JPH06310735A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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- JPH06310735A JPH06310735A JP9413793A JP9413793A JPH06310735A JP H06310735 A JPH06310735 A JP H06310735A JP 9413793 A JP9413793 A JP 9413793A JP 9413793 A JP9413793 A JP 9413793A JP H06310735 A JPH06310735 A JP H06310735A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上において
量子細線もしくは量子ドット構造を構成した半導体装置
に関し、例えば、電界効果トランジスタ、演算素子、記
憶素子等に用いることができる量子効果を利用した半導
体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a quantum wire or quantum dot structure formed on a semiconductor substrate, for example, a quantum effect which can be used for a field effect transistor, an arithmetic element, a memory element and the like. The present invention relates to a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体基板上に量子井戸構造
を構成してなる装置において、量子井戸層にその面内方
向に歪み変化を与えることにより、量子細線を形成する
方法が知られている(Phys.Rev.Lette
r、第67巻、1326ページ(1991))。2. Description of the Related Art Conventionally, in a device having a quantum well structure formed on a semiconductor substrate, a method of forming a quantum wire by giving a strain change to the quantum well layer in the in-plane direction is known. (Phys. Rev. Lette
r, 67, 1326 (1991)).
【0003】半導体基板上に量子井戸構造を構成し、該
量子井戸構造中の量子井戸層に面内方向に歪み変化を加
えると、該面内方向の変形ポテンシャルが変化する。こ
の変形ポテンシャルにより、量子井戸層の面内方向にお
いての量子閉じ込め効果が発生し、それによって量子細
線構造を形成することができる。例えば、上記先行文献
では、(001)GaAs基板上に、GaAs量子井戸
層を含む複数の層を分子線エピタキシー法(MBE法)
により成長させ、形成された量子井戸構造上にアモルフ
ァス・カーボン膜を蒸着により形成した後除去し、該ア
モルファス・カーボン膜の形成・除去の後の残留応力に
より量子井戸層の面内方向、より詳しくは〔010〕方
向に歪み変化を与えることにより量子細線構造を形成す
る方法が記載されている。When a quantum well structure is formed on a semiconductor substrate and strain is changed in the in-plane direction in the quantum well layer in the quantum well structure, the deformation potential in the in-plane direction changes. This deformation potential causes a quantum confinement effect in the in-plane direction of the quantum well layer, thereby forming a quantum wire structure. For example, in the above-mentioned prior literature, a plurality of layers including a GaAs quantum well layer are formed on a (001) GaAs substrate by a molecular beam epitaxy method (MBE method).
And then removing the amorphous carbon film by vapor deposition on the formed quantum well structure, and removing the amorphous carbon film by the residual stress after the formation and removal of the amorphous carbon film. Describes a method of forming a quantum wire structure by applying a strain change in the [010] direction.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして量子井戸層の面内方向において量子閉じ込め
構造を形成し、量子細線もしくは量子ドットを形成する
方法では、面内方向における閉じ込めポテンシャルが小
さいという問題があった。また、上記のように面内方向
に歪み変化を与えて面内方向における閉じ込め構造を形
成する場合、閉じ込め幅を狭くすれば、閉じ込めポテン
シャルを大きくし得るが、従来の量子細線もしくは量子
ドット形成方法では、面内方向の閉じ込め幅を狭くする
ことが困難であった。However, in the method of forming the quantum confinement structure in the in-plane direction of the quantum well layer and forming the quantum wires or quantum dots as described above, the confinement potential in the in-plane direction is small. There was a problem. Further, when a confinement structure is formed in the in-plane direction by giving a strain change in the in-plane direction as described above, the confinement potential can be increased by narrowing the confinement width. Then, it was difficult to narrow the confinement width in the in-plane direction.
【0005】本発明の目的は、上述した従来の量子細線
もしくは量子ドット構造の欠点を解消し、量子井戸層の
面内方向における閉じ込めポテンシャルが大きく、かつ
面内方向における閉じ込め幅を狭くし得る量子細線もし
くは量子ドット構造を有する半導体装置を提供すること
にある。The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional quantum wire or quantum dot structure, to have a large confinement potential in the in-plane direction of the quantum well layer, and to narrow the confinement width in the in-plane direction. It is to provide a semiconductor device having a thin wire or quantum dot structure.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
と、該半導体基板上に量子井戸構造を構成するために形
成された閃亜鉛鉱型結晶構造を有する量子井戸層とを備
え、前記量子井戸層に面内方向に歪み変化を加えること
により量子細線もしくは量子ドット構造を形成してなる
半導体装置において、半導体基板が、前記量子井戸層の
面内方向において該量子井戸層に圧電ポテンシャルが生
じる方向を含む結晶方位に配向されており、かつ面内方
向の歪み変化を与えるために、前記量子井戸層に直接ま
たは間接に積層されており、量子井戸層の圧電ポテンシ
ャルが発生する方向に面内歪み変化を与える歪み印加層
を備えることを特徴とする、半導体装置である。The present invention comprises a semiconductor substrate and a quantum well layer having a zinc blende type crystal structure formed on the semiconductor substrate to form a quantum well structure. In a semiconductor device in which a quantum wire or quantum dot structure is formed by applying strain change to the well layer in the in-plane direction, a semiconductor substrate has a piezoelectric potential in the quantum well layer in the in-plane direction of the quantum well layer. Direction, and is laminated directly or indirectly on the quantum well layer to give a strain change in the in-plane direction, and in-plane in the direction in which the piezoelectric potential of the quantum well layer is generated. A semiconductor device comprising a strain applying layer that gives a strain change.
【0007】すなわち、本発明は、量子井戸層の面内方
向における量子閉じ込めを、面内方向の閉じ込め幅では
なく、閃亜鉛鉱型結晶構造を有する半導体からなる量子
井戸層では、面内方向においてある方向に力が加えられ
ると圧電ポテンシャルが発生することに鑑み、該圧電ポ
テンシャルの変化をも利用するように上記歪み印加層を
形成することにより、面内方向の閉じ込め効果を高めた
ことに特徴を有する。That is, according to the present invention, the quantum confinement in the in-plane direction of the quantum well layer is determined not by the confining width in the in-plane direction but by the quantum well layer made of a semiconductor having a zinc blende type crystal structure in the in-plane direction. In view of the fact that a piezoelectric potential is generated when a force is applied in a certain direction, the strain applying layer is formed so as to also utilize the change in the piezoelectric potential, thereby enhancing the in-plane confinement effect. Have.
【0008】本発明では、上記歪み印加層は、請求項2
に記載のように圧電ポテンシャルの発生する方向におい
て、その格子定数が変化するように構成された少なくと
も1の半導体層により構成される。なお、この格子定数
が変化する態様としては、単に半導体層の厚みを変化さ
せることだけでなく、半導体層が部分的にエッチング等
により除去され、面内方向において該半導体層が部分的
に欠落している部分が形成されている場合をも含むもの
とする。According to the present invention, the strain applying layer comprises:
As described in (3) above, it is composed of at least one semiconductor layer whose lattice constant is changed in the direction in which the piezoelectric potential is generated. Note that, as a mode in which the lattice constant changes, not only the thickness of the semiconductor layer is changed, but the semiconductor layer is partially removed by etching or the like, and the semiconductor layer is partially cut off in the in-plane direction. It also includes the case where the part that is formed is formed.
【0009】[0009]
【作用】本発明では、量子井戸層に対して直接または間
接に積層配置された歪み印加層により、量子井戸層の面
内方向において圧電ポテンシャルが発生する方向に面内
歪み変化が与えられる。従って、量子井戸層の上記圧電
ポテンシャルが発生する方向においては、伝導帯のポテ
ンシャルが、変形ポテンシャルと圧電ポテンシャルとの
和になるため、上記圧電ポテンシャルの生じる方向の途
中において、面内歪みによる変形ポテンシャル及び圧電
ポテンシャルの双方によりポテンシャル井戸が構成され
ることになる。よって、上記面内方向における量子閉じ
込め効果をより大きくすることができ、かつ量子閉じ込
め幅を狭くすることができる。In the present invention, the strain applying layer laminated directly or indirectly with respect to the quantum well layer gives an in-plane strain change in the direction in which the piezoelectric potential is generated in the in-plane direction of the quantum well layer. Therefore, in the direction in which the piezoelectric potential of the quantum well layer is generated, the potential of the conduction band is the sum of the deformation potential and the piezoelectric potential. Therefore, in the middle of the direction in which the piezoelectric potential is generated, the deformation potential due to in-plane strain is generated. And the piezoelectric potential will form a potential well. Therefore, the quantum confinement effect in the in-plane direction can be further increased, and the quantum confinement width can be narrowed.
【0010】[0010]
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説
明することにより、本発明を明らかにする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be clarified by describing embodiments of the present invention with reference to the drawings.
【0011】図1〜図4を参照して、本発明の一実施例
にかかる半導体装置としての電界効果トランジスタを説
明する。なお、図1及び図2は、図1(a)に示すよう
に、図面の横方向が〔−1,1,1〕方向であり、図3
は、図面の横方向が〔1,−1,2〕方向の断面図であ
る。A field effect transistor as a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. 1 (a), the horizontal direction of the drawing is the [-1,1,1] direction.
FIG. 4 is a cross-sectional view in which the lateral direction of the drawing is the [1, −1,2] direction.
【0012】まず、半絶縁性GaAs基板11(CrO
ドープGaAs、結晶方位は(110))上に、例えば
MBE法により、アンドープのGaAsバッファ層12
(膜厚=1μm)、GaAsバリア層13(Siドー
プ、2×1018cm-3、膜厚=5nm)、アンドープの
Ga0.75In0.25As量子井戸層14(単一量子井戸、
膜厚=5nm)、アンドープのAlAsバリア層15
(膜厚=2nm)、アンドープのGaAs層16(膜厚
=50nm)を成長させた。First, the semi-insulating GaAs substrate 11 (CrO
The undoped GaAs buffer layer 12 is formed on the doped GaAs and the crystal orientation is (110) by, for example, the MBE method.
(Film thickness = 1 μm), GaAs barrier layer 13 (Si-doped, 2 × 10 18 cm −3 , film thickness = 5 nm), undoped Ga 0.75 In 0.25 As quantum well layer 14 (single quantum well,
Film thickness = 5 nm), undoped AlAs barrier layer 15
(Film thickness = 2 nm) and undoped GaAs layer 16 (film thickness = 50 nm) were grown.
【0013】次に、図1(b)に示すように、エッチン
グにより、GaAs層16に、〔1,−1,2〕方向に
延びる深さ30nm及び開口側の幅150nmのメサ型
ストライプ溝17を形成した。このエッチングは、硫酸
系エッチャントを用いてウェットエッチングにより行っ
たが、例えば塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッ
チング等のドライエッチングにより行ってもよい。Next, as shown in FIG. 1B, the GaAs layer 16 is etched to form a mesa stripe groove 17 having a depth of 30 nm extending in the [1, -1,2] direction and a width of 150 nm on the opening side. Was formed. Although this etching is performed by wet etching using a sulfuric acid-based etchant, it may be performed by dry etching such as reactive ion beam etching using chlorine gas.
【0014】次に、MBE装置内において、基板温度を
700〜750℃とし、As雰囲気中においてAs分子
線を照射しつつ、ストライプ溝17の底面に下方のAl
Asバリア層15が露出するまでGaAs層16を蒸発
させた(図1(c)参照)。Next, in the MBE apparatus, the substrate temperature is set to 700 to 750 ° C., the molecular beam of As is irradiated in the As atmosphere, and the bottom Al of the stripe groove 17 is irradiated.
The GaAs layer 16 was evaporated until the As barrier layer 15 was exposed (see FIG. 1C).
【0015】しかる後、図2に示すように、MBE法に
より、多重量子井戸層18を成長させた。多重量子井戸
層18はアンドープのGa0.9 In0.1 As(膜厚=5
nm)及びGaAs(膜厚=5nm)からなり、これら
の積層構造を3層繰り返すことにより形成した。Thereafter, as shown in FIG. 2, the multiple quantum well layer 18 was grown by the MBE method. The multiple quantum well layer 18 is made of undoped Ga 0.9 In 0.1 As (film thickness = 5).
nm) and GaAs (film thickness = 5 nm), and these laminated structures were formed by repeating three layers.
【0016】次に、図3(a)に上記ストライプ溝17
が形成されている部分を〔1,−1,2〕方向が横方向
となる断面で示すように、多重量子井戸層18側からS
iイオン注入することにより、斜線のハッチングで示す
厚み500nmのn型領域19を形成した。さらに、図
3(b)に示すように、上面にオーミック接触する電極
20,21を蒸着等の方法により形成した。なお、電極
21がFETのゲート電極として機能し、電極20,2
0は、ソース電極及びドレイン電極として機能する。Next, referring to FIG. 3A, the stripe groove 17 is formed.
As shown in a cross section in which the [1, -1,2] direction is the lateral direction, the portion where the
By implanting i ions, an n-type region 19 having a thickness of 500 nm shown by hatching is formed. Further, as shown in FIG. 3B, electrodes 20 and 21 which make ohmic contact with the upper surface were formed by a method such as vapor deposition. The electrode 21 functions as the gate electrode of the FET, and the electrodes 20, 2
0 functions as a source electrode and a drain electrode.
【0017】上記のようにして得られたFETでは、
〔−1,1,1〕方向において量子閉じ込め効果が得ら
れ、量子細線が形成されている。これを、図4を参照し
て説明する。In the FET obtained as described above,
A quantum confinement effect is obtained in the [-1,1,1] direction, and quantum wires are formed. This will be described with reference to FIG.
【0018】図4の下方に断面図で示すように、本実施
例のFETでは、量子井戸層14の上方において、〔−
1,1,1〕方向と直交する方向、すなわち〔1,−
1,2〕方向に延びるように、ストライプ溝17が形成
されている。従って、量子井戸層を構成しているGa
0.75In0.25Asに比べて格子定数の小さいGaAs層
16が、ストライプ溝17が形成されている部分におい
て除去されている。よって、上記ストライプ溝17を設
けることにより〔−1,1,1〕方向における面内歪み
変化が、GaAs層16及び多重量子井戸層18により
与えられることになる。As shown in the cross-sectional view below FIG. 4, in the FET of this embodiment, above the quantum well layer 14, [-
The direction perpendicular to the [1,1,1] direction, that is, [1,-
The stripe groove 17 is formed so as to extend in the 1, 2] direction. Therefore, Ga forming the quantum well layer
The GaAs layer 16 having a smaller lattice constant than 0.75 In 0.25 As is removed in the portion where the stripe groove 17 is formed. Therefore, by providing the stripe groove 17, the in-plane strain change in the [-1,1,1] direction is given by the GaAs layer 16 and the multiple quantum well layer 18.
【0019】従って、上記ストライプ溝17を形成した
ことにより量子井戸層14に与えられる変形ポテンシャ
ルの変化は、図4の上方に破線Aで示す通りとなる。他
方、上記量子井戸層14は、〔−1,1,1〕方向にお
いて圧電ポテンシャルを発生する。従って、上記GaA
s層16及び多重量子井戸層18より与えられる〔−
1,1,1〕方向の面内歪み変化によって、図4の上方
において一点鎖線Bで示す圧電ポテンシャルが発生す
る。すなわち、本実施例のFETでは、上記変形ポテン
シャルの変化と圧電ポテンシャルの変化との和により、
実線Cで示すように伝導帯ポテンシャルが変化すること
になる。よって、ストライプ溝17が形成されている部
分において、〔1,−1,2〕方向に延びる量子細線構
造が実現される。Therefore, the change in the deformation potential applied to the quantum well layer 14 by forming the stripe groove 17 is as shown by the broken line A in the upper part of FIG. On the other hand, the quantum well layer 14 generates a piezoelectric potential in the [-1,1,1] direction. Therefore, the above GaA
given by the s-layer 16 and the multiple quantum well layer 18 [-
Due to the in-plane strain change in the [1,1,1] direction, a piezoelectric potential indicated by a chain line B in the upper part of FIG. 4 is generated. That is, in the FET of this embodiment, the sum of the change in deformation potential and the change in piezoelectric potential gives
As shown by the solid line C, the conduction band potential changes. Therefore, in the portion where the stripe groove 17 is formed, a quantum wire structure extending in the [1, -1,2] direction is realized.
【0020】本実施例のFETでは、上記のようにして
形成された量子細線構造において、〔−1,1,1〕方
向においては、上記歪み印加層として機能するGaAs
層16及び多重量子井戸層18により、変形ポテンシャ
ルだけでなく〔−1,1,1〕方向に面内歪みが加えら
れて圧電ポテンシャルが発生するため、〔−1,1,
1〕方向における量子閉じ込め効果が大きくなり、かつ
閉じ込め幅を狭くすることが可能となる。In the FET of this embodiment, in the quantum wire structure formed as described above, the GaAs functioning as the strain applying layer in the [-1,1,1] direction.
The layer 16 and the multiple quantum well layer 18 generate not only the deformation potential but also the in-plane strain in the [-1,1,1] direction to generate the piezoelectric potential.
The quantum confinement effect in the 1] direction becomes large, and the confinement width can be narrowed.
【0021】なお、本実施例では、〔−1,1,1〕方
向に量子閉じ込めを果たすための歪み印加層としてGa
As層16及び多重量子井戸層18が用いられていた
が、多重量子井戸層18を形成せず、上記のようなスト
ライプ溝17が形成されたGaAs層16のみを形成し
た場合でも、同様に〔−1,1,1〕方向の量子閉じ込
めを効果的に行うことができる。In this embodiment, Ga is used as the strain applying layer for achieving the quantum confinement in the [-1,1,1] direction.
Although the As layer 16 and the multiple quantum well layer 18 have been used, even when the multiple quantum well layer 18 is not formed and only the GaAs layer 16 in which the stripe groove 17 is formed as described above is formed, The quantum confinement in the -1,1,1] direction can be effectively performed.
【0022】図5及び図6は、発明の半導体装置の第2
の実施例としての共鳴トンネルダイオードアレイを示す
平面図及び図5のA−A線に沿う部分の断面図である。
図5及び図6を参照して、本実施例のダイオードアレイ
では、まず、Siをドープされたn型半絶縁性GaAs
基板31(Siドープ、結晶方位(110))上に、M
BE法により、n型GaAsバッファ層32(Siドー
プ、ドーパントの量2×1018cm-3、厚み=1μ
m)、アンドープのGaAs層33(厚み=0.1μ
m)、アンドープのAl0.35Ga0.65Asバリア層34
(厚み=5nm)、アンドープのGaAs単一量子井戸
層35(膜厚=5nm)、アンドープのAl0.35Ga
0.65Asバリア層36(膜厚=5nm)、アンドープの
Ga0.9 In0.1 As(膜厚=1nm)/GaAs(膜
厚=1nm)からなる25組の多重量子井戸層37を成
長させた。次に、実施例1と同様にウェットエッチング
あるいはドライエッチングにより、高さ40nm及び底
部の形状が一辺170nmの正方形である平面形状矩形
のメサ状凸部37aを形成した。FIG. 5 and FIG. 6 show the second semiconductor device of the invention.
FIG. 6 is a plan view showing a resonant tunnel diode array as an example of FIG. 5 and a sectional view of a portion taken along the line AA of FIG. 5.
Referring to FIGS. 5 and 6, in the diode array according to the present embodiment, first, Si-doped n-type semi-insulating GaAs is used.
On the substrate 31 (Si-doped, crystal orientation (110)), M
By the BE method, the n-type GaAs buffer layer 32 (Si-doped, amount of dopant 2 × 10 18 cm −3 , thickness = 1 μm)
m), an undoped GaAs layer 33 (thickness = 0.1 μm
m), undoped Al 0.35 Ga 0.65 As barrier layer 34
(Thickness = 5 nm), undoped GaAs single quantum well layer 35 (thickness = 5 nm), undoped Al 0.35 Ga
A 0.65 As barrier layer 36 (film thickness = 5 nm) and 25 sets of multiple quantum well layers 37 made of undoped Ga 0.9 In 0.1 As (film thickness = 1 nm) / GaAs (film thickness = 1 nm) were grown. Next, similar to Example 1, wet etching or dry etching was performed to form a mesa-shaped convex portion 37a having a plane shape of 40 nm in height and a bottom shape of a square having a side of 170 nm.
【0023】次に、アンドープのGaAs層38(膜厚
=0.1μm)及びn型GaAsバッファ層39(Si
ドープ、ドーパントの量2×1018cm-3、膜厚=1μ
m)をMBE法により成長させた。しかる後、上面及び
下面の全面にオーミック電極40,41を形成した。Next, an undoped GaAs layer 38 (film thickness = 0.1 μm) and an n-type GaAs buffer layer 39 (Si
Dope, amount of dopant 2 × 10 18 cm −3 , film thickness = 1 μ
m) was grown by the MBE method. Then, ohmic electrodes 40 and 41 were formed on the entire upper surface and lower surface.
【0024】上記のようにして得られた本実施例の共鳴
トンネルダイオードアレイでは、単一量子井戸層35を
有する量子井戸構造の上方に、該量子井戸層35に面内
歪みを与えるために、上記凸部37aが形成されてい
る。すなわち、図5の右方に結晶方位を示すが、上記量
子井戸層35は、〔0,0,−1〕方向において圧電ポ
テンシャルを発生させるが、量子井戸層35と格子定数
の異なる多重量子井戸層37の厚みが凸部37aが設け
られている部分で厚くなっている。In the resonant tunnel diode array of the present embodiment obtained as described above, in order to give an in-plane strain to the quantum well layer 35 above the quantum well structure having the single quantum well layer 35, The convex portion 37a is formed. That is, although the crystal orientation is shown on the right side of FIG. 5, the quantum well layer 35 generates a piezoelectric potential in the [0,0, -1] direction, but the quantum well layer 35 has a different lattice constant from that of the multiple quantum well layer 35. The thickness of the layer 37 is thick at the portion where the convex portion 37a is provided.
【0025】従って、上記凸部37aが形成されている
ことにより、量子井戸層35に面内方向全域に面内歪み
変化が与えられる。しかも、量子井戸層35は、〔0,
0,−1〕方向において圧電ポテンシャルを発生させ
る。従って、本実施例では、量子井戸層35において、
平面形状が正方形の凸部37aの〔0,0,−1〕方向
のコーナー部分(図5に矢印Xで示す部分)に量子ドッ
ト構造が形成される。Therefore, by forming the convex portion 37a, the in-plane strain change is given to the quantum well layer 35 in the entire in-plane direction. Moreover, the quantum well layer 35 has [0,
A piezoelectric potential is generated in the 0, −1] direction. Therefore, in this embodiment, in the quantum well layer 35,
A quantum dot structure is formed at a corner portion (portion indicated by arrow X in FIG. 5) in the [0,0, −1] direction of the convex portion 37a having a square planar shape.
【0026】しかも、本実施例のダイオードアレイにお
ける各ダイオード素子では、第1の実施例の場合と同様
に面内歪み変化が圧電ポテンシャルの生じる方向である
〔0,0,−1〕方向に与えられているため、変形ポテ
ンシャルの変化と圧電ポテンシャルの変化との和により
量子閉じ込め効果が効果的に高められている。Moreover, in each diode element in the diode array of this embodiment, the in-plane strain change is applied in the [0, 0, -1] direction, which is the direction in which the piezoelectric potential is generated, as in the case of the first embodiment. Therefore, the quantum confinement effect is effectively enhanced by the sum of the change in the deformation potential and the change in the piezoelectric potential.
【0027】よって、上面及び下面の電極40,41間
に電流を流した場合、上記量子ドット構造を有するた
め、各ダイオード素子においては、負性抵抗が著しく大
きくなるエネルギ範囲において、多重量子井戸層37と
量子井戸層35との間のエネルギ準位の共鳴によりトン
ネル現象により電流が流れることになる。Therefore, when a current is passed between the upper and lower electrodes 40, 41, the diode element has the above-mentioned quantum dot structure, so that each diode element has a multiple quantum well layer in the energy range in which the negative resistance remarkably increases. A current flows due to a tunnel phenomenon due to resonance of energy levels between 37 and the quantum well layer 35.
【0028】なお、第1,第2の実施例の何れの場合に
おいても、量子井戸層の上方に歪み印加層を配置した
が、本発明における歪み印加層は、量子井戸層の下方に
配置されていてもよい。In each of the first and second embodiments, the strain applying layer is arranged above the quantum well layer, but the strain applying layer in the present invention is arranged below the quantum well layer. May be.
【0029】また、第1の実施例では、(110)Ga
As基板上に形成された量子井戸層に〔−1,1,1〕
方向において量子閉じ込めを行って量子細線を形成し、
かつ第2の実施例では(110)GaAs基板上に形成
された量子井戸層に〔0,0,−1〕方向において、量
子閉じ込めを行って量子ドット構造を形成したが、基板
の結晶方位及び面内方向量子閉じ込めの方向はこれに限
定されるものではない。要するに、基板の結晶方位が、
量子井戸層の面内方向のうち、圧電ポテンシャルの発生
する方向を含むように、両者が選択されておりされすれ
ばよい。Further, in the first embodiment, (110) Ga
In the quantum well layer formed on the As substrate [-1, 1, 1]
Quantum confinement in the direction to form a quantum wire,
In addition, in the second embodiment, the quantum dot structure is formed by performing quantum confinement in the [0, 0, -1] direction in the quantum well layer formed on the (110) GaAs substrate. The direction of in-plane quantum confinement is not limited to this. In short, the crystal orientation of the substrate is
Both of the in-plane directions of the quantum well layer may be selected so as to include the direction in which the piezoelectric potential is generated.
【0030】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、量子井戸層の面内方向
のうち該量子井戸層において圧電ポテンシャルが発生す
る方向に歪み印加層により歪み変化が与えられる。従っ
て、歪み印加層により与えられる変形ポテンシャルの変
化と圧電ポテンシャルの変化の双方により面内方向にお
ける量子閉じ込めが行われる。よって、従来の量子細線
構造や量子ドット構造に比べて、量子閉じ込め効果を高
めることができ、閉じ込め幅を狭くすることができる。According to the present invention, the strain is applied by the strain applying layer in the direction in which the piezoelectric potential is generated in the quantum well layer in the in-plane direction of the quantum well layer. Therefore, quantum confinement in the in-plane direction is performed by both the change in the deformation potential and the change in the piezoelectric potential provided by the strain applying layer. Therefore, the quantum confinement effect can be enhanced and the confinement width can be narrowed as compared with the conventional quantum wire structure or quantum dot structure.
【0031】従って、本発明の半導体装置では、面内方
向の閉じ込めポテンシャルが大きくされ、かつ面内方向
の閉じ込め幅が狭くされ得るため、例えばFETに適用
した場合には、基底状態と第1励起状態間のエネルギ準
位差を大きくすることにより、弾性散乱を抑制すること
ができ、キャリアの移動度を高めることができる。従っ
て、より高速のFETを提供することが可能となる。Therefore, in the semiconductor device of the present invention, the confinement potential in the in-plane direction can be increased and the confinement width in the in-plane direction can be narrowed. Therefore, when applied to an FET, for example, the ground state and the first excitation By increasing the energy level difference between states, elastic scattering can be suppressed and carrier mobility can be increased. Therefore, it becomes possible to provide a higher speed FET.
【図1】(a)〜(c)は、第1の実施例としてのFE
Tを作製する工程を説明するための各断面図。1A to 1C are FEs as a first embodiment.
6A to 6C are cross-sectional views for explaining a process of manufacturing T.
【図2】第1の実施例のFETの製造過程を説明するた
めの断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the FET of the first embodiment.
【図3】(a)及び(b)は、第1の実施例のFETの
製造過程を説明するための断面図。3A and 3B are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the FET of the first embodiment.
【図4】第1の実施例のFETにおける面内方向閉じ込
めの原理を説明するための模式図。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of in-plane confinement in the FET of the first embodiment.
【図5】第2の実施例としての共鳴トンネルダイオード
の平面図。FIG. 5 is a plan view of a resonant tunnel diode as a second embodiment.
【図6】図5のA−A線に沿う断面図。6 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
11…半絶縁性GaAs(110)基板 13…GaAsバリア層 14…単一量子井戸層 15…AlAsバリア層 16…歪み印加層として機能するGaAs層 17…メサ型ストライプ溝 18…多重量子井戸層 20,21…電極 31…半絶縁性GaAs(110)基板 34…Al0.35Ga0.65Asバリア層 35…単一量子井戸層 36…Al0.35Ga0.65Asバリア層 37…多重量子井戸層 37a…凸部 40,41…電極11 ... Semi-insulating GaAs (110) substrate 13 ... GaAs barrier layer 14 ... Single quantum well layer 15 ... AlAs barrier layer 16 ... GaAs layer functioning as a strain applying layer 17 ... Mesa-type stripe groove 18 ... Multiple quantum well layer 20 , 21 ... Electrode 31 ... Semi-insulating GaAs (110) substrate 34 ... Al 0.35 Ga 0.65 As barrier layer 35 ... Single quantum well layer 36 ... Al 0.35 Ga 0.65 As barrier layer 37 ... Multiple quantum well layer 37a ... Convex portion 40 , 41 ... Electrodes
Claims (2)
戸構造を構成するために形成された閃亜鉛鉱型結晶構造
を有する量子井戸層とを備え、前記量子井戸層に面内方
向に歪み変化を加えることにより量子細線もしくは量子
ドット構造を形成してなる半導体装置において、 前記半導体基板は、前記量子井戸層の面内方向において
該量子井戸層に圧電ポテンシャルが生じる方向を含む結
晶方位に配向されており、 前記面内方向の歪み変化を与えるために、前記量子井戸
層に直接または間接に積層されており、かつ量子井戸層
の圧電ポテンシャルが発生する方向に面内歪み変化を与
える歪み印加層を備えることを特徴とする、半導体装
置。1. A semiconductor substrate, and a quantum well layer having a zinc blende type crystal structure formed to form a quantum well structure on the semiconductor substrate, wherein the quantum well layer is strained in an in-plane direction. In a semiconductor device having a quantum wire or quantum dot structure formed by applying a change, the semiconductor substrate is oriented in a crystal orientation including a direction in which a piezoelectric potential is generated in the quantum well layer in an in-plane direction of the quantum well layer. A strain applied to the quantum well layer directly or indirectly to give a strain change in the in-plane direction, and a strain applied to give a strain change in the direction in which the piezoelectric potential of the quantum well layer is generated. A semiconductor device comprising a layer.
ルの発生する方向において、その格子定数が変化される
ように構成された少なくとも1の半導体層により構成さ
れている、請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor according to claim 1, wherein the strain applying layer is composed of at least one semiconductor layer whose lattice constant is changed in a direction in which the piezoelectric potential is generated. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9413793A JPH06310735A (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9413793A JPH06310735A (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310735A true JPH06310735A (en) | 1994-11-04 |
Family
ID=14102010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9413793A Pending JPH06310735A (en) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06310735A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07231083A (en) * | 1993-12-22 | 1995-08-29 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | Semiconductor element |
-
1993
- 1993-04-21 JP JP9413793A patent/JPH06310735A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07231083A (en) * | 1993-12-22 | 1995-08-29 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | Semiconductor element |
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