだめの手段］
上記課題は、２つの半導体基板と、前記２つの半導体基
板に挟まれた薄膜絶縁層とを具面し、前記２つの半導体
基板と前記薄膜絶縁層との界面に形成される量子化され
た２次元キャリアの共鳴トンネル効果により、非線形伝
導特性を有することを特徴とする半導体装置によって達
成される。
板に挟まれた薄膜絶縁層とを具面し、前記２つの半導体
基板と前記薄膜絶縁層との界面に形成される量子化され
た２次元キャリアの共鳴トンネル効果により、非線形伝
導特性を有することを特徴とする半導体装置によって達
成される。
また上記課題は、２つの半導体基板上にそれぞれ薄膜絶
縁層を形成する工程と、前記２つの半導体基板上の前記
薄膜絶縁層を互いに貼り合わせて半導体−絶縁体一半導
体構造を形成する工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法によって達成される。
縁層を形成する工程と、前記２つの半導体基板上の前記
薄膜絶縁層を互いに貼り合わせて半導体−絶縁体一半導
体構造を形成する工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法によって達成される。
［作 用］
）
すなわち本発明は、２つの半導体基板に薄膜絶縁層が挟
まれているＳＩＳ構造により、半導体基板と薄膜絶縁層
との界面に三角ポテンシャル井戸が形成され、更にこの
三角ポテンシャル井戸に蓄積された２次元キャリアが量
子化されることを利用し、薄膜絶縁層を挟む両側の三角
ポテンシャル井戸に形成された２次元キャリアの量子準
位を相対的に変化させ、両側の量子準位のいずれかが一
致する場合にのみ大きな共鳴トンネル電流が流れるよう
にして、非線形の電流−電圧特性を実現する。
まれているＳＩＳ構造により、半導体基板と薄膜絶縁層
との界面に三角ポテンシャル井戸が形成され、更にこの
三角ポテンシャル井戸に蓄積された２次元キャリアが量
子化されることを利用し、薄膜絶縁層を挟む両側の三角
ポテンシャル井戸に形成された２次元キャリアの量子準
位を相対的に変化させ、両側の量子準位のいずれかが一
致する場合にのみ大きな共鳴トンネル電流が流れるよう
にして、非線形の電流−電圧特性を実現する。
［実線例］
以下、本発明を図示する実線例に基づいて具体的に説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例による非線形伝導量子デバイ
スを示す断面図である。
スを示す断面図である。
２つの半導体基板、例えば（１１Ａ Ｓ基板２，４の間
に、厚さ１００〜・２００へのＩｎＡｓ酸化膜６が挟ま
れ、ＳＩＳｗＪ造を形成している。そしてＩｎＡｓ基板
２，４上面及び底面上には、それぞれ例えばＰｂ（鉛）
からなるオーミック電極８゜１０が設けられている。
に、厚さ１００〜・２００へのＩｎＡｓ酸化膜６が挟ま
れ、ＳＩＳｗＪ造を形成している。そしてＩｎＡｓ基板
２，４上面及び底面上には、それぞれ例えばＰｂ（鉛）
からなるオーミック電極８゜１０が設けられている。
次に、こうした５ＩＳＩ造の非線形伝導量子デバイスの
エネルギーバンドを第２図に示す。
エネルギーバンドを第２図に示す。
ＩｎＡｓ基板２，４とＩ ｎ Ａ ｓ酸化ＷＡ６との界
面においては、キャリア密度が減少するため、バンドギ
ャップの曲がりが生じる。そしてこの部分に２次元電子
が蓄積される。
面においては、キャリア密度が減少するため、バンドギ
ャップの曲がりが生じる。そしてこの部分に２次元電子
が蓄積される。
Ｉ ｎＡｓ基板２．４とＩ ｎＡｓ１ｌ化膜６とが接触
している場合、バンドギャップの曲がりが急峻であるた
め、その界面の伝導帯に三角ポテンシャル井戸１２．１
４が形成される。そして第２図の縮退電子系のバンド図
に示されるように、この三角ポテンシャル井戸１２．１
４に蓄積された２次元電子が量子１ヒされ、それぞれ量
子準位Ｅｌ、Ｅ２、・・・が形成される。
している場合、バンドギャップの曲がりが急峻であるた
め、その界面の伝導帯に三角ポテンシャル井戸１２．１
４が形成される。そして第２図の縮退電子系のバンド図
に示されるように、この三角ポテンシャル井戸１２．１
４に蓄積された２次元電子が量子１ヒされ、それぞれ量
子準位Ｅｌ、Ｅ２、・・・が形成される。
次に、第３図を用いて、動作を説明する。
Ｉ ｎＡｓ基板２１１１！ｌのオーミック電極８に正の
電圧を、ＴｎＡｓ基板４側のオーミック電ｖｆ！１０に
負の電圧をそれぞれ印加すると、第３図（ａ）に示され
るように、ＩｎＡｓ酸化膜６を挟む両側の三角ポテンシ
ャル井戸１２．１４に形成された２次元電子の量子準位
Ｅｌ、Ｅ２．・・・は互いにズレを生じて、いずれの量
子準位Ｅｌ、Ｅ２．・・・も−致しなくなる。従ってＩ
ｎＡｓ基板２，４間には、十分に薄い厚さのＩ ｎＡｓ
酸化膜６をｌ・ンネル効果によって透過するトンネル電
流が流れるのみで、その電流値は小さい。
電圧を、ＴｎＡｓ基板４側のオーミック電ｖｆ！１０に
負の電圧をそれぞれ印加すると、第３図（ａ）に示され
るように、ＩｎＡｓ酸化膜６を挟む両側の三角ポテンシ
ャル井戸１２．１４に形成された２次元電子の量子準位
Ｅｌ、Ｅ２．・・・は互いにズレを生じて、いずれの量
子準位Ｅｌ、Ｅ２．・・・も−致しなくなる。従ってＩ
ｎＡｓ基板２，４間には、十分に薄い厚さのＩ ｎＡｓ
酸化膜６をｌ・ンネル効果によって透過するトンネル電
流が流れるのみで、その電流値は小さい。
次いで、Ｉ ｎＡｓ基板２，４上面及び底面上のそれぞ
れのオーミック電［８，１０に印加する電圧を増加して
いくと、第３図（ｂ）に示されるように、ＩｎＡｓ基板
２側の三角ポテンシャル井戸１２に形成された量子準位
Ｅ２とＩｎＡｓ基板４測の三角ポテンシャル井戸１４に
形成された量子準位Ｅ１とが一致するようになる。従っ
て、両準位間において共鳴トンネル効果が生じるため、
大きな共鳴１−ンネル電流がＩｎＡｓ酸化膜６を透過し
てＩ ｎＡｓ基板２．４間に流れる。
れのオーミック電［８，１０に印加する電圧を増加して
いくと、第３図（ｂ）に示されるように、ＩｎＡｓ基板
２側の三角ポテンシャル井戸１２に形成された量子準位
Ｅ２とＩｎＡｓ基板４測の三角ポテンシャル井戸１４に
形成された量子準位Ｅ１とが一致するようになる。従っ
て、両準位間において共鳴トンネル効果が生じるため、
大きな共鳴１−ンネル電流がＩｎＡｓ酸化膜６を透過し
てＩ ｎＡｓ基板２．４間に流れる。
このようにして得られる電流−電圧特性の測定結果を第
４図に示す。
４図に示す。
第３図（ａ）に対応して、Ｉ ｎＡｓ′＃化ｒＩＡ６を
挟む両側の三角ポテンシャル井戸１２．１４に形成され
た２次元電子の量子準位Ｅｌ、Ｅ２．・・・のいずれも
が一致しない場合には、Ａ点に示されるように、電流が
減少している。これに対し、第３図（ｂ）に対応して、
三角ポテンシャル井戸１２゜１４に形成された量子準位
Ｅｌ、Ｂ２．・・・のいずれかが一致している場合には
、Ｂ点に示されるように、電流が増加している。こうし
てＩｎＡｓ基板２．４間に流れる電流は、印加電圧に対
して線形ではなく、波打つ形となる。すなわち、非線形
特性を示す。なお、第４図のグラフは、温度４゜２Ｋに
おいて測定したものである。
挟む両側の三角ポテンシャル井戸１２．１４に形成され
た２次元電子の量子準位Ｅｌ、Ｅ２．・・・のいずれも
が一致しない場合には、Ａ点に示されるように、電流が
減少している。これに対し、第３図（ｂ）に対応して、
三角ポテンシャル井戸１２゜１４に形成された量子準位
Ｅｌ、Ｂ２．・・・のいずれかが一致している場合には
、Ｂ点に示されるように、電流が増加している。こうし
てＩｎＡｓ基板２．４間に流れる電流は、印加電圧に対
して線形ではなく、波打つ形となる。すなわち、非線形
特性を示す。なお、第４図のグラフは、温度４゜２Ｋに
おいて測定したものである。
このように本実施例によれば、Ｉ ｎＡｓ基板２゜４間
に厚さ１００〜２００人のＩｎＡｓ酸化膜６が挟まれて
いる５ＩＳｖＪ造により、ＩｎＡｓ基板２．４とＩ ｎ
ＡｓＡｓ酸化膜６界面の伝導帯に三角ポテンシャル井戸
１２．１４が形成され、さらにこの三角ポテンシャル井
戸１２．１４に蓄積された２次元電子が量子化されて、
それぞれ量子準位Ｅ１．Ｅ２．・・・が形成される。
に厚さ１００〜２００人のＩｎＡｓ酸化膜６が挟まれて
いる５ＩＳｖＪ造により、ＩｎＡｓ基板２．４とＩ ｎ
ＡｓＡｓ酸化膜６界面の伝導帯に三角ポテンシャル井戸
１２．１４が形成され、さらにこの三角ポテンシャル井
戸１２．１４に蓄積された２次元電子が量子化されて、
それぞれ量子準位Ｅ１．Ｅ２．・・・が形成される。
そしてＩ ｎＡｓ基板２，４間に所定の電圧を印加する
ことにより、Ｉｎ、Ａｓ酸化膜６を挟む両側の三角ポテ
ンシャル井戸１２．１４に形成された２次元電子の量子
準位Ｅ１．Ｅ２．・・・を相対的に変化させ、両側の量
子準位Ｅｌ、Ｅ２．・・・のいずれもが一致しない場合
には小さなトンネル電流が流れ、量子準位Ｅ１．Ｅ２．
・・・のいずれかが一致する場合には大きな共Ｉ′！＋
’、 ｌ、ンネル電流が流れる非線形の＠流−電圧特性
を実現することができる。
ことにより、Ｉｎ、Ａｓ酸化膜６を挟む両側の三角ポテ
ンシャル井戸１２．１４に形成された２次元電子の量子
準位Ｅ１．Ｅ２．・・・を相対的に変化させ、両側の量
子準位Ｅｌ、Ｅ２．・・・のいずれもが一致しない場合
には小さなトンネル電流が流れ、量子準位Ｅ１．Ｅ２．
・・・のいずれかが一致する場合には大きな共Ｉ′！＋
’、 ｌ、ンネル電流が流れる非線形の＠流−電圧特性
を実現することができる。
次に、第５図を用いて、第１図の非線形伝導量子デバイ
スの製造方法を説明する。
スの製造方法を説明する。
ウェーハ状の２つのＩｎＡｓ基板２，４をそれぞれ酸化
雰囲気中で熱処理して、Ｉ ｎＡｓ基板２゜１１両面上
に、それぞれ厚さ５０〜１００人のＩｎＡｓｎＡｓ酸化
膜６ａを形成する（第５図（ａ）参照）。
雰囲気中で熱処理して、Ｉ ｎＡｓ基板２゜１１両面上
に、それぞれ厚さ５０〜１００人のＩｎＡｓｎＡｓ酸化
膜６ａを形成する（第５図（ａ）参照）。
次いで、ＩｎＡｓ基板２，４上のＩｎＡＳ酸化膜６ａ、
６ｂを接着させて熱処理を行ない、ＩｎＡｓ基板２，４
を貼り合わせる。このとき、ＩｎＡｓ基板２，４に挟ま
れたＩＩＩＡＳ酸化膜６ａ。
６ｂを接着させて熱処理を行ない、ＩｎＡｓ基板２，４
を貼り合わせる。このとき、ＩｎＡｓ基板２，４に挟ま
れたＩＩＩＡＳ酸化膜６ａ。
６ｂは、厚さ１００〜２００人のＩｎＡｓ酸化膜６とな
る。こうしてＳＩＳ構造が形成される（第５図（ｂ）参
照）。
る。こうしてＳＩＳ構造が形成される（第５図（ｂ）参
照）。
次いで、ＩｎＡｓｎＡｓ酸化膜６て貼り合わされたＩｎ
Ａｓ基板２．４両外測のＩ ｎＡｓ酸化膜６ａ、６ｂを
除去する。そして露出したＩ ｎＡｓ基板２，４上面及
び底面上にそれぞれｐｂを蒸着した後、熱処理を施して
合金化し、オーミック電＆８，１０を形成する（第５図
（ｃ）参照）。
Ａｓ基板２．４両外測のＩ ｎＡｓ酸化膜６ａ、６ｂを
除去する。そして露出したＩ ｎＡｓ基板２，４上面及
び底面上にそれぞれｐｂを蒸着した後、熱処理を施して
合金化し、オーミック電＆８，１０を形成する（第５図
（ｃ）参照）。
こうして非線形の電流−電圧特性を有する非線形伝導量
子デバイスを作製する。
子デバイスを作製する。
このように本実施例による製造方法によれば、超高真空
を必要としたり、結晶成長の効率が悪かったり、或いは
有毒なガスを必要としたりするＭＢＥ’？ＭＯＣＶＤ等
の技術を用いることなく、いわゆるウェーハ貼り合わせ
技術を用いて、極めて容易に非線形伝導量子デバイスを
作製することができる。
を必要としたり、結晶成長の効率が悪かったり、或いは
有毒なガスを必要としたりするＭＢＥ’？ＭＯＣＶＤ等
の技術を用いることなく、いわゆるウェーハ貼り合わせ
技術を用いて、極めて容易に非線形伝導量子デバイスを
作製することができる。
０
なお、上記実施例において、ＩｎＡｓ基板２４上に形成
するオーミック電ｉ８．ｉｏとしてＰｂを用いているが
、代わりにＮｂ（ニオブ）を用いてもよい。
するオーミック電ｉ８．ｉｏとしてＰｂを用いているが
、代わりにＮｂ（ニオブ）を用いてもよい。
また、上記実施例においては、半導体基板としてＩｎＡ
ｓ基板を用いることにより、ＩｎＡｓ酸化膜との界面に
量子化された２次元電子を形成し、この２次元電子の共
鳴トンネル効果を利用して非線形伝導特性を実現してい
るが、半導体基板を他の半導体材料に変えることにより
、２次元正孔の共鳴トンネル効果を利用した非線形伝導
特性を実現することもできる。
ｓ基板を用いることにより、ＩｎＡｓ酸化膜との界面に
量子化された２次元電子を形成し、この２次元電子の共
鳴トンネル効果を利用して非線形伝導特性を実現してい
るが、半導体基板を他の半導体材料に変えることにより
、２次元正孔の共鳴トンネル効果を利用した非線形伝導
特性を実現することもできる。
［発明の効果］
以上のように本発明によれば、２つの半導体基板に薄膜
絶縁層が挟まれているＳＩＳ椙造により、２つの半導体
基板と薄膜絶縁層との界面に形成される三角ボデンシャ
ル井戸に蓄積され、量子化された２次元キャリアの共鳴
１−ンネル効果を利用して非線形の電流−電圧特性を実
現することができる。
絶縁層が挟まれているＳＩＳ椙造により、２つの半導体
基板と薄膜絶縁層との界面に形成される三角ボデンシャ
ル井戸に蓄積され、量子化された２次元キャリアの共鳴
１−ンネル効果を利用して非線形の電流−電圧特性を実
現することができる。
また本発明によれば、このような非線形伝導特性を有す
る半導体装置を、薄膜絶縁層が形成された２つの半導体
基板の貼り合わせ技術により、極めて容易に作製するこ
とができる。
る半導体装置を、薄膜絶縁層が形成された２つの半導体
基板の貼り合わせ技術により、極めて容易に作製するこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例による非線形伝導量子デバイ
スを示す断面図、 第２図は第１図の非線形伝導量子デバイスのエネルギー
バンド図、 第３図は第１図の非線形伝導量子デバイスの動作を説明
するためのエネルギーバンド図、第４図は第１図の非線
形伝導量子デバイスの特性を示すグラフ、 第５図は第１図の非線形伝導量子デバイスの製造方法を
示す工程図である。 図において、 ２．４・・・・・・ＩｎＡｓ基板、 ６．６ａ、６ｂ−−−・・−１ｎ、Ａｓ酸化膜、８．１
０・・・・・・オーミック電極、１２．１４・・・・・
・三角ポテンシャル井戸。
スを示す断面図、 第２図は第１図の非線形伝導量子デバイスのエネルギー
バンド図、 第３図は第１図の非線形伝導量子デバイスの動作を説明
するためのエネルギーバンド図、第４図は第１図の非線
形伝導量子デバイスの特性を示すグラフ、 第５図は第１図の非線形伝導量子デバイスの製造方法を
示す工程図である。 図において、 ２．４・・・・・・ＩｎＡｓ基板、 ６．６ａ、６ｂ−−−・・−１ｎ、Ａｓ酸化膜、８．１
０・・・・・・オーミック電極、１２．１４・・・・・
・三角ポテンシャル井戸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、２つの半導体基板と、 前記２つの半導体基板に挟まれた薄膜絶縁層とを具備し
、 前記２つの半導体基板と前記薄膜絶縁層との界面に形成
される量子化された２次元キャリアの共鳴トンネル効果
により、非線形伝導特性を有することを特徴とする半導
体装置。 ２、２つの半導体基板上にそれぞれ薄膜絶縁層を形成す
る工程と、 前記２つの半導体基板上の前記薄膜絶縁層を互いに貼り
合わせて半導体−絶縁体−半導体構造を形成する工程と を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1286451A JPH03148183A (ja) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1286451A JPH03148183A (ja) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03148183A true JPH03148183A (ja) | 1991-06-24 |
Family
ID=17704558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1286451A Pending JPH03148183A (ja) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03148183A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0744777A1 (en) * | 1995-05-25 | 1996-11-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonlinear element and bistable memory device |
-
1989
- 1989-11-02 JP JP1286451A patent/JPH03148183A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0744777A1 (en) * | 1995-05-25 | 1996-11-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonlinear element and bistable memory device |
| US5665978A (en) * | 1995-05-25 | 1997-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonlinear element and bistable memory device |
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