JPH06310543A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH06310543A JPH06310543A JP9274293A JP9274293A JPH06310543A JP H06310543 A JPH06310543 A JP H06310543A JP 9274293 A JP9274293 A JP 9274293A JP 9274293 A JP9274293 A JP 9274293A JP H06310543 A JPH06310543 A JP H06310543A
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- Japan
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- gaas
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- split gate
- quantum wire
- quantum
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Abstract
(57)【要約】
【構成】スプリットゲート構造においてショットキー電
極１７間だけにｎ型ＧａＡｓ１６等を形成することで電
子の閉じ込め効果の強い量子細線を得る。 【効果】電極間の表面準位の影響を抑え、電子を閉じ込
めるポテンシャル差が大きな量子細線が得られる。この
結果、量子化エネルギ準位間隔が室温の熱エネルギやＧ
ａＡｓの光学フォノンのエネルギより大きくなる。
極１７間だけにｎ型ＧａＡｓ１６等を形成することで電
子の閉じ込め効果の強い量子細線を得る。 【効果】電極間の表面準位の影響を抑え、電子を閉じ込
めるポテンシャル差が大きな量子細線が得られる。この
結果、量子化エネルギ準位間隔が室温の熱エネルギやＧ
ａＡｓの光学フォノンのエネルギより大きくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量子化エネルギ準位
や、キャリア数を大きくするために好適な量子細線構造
を有する半導体装置に関する。
や、キャリア数を大きくするために好適な量子細線構造
を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、量子細線に関し物性，作製技術の
両面から様々な研究機関で精力的に研究されている。量
子細線構造形成には大きく分けてメサエッチング法，収
束イオンビーム法，スプリットゲート形成法の３通りの
方法がよく使われている（例えば、フィジカル レビュ
ー レターズ ５９ ３０１１ １９８７（Physical R
eview Letters 59 3011 1987年），アプライドフィジッ
クス レターズ４９(２６)１７８１（Applied Physics
Letters 49(26) 1781 1986年），１９８６，アプライド
フィジックス レターズ５１ １６２０ １９８７
（Applied Physics Letters 51 1620 1987年))。主に量
子細線では、低次元化によるエネルギの量子化や、バリ
スティック伝導，単一モード伝導，移動度の向上ジャパ
ニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
１９（１２）７３５ １９８０(Japanese Journal of
Applied Physics 19(12) 735 1980年）等について実現
が期待される。
両面から様々な研究機関で精力的に研究されている。量
子細線構造形成には大きく分けてメサエッチング法，収
束イオンビーム法，スプリットゲート形成法の３通りの
方法がよく使われている（例えば、フィジカル レビュ
ー レターズ ５９ ３０１１ １９８７（Physical R
eview Letters 59 3011 1987年），アプライドフィジッ
クス レターズ４９(２６)１７８１（Applied Physics
Letters 49(26) 1781 1986年），１９８６，アプライド
フィジックス レターズ５１ １６２０ １９８７
（Applied Physics Letters 51 1620 1987年))。主に量
子細線では、低次元化によるエネルギの量子化や、バリ
スティック伝導，単一モード伝導，移動度の向上ジャパ
ニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
１９（１２）７３５ １９８０(Japanese Journal of
Applied Physics 19(12) 735 1980年）等について実現
が期待される。
【０００３】特に単一モード伝導を実現するには、量子
化エネルギ準位間隔を室温の熱エネルギ（約２５meV）
や半導体のフォノンエネルギ（ＧａＡｓの場合、約３５
meV）より大きくし、且つ、フェルミエネルギについて
も散乱確率を抑制するため準位間隔と同様、フォノンエ
ネルギより大きくなくてはならない。このフェルミエネ
ルギを大きくするためには、電子や正孔などを高キャリ
ア密度にしなければならない。また量子化エネルギ準位
間隔を大きくするためには、細線幅を数ｎｍと極めて細
くするか、または電子を急峻な傾きを持つ放物型ポテン
シャル形状中に閉じ込めなくてはならない。しかし、従
来の量子細線構造で上の条件を満たすには、それぞれに
大きな問題が生じる。以下に、その各問題点について説
明する。
化エネルギ準位間隔を室温の熱エネルギ（約２５meV）
や半導体のフォノンエネルギ（ＧａＡｓの場合、約３５
meV）より大きくし、且つ、フェルミエネルギについて
も散乱確率を抑制するため準位間隔と同様、フォノンエ
ネルギより大きくなくてはならない。このフェルミエネ
ルギを大きくするためには、電子や正孔などを高キャリ
ア密度にしなければならない。また量子化エネルギ準位
間隔を大きくするためには、細線幅を数ｎｍと極めて細
くするか、または電子を急峻な傾きを持つ放物型ポテン
シャル形状中に閉じ込めなくてはならない。しかし、従
来の量子細線構造で上の条件を満たすには、それぞれに
大きな問題が生じる。以下に、その各問題点について説
明する。
【０００４】まず、メサエッチングによって作られた量
子細線では、細線を微細にしていくと量子化エネルギ準
位間隔は確かに大きくなるが、細線上部や側壁のＧａＡ
ｓ表面の表面準位の為、キャリアが激減するという問題
が起こる。図２（ａ）は、メサエッチングで作った量子
細線の量子化エネルギ準位間隔を左縦軸に、量子細線中
のキャリアシート濃度ｎS を、同エピ構造の二次元電子
ガスシート濃度ｎ2DEGで規格化した値を右縦軸に示す。
図２（ａ）からわかるように、メサエッチングで作った
量子細線は、量子化エネルギ準位間隔は大きいが、高キ
ャリア数にはできない。
子細線では、細線を微細にしていくと量子化エネルギ準
位間隔は確かに大きくなるが、細線上部や側壁のＧａＡ
ｓ表面の表面準位の為、キャリアが激減するという問題
が起こる。図２（ａ）は、メサエッチングで作った量子
細線の量子化エネルギ準位間隔を左縦軸に、量子細線中
のキャリアシート濃度ｎS を、同エピ構造の二次元電子
ガスシート濃度ｎ2DEGで規格化した値を右縦軸に示す。
図２（ａ）からわかるように、メサエッチングで作った
量子細線は、量子化エネルギ準位間隔は大きいが、高キ
ャリア数にはできない。
【０００５】収束イオンビームを用い、チャネル層のキ
ャリアをなくすことによって作られた量子細線構造で
は、打ち込んだイオンが結晶欠陥を引き起こしたり、ま
た、直接細線中のチャネル部に入り込み散乱要因になる
などといった問題が生じる為、良質な量子細線は得られ
ない。
ャリアをなくすことによって作られた量子細線構造で
は、打ち込んだイオンが結晶欠陥を引き起こしたり、ま
た、直接細線中のチャネル部に入り込み散乱要因になる
などといった問題が生じる為、良質な量子細線は得られ
ない。
【０００６】スプリットゲート構造の量子細線は２個の
ショットキー電極に負バイアスを加えて空乏層を伸ば
し、電極間に空乏層で挟まれた狭チャネルを形成するも
のである。しかし、その電極間に表面準位が存在する
と、ショットキー障壁高さ（GaAsの場合約７００meV)と
表面準位によるフェルミレベルのピンニング高さ(Ｇａ
Ａｓで約７００ｍｅＶ）がほぼ同じなので、負バイアス
を加えても空乏層の伸びが同じ様になってしまう。つま
り、電極下と電極間直下とに大きなポテンシャル差を生
じさせることができず、電子の閉じ込め効果が弱いとい
える。図２（ｂ）は従来のスプリットゲート構造量子細
線におけるエネルギ準位間隔とｎS／ｎ2DEG の関係を示
した図である。従来のスプリットゲート構造量子細線は
図２（ａ）と図２（ｂ）を比較してわかるように、メサ
エッチングによって作った細線よりキャリアの減少は抑
えられるが、ゲート間の半導体表面の表面準位のため電
子の閉じ込め効果が弱く、量子化エネルギ準位間隔が小
さい。
ショットキー電極に負バイアスを加えて空乏層を伸ば
し、電極間に空乏層で挟まれた狭チャネルを形成するも
のである。しかし、その電極間に表面準位が存在する
と、ショットキー障壁高さ（GaAsの場合約７００meV)と
表面準位によるフェルミレベルのピンニング高さ(Ｇａ
Ａｓで約７００ｍｅＶ）がほぼ同じなので、負バイアス
を加えても空乏層の伸びが同じ様になってしまう。つま
り、電極下と電極間直下とに大きなポテンシャル差を生
じさせることができず、電子の閉じ込め効果が弱いとい
える。図２（ｂ）は従来のスプリットゲート構造量子細
線におけるエネルギ準位間隔とｎS／ｎ2DEG の関係を示
した図である。従来のスプリットゲート構造量子細線は
図２（ａ）と図２（ｂ）を比較してわかるように、メサ
エッチングによって作った細線よりキャリアの減少は抑
えられるが、ゲート間の半導体表面の表面準位のため電
子の閉じ込め効果が弱く、量子化エネルギ準位間隔が小
さい。
【０００７】しかし、このスプリットゲート構造の細線
は、線幅を細くした時、他の構造に比べキャリア数が多
い。また、チャネル側壁も空乏層によって閉じ込めるた
め、弾性散乱確率も高い。従ってスプリットゲート構造
の量子細線は、電子を大きいポテンシャル井戸中に閉じ
込めることさえできれば、単一モード伝導現象を室温で
も観測でき、更に量子効果を利用した素子にも利用でき
る。
は、線幅を細くした時、他の構造に比べキャリア数が多
い。また、チャネル側壁も空乏層によって閉じ込めるた
め、弾性散乱確率も高い。従ってスプリットゲート構造
の量子細線は、電子を大きいポテンシャル井戸中に閉じ
込めることさえできれば、単一モード伝導現象を室温で
も観測でき、更に量子効果を利用した素子にも利用でき
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のスプリットゲー
ト構造の量子細線では、ショットキー電極間のＧａＡｓ
表面準位のため、エネルギ準位間隔が大きく、且つ、キ
ャリアが多く存在するような量子細線を得ることができ
ない。そこで、本発明の課題は、スプリットゲート構造
でもエネルギ準位間隔が大きく、且つ高キャリア数であ
る量子細線を提供することである。
ト構造の量子細線では、ショットキー電極間のＧａＡｓ
表面準位のため、エネルギ準位間隔が大きく、且つ、キ
ャリアが多く存在するような量子細線を得ることができ
ない。そこで、本発明の課題は、スプリットゲート構造
でもエネルギ準位間隔が大きく、且つ高キャリア数であ
る量子細線を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明をＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓへテロ接合を使ったスプリットゲート構造量子
細線について説明する。
ＧａＡｓへテロ接合を使ったスプリットゲート構造量子
細線について説明する。
【００１０】ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓへテロ接合を使っ
た素子として、変調ドープを用いたＨＥＭＴ(High Elec
tron Mobility Transistor；高移動度トランジスタ）が
ある。このＨＥＭＴ構造にそのままショットキー電極を
形成し、スプリットゲート構造の量子細線を作製しても
ショットキー電極間のＧａＡｓ表面準位のため、細線中
の幅方向量子化エネルギ準位間隔を大きくできない。
た素子として、変調ドープを用いたＨＥＭＴ(High Elec
tron Mobility Transistor；高移動度トランジスタ）が
ある。このＨＥＭＴ構造にそのままショットキー電極を
形成し、スプリットゲート構造の量子細線を作製しても
ショットキー電極間のＧａＡｓ表面準位のため、細線中
の幅方向量子化エネルギ準位間隔を大きくできない。
【００１１】本願発明者等は、電極と接触する半導体表
面上において、電極間の表面準位による表面電位と、電
極との接触面に生じる接触電位とにあらかじめ大略３０
０meV 以上の電位差を生じさせていれば、電子の閉じ込
め効果が強く、量子化エネルギ準位間隔も大きいスプリ
ットゲート構造量子細線が実現できることを見出した。
つまり、バイアスを加えていないときの表面電位と接触
電位の電位差が、負バイアスを加えたときの量子細線中
のポテンシャル形状に変化をもたらす。
面上において、電極間の表面準位による表面電位と、電
極との接触面に生じる接触電位とにあらかじめ大略３０
０meV 以上の電位差を生じさせていれば、電子の閉じ込
め効果が強く、量子化エネルギ準位間隔も大きいスプリ
ットゲート構造量子細線が実現できることを見出した。
つまり、バイアスを加えていないときの表面電位と接触
電位の電位差が、負バイアスを加えたときの量子細線中
のポテンシャル形状に変化をもたらす。
【００１２】以下に図３を用いて具体的な説明を記す。
図３(ａ)は、アンドープのＧａＡｓ層１５上にｎ型のＧ
ａＡｓ１６と、ショットキー電極１７を形成したスプリ
ットゲート構造の量子細線断面図である。電極間にｎ型
のＧａＡｓ１６がない場合は、電極間の半導体の表面電
位φS２０ は、表面準位のためＧａＡｓでは約７００me
V とショットキー障壁高さと略同じである。しかし、ｎ
型のＧａＡｓ１６を設けたことで、電極間の表面電位φ
S２０は約１００meVとなり、ショットキー電極による接
触電位φB２１との間に少なくとも６００meV以上の電位
差を生じさせることができるようになる。
図３(ａ)は、アンドープのＧａＡｓ層１５上にｎ型のＧ
ａＡｓ１６と、ショットキー電極１７を形成したスプリ
ットゲート構造の量子細線断面図である。電極間にｎ型
のＧａＡｓ１６がない場合は、電極間の半導体の表面電
位φS２０ は、表面準位のためＧａＡｓでは約７００me
V とショットキー障壁高さと略同じである。しかし、ｎ
型のＧａＡｓ１６を設けたことで、電極間の表面電位φ
S２０は約１００meVとなり、ショットキー電極による接
触電位φB２１との間に少なくとも６００meV以上の電位
差を生じさせることができるようになる。
【００１３】また、φB＞φSとするためにショットキー
ゲートの替わりに、ｐ型ＧａＡｓやｐ型ＡｌＧａＡｓ等
を成長させたジャンクション（Junction）ゲートにして
も本発明は有効である。φB はそれぞれバンドギャップ
に等しく、ｐ型ＧａＡｓの場合は略１.４eV，ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓは約１.８eVとなり表面電位φS とに十分な電
位差を生じさせることができる。図３（ｂ）はゲート電
極にｐ型ＧａＡｓを利用したJunctionゲートの細線断面
構造図である。
ゲートの替わりに、ｐ型ＧａＡｓやｐ型ＡｌＧａＡｓ等
を成長させたジャンクション（Junction）ゲートにして
も本発明は有効である。φB はそれぞれバンドギャップ
に等しく、ｐ型ＧａＡｓの場合は略１.４eV，ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓは約１.８eVとなり表面電位φS とに十分な電
位差を生じさせることができる。図３（ｂ）はゲート電
極にｐ型ＧａＡｓを利用したJunctionゲートの細線断面
構造図である。
【００１４】また、ＨＥＭＴ構造を、キャリア供給層で
あるｎ型ＡｌＧａＡｓ層を基盤側に、能動層であるアン
ドープＧａＡｓ層を表面に近い側に形成した逆ＨＥＭＴ
構造にして、ゲート電極間の半導体上にｎ型半導体を設
ければ、従来のＨＥＭＴ構造上に作製したスプリットゲ
ート構造量子細線に比べ、更に電子を閉じ込める効果は
強くなる。
あるｎ型ＡｌＧａＡｓ層を基盤側に、能動層であるアン
ドープＧａＡｓ層を表面に近い側に形成した逆ＨＥＭＴ
構造にして、ゲート電極間の半導体上にｎ型半導体を設
ければ、従来のＨＥＭＴ構造上に作製したスプリットゲ
ート構造量子細線に比べ、更に電子を閉じ込める効果は
強くなる。
【００１５】図４は逆ＨＥＭＴ構造に本発明を適用した
場合の量子細線の断面図である。
場合の量子細線の断面図である。
【００１６】
【作用】本発明は、スプリットゲート構造の量子細線に
おいて、表面電位φS と接触電位φBとの間に予めφBが
大きくなる電位差が生じる様に、ショットキー電極間に
ｎ型ＧａＡｓ等のキャップ層を設け、φB＞φSの関係を
作ったことで、電子の閉じ込め効果を高くすることに作
用するものである。これは表面電位φS より電極との接
触電位差φB が大きくなったことで、電極の下は空乏化
しやすく、電極間の下が空乏化しづらくなる。この結
果、電子を閉じ込めるポテンシャル差が大きくなり、細
線幅方向の量子化エネルギ準位間隔を大きくする。即
ち、電子の閉じ込め効果が強いといえる。更にキャップ
層の材質を、キャップ層下の半導体材料を歪ませるよう
な材質を選びバンドギャップを小さくすることで、電子
だけでなく正孔も閉じ込めることも可能にする。
おいて、表面電位φS と接触電位φBとの間に予めφBが
大きくなる電位差が生じる様に、ショットキー電極間に
ｎ型ＧａＡｓ等のキャップ層を設け、φB＞φSの関係を
作ったことで、電子の閉じ込め効果を高くすることに作
用するものである。これは表面電位φS より電極との接
触電位差φB が大きくなったことで、電極の下は空乏化
しやすく、電極間の下が空乏化しづらくなる。この結
果、電子を閉じ込めるポテンシャル差が大きくなり、細
線幅方向の量子化エネルギ準位間隔を大きくする。即
ち、電子の閉じ込め効果が強いといえる。更にキャップ
層の材質を、キャップ層下の半導体材料を歪ませるよう
な材質を選びバンドギャップを小さくすることで、電子
だけでなく正孔も閉じ込めることも可能にする。
【００１７】また、ＨＥＭＴ構造を用いた量子細線で
は、逆ＨＥＭＴ構造にするとヘテロ界面の２次元電子ガ
スを空乏化しやすくできるため、更に大きなポテンシャ
ル差が生じる。
は、逆ＨＥＭＴ構造にするとヘテロ界面の２次元電子ガ
スを空乏化しやすくできるため、更に大きなポテンシャ
ル差が生じる。
【００１８】
【実施例】（実施例１)以下、本発明を実施例を通し更
に詳しく説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本発明によ
るスプリットゲート構造の細線の断面構造図と、エネル
ギバンド図である。
に詳しく説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本発明によ
るスプリットゲート構造の細線の断面構造図と、エネル
ギバンド図である。
【００１９】半絶縁性ＧａＡｓ（１００面）基板１０上
にＭＢＥ（分子線エピタキシ）によってアンドープのＡ
ｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０.３）１１を０.２μｍ成長さ
せ、次にアンドープのＧａＡｓ層１２を１２ｎｍ成長さ
せた。次にスペーサ層となるアンドープのＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層(ｘ＝０.３）１３を６ｎｍ成長させ後、Ｓｉを
２.５×１０18（１／cm3）含有するｎ型ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ層(ｘ＝０.３）１４を３５ｎｍ成長させた。さらにア
ンドープのＧａＡｓ層１５を１０ｎｍ成長させ、最後に
Ｓｉを含有するｎ型ＧａＡｓ１６を１５ｎｍ成長させ
た。また、このｎ型ＧａＡｓ１６の替わりにＩｎＧａＡ
ｓを成長させると、歪み応力の為その直下のＧａＡｓ，
ＡｌＧａＡｓのバンドギャップが小さくなり、電子だけ
でなく正孔も閉じ込めることができる。次に、電子線ビ
ームリソグラフィなどでｎ型ＧａＡｓ１６上に幅０.１
μｍ 程度のレジストパターンを形成し、次にウエット
もしくはドライエッチングによってｎ型ＧａＡｓ１６を
逆メサエッチングする。最後にショットキー電極１７の
Ａｌを蒸着させ、その後、Ｓ５０２等でレジストを除去
し、電極間のＡｌをリフトオフする。
にＭＢＥ（分子線エピタキシ）によってアンドープのＡ
ｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０.３）１１を０.２μｍ成長さ
せ、次にアンドープのＧａＡｓ層１２を１２ｎｍ成長さ
せた。次にスペーサ層となるアンドープのＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層(ｘ＝０.３）１３を６ｎｍ成長させ後、Ｓｉを
２.５×１０18（１／cm3）含有するｎ型ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ層(ｘ＝０.３）１４を３５ｎｍ成長させた。さらにア
ンドープのＧａＡｓ層１５を１０ｎｍ成長させ、最後に
Ｓｉを含有するｎ型ＧａＡｓ１６を１５ｎｍ成長させ
た。また、このｎ型ＧａＡｓ１６の替わりにＩｎＧａＡ
ｓを成長させると、歪み応力の為その直下のＧａＡｓ，
ＡｌＧａＡｓのバンドギャップが小さくなり、電子だけ
でなく正孔も閉じ込めることができる。次に、電子線ビ
ームリソグラフィなどでｎ型ＧａＡｓ１６上に幅０.１
μｍ 程度のレジストパターンを形成し、次にウエット
もしくはドライエッチングによってｎ型ＧａＡｓ１６を
逆メサエッチングする。最後にショットキー電極１７の
Ａｌを蒸着させ、その後、Ｓ５０２等でレジストを除去
し、電極間のＡｌをリフトオフする。
【００２０】また、アンドープのＧａＡｓ層１５を１０
ｎｍ成長させた後ｐ型ＧａＡｓを０.５μｍ 成長させ、
次にオーミック電極２３のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着させ
た。その上に電子線ビームリソグラフィなどでポジレジ
ストを用い幅０.１μｍ 程度のスペースパターンを形成
し、次にウエットもしくはドライエッチングによってオ
ーミック電極２３ｎ型とｐ型ＧａＡｓをエッチングす
る。その後にｎ型ＧａＡｓ１６を１５ｎｍ成長させたJu
nctionゲートでも、本発明は有効であった。更にｐ型Ｇ
ａＡｓの替わりにｐ型ＡｌＧａＡｓを成長させても有効
であった。
ｎｍ成長させた後ｐ型ＧａＡｓを０.５μｍ 成長させ、
次にオーミック電極２３のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを蒸着させ
た。その上に電子線ビームリソグラフィなどでポジレジ
ストを用い幅０.１μｍ 程度のスペースパターンを形成
し、次にウエットもしくはドライエッチングによってオ
ーミック電極２３ｎ型とｐ型ＧａＡｓをエッチングす
る。その後にｎ型ＧａＡｓ１６を１５ｎｍ成長させたJu
nctionゲートでも、本発明は有効であった。更にｐ型Ｇ
ａＡｓの替わりにｐ型ＡｌＧａＡｓを成長させても有効
であった。
【００２１】図１（ｂ）はショットキー電極に負バイア
スを加えた時のアンドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ層(ｘ＝
０.３）１３とアンドープのＧａＡｓ層１２のヘテロ接
合界面を図の横方向にみたエネルギバンド図である。約
−１.４(Ｖ）程度で量子化エネルギ準位間隔が約５０
（meV)となり、エネルギ準位間隔が大きく且つ高キャリ
ア数である量子細線が得られた。
スを加えた時のアンドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ層(ｘ＝
０.３）１３とアンドープのＧａＡｓ層１２のヘテロ接
合界面を図の横方向にみたエネルギバンド図である。約
−１.４(Ｖ）程度で量子化エネルギ準位間隔が約５０
（meV)となり、エネルギ準位間隔が大きく且つ高キャリ
ア数である量子細線が得られた。
【００２２】また図５はｎ型ＧａＡｓ１６の替わりにＩ
ｎＧａＡｓを形成した場合、負バイアスを加えた時のア
ンドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ層(ｘ＝０.３）１３とアン
ドープのＧａＡｓ層１４のヘテロ接合界面を、横にみた
ときのエネルギバンド図である。
ｎＧａＡｓを形成した場合、負バイアスを加えた時のア
ンドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ層(ｘ＝０.３）１３とアン
ドープのＧａＡｓ層１４のヘテロ接合界面を、横にみた
ときのエネルギバンド図である。
【００２３】また、アンドープのＧａＡｓ層１４の替わ
りに、キャリア密度を高くするため歪みへテロ接合を与
えるアンドープＩｎＧａＡｓを用いてもよい。
りに、キャリア密度を高くするため歪みへテロ接合を与
えるアンドープＩｎＧａＡｓを用いてもよい。
【００２４】（実施例２）半絶縁性ＧａＡｓ（１００
面）基板１０上にＭＢＥ（分子線エピタキシ）によって
アンドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０.３）１１を
０.２μｍ成長させ、次にＳｉを２.５×１０18（１／cm
3）含有するｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０.３）１４
を３５ｎｍ成長させる。次にスペーサ層となるアンドー
プの ＡｌxＧａ1-xＡｓ層(ｘ＝０.３）１３を６０
ｎｍ成長させ、その後、アンドープのＧａＡｓ層１２を
１２ｎｍ成長させる。最後にアンドープのＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層(ｘ＝０.３）１９を１０ｎｍ成長させいわゆる逆
ＨＥＭＴ構造を形成する。次に、実施例１と同様に、電
子線ビームリソグラフィなどでレジストパターンを形成
し、その後、ショットキー電極１７のＡｌを蒸着させレ
ジストをＳ５０２等で除去し、電極間のＡｌをリフトオ
フする。更に、実施例１で説明したようにｎ型半導体を
電極間に形成した。図４は、この方法によって作られた
量子細線の断面図である。尚、この逆ＨＥＭＴ構造を利
用したスプリットゲート量子細線構造は、電極間にｎ型
半導体がなくても普通のＨＥＭＴ構造に比べ、２ＤＥＧ
（２次元電子ガス）を空乏化させるための逆バイアス値
（絶対値）は低く、且つ、電子の閉じ込め効果が強かっ
た。
面）基板１０上にＭＢＥ（分子線エピタキシ）によって
アンドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０.３）１１を
０.２μｍ成長させ、次にＳｉを２.５×１０18（１／cm
3）含有するｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（ｘ＝０.３）１４
を３５ｎｍ成長させる。次にスペーサ層となるアンドー
プの ＡｌxＧａ1-xＡｓ層(ｘ＝０.３）１３を６０
ｎｍ成長させ、その後、アンドープのＧａＡｓ層１２を
１２ｎｍ成長させる。最後にアンドープのＡｌxＧａ1-x
Ａｓ層(ｘ＝０.３）１９を１０ｎｍ成長させいわゆる逆
ＨＥＭＴ構造を形成する。次に、実施例１と同様に、電
子線ビームリソグラフィなどでレジストパターンを形成
し、その後、ショットキー電極１７のＡｌを蒸着させレ
ジストをＳ５０２等で除去し、電極間のＡｌをリフトオ
フする。更に、実施例１で説明したようにｎ型半導体を
電極間に形成した。図４は、この方法によって作られた
量子細線の断面図である。尚、この逆ＨＥＭＴ構造を利
用したスプリットゲート量子細線構造は、電極間にｎ型
半導体がなくても普通のＨＥＭＴ構造に比べ、２ＤＥＧ
（２次元電子ガス）を空乏化させるための逆バイアス値
（絶対値）は低く、且つ、電子の閉じ込め効果が強かっ
た。
【００２５】また、本発明は他のヘテロ接合においても
有効であった。
有効であった。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、スプリットゲート構造の量子
細線において、ショットキー電極間にｎ型ＧａＡｓ等の
キャップ層を形成することで、以下のような効果が得ら
れる。 （１）電子の閉じ込め効果が強くなるため、エネルギ準
位間隔を室温の熱エネルギ、更にはＧａＡｓの光学フォ
ノンのエネルギより大きくできる。（２）キャップ層の
ｎ型ＧａＡｓ層をＩｎＧａＡｓ層に替えることで、量子
細線中に電子と正孔を同時に閉じ込めることが可能とな
る。
細線において、ショットキー電極間にｎ型ＧａＡｓ等の
キャップ層を形成することで、以下のような効果が得ら
れる。 （１）電子の閉じ込め効果が強くなるため、エネルギ準
位間隔を室温の熱エネルギ、更にはＧａＡｓの光学フォ
ノンのエネルギより大きくできる。（２）キャップ層の
ｎ型ＧａＡｓ層をＩｎＧａＡｓ層に替えることで、量子
細線中に電子と正孔を同時に閉じ込めることが可能とな
る。
【００２７】更に、ＨＥＭＴ構造を利用した従来のスプ
リットゲート構造量子細線の、エピタキシャル構造を逆
ＨＥＭＴ構造とし、更にショットキー電極間にｎ型Ｇａ
Ａｓ等のキャップ層を形成すると、従来のＨＥＭＴ構造
に比べ、低バイアス値（絶対値）となり加えて電子の閉
じ込め効果も大きくなる。また、この逆ＨＥＭＴ構造は
キャップ層がなくても従来のＨＥＭＴ構造に比べ、電子
の閉じ込め効果は大きくなる。これによって得られたキ
ャリアシート密度と量子化エネルギ準位間隔の線幅依存
性を図６に示す。図６からわかるように、本発明により
量子化エネルギ準位間隔が大きく且つ高キャリアにする
ことができる。
リットゲート構造量子細線の、エピタキシャル構造を逆
ＨＥＭＴ構造とし、更にショットキー電極間にｎ型Ｇａ
Ａｓ等のキャップ層を形成すると、従来のＨＥＭＴ構造
に比べ、低バイアス値（絶対値）となり加えて電子の閉
じ込め効果も大きくなる。また、この逆ＨＥＭＴ構造は
キャップ層がなくても従来のＨＥＭＴ構造に比べ、電子
の閉じ込め効果は大きくなる。これによって得られたキ
ャリアシート密度と量子化エネルギ準位間隔の線幅依存
性を図６に示す。図６からわかるように、本発明により
量子化エネルギ準位間隔が大きく且つ高キャリアにする
ことができる。
【図１】本発明の構造を説明するための断面図とエネル
ギバンド図。
ギバンド図。
【図２】従来例の量子細線のキャリア数とエネルギ準位
間隔の関係特性図。
間隔の関係特性図。
【図３】本発明の作用，効果を説明する量子細線の断面
図。
図。
【図４】本発明の実施例の説明図。
【図５】本発明の効果を説明するためのバンド図。
【図６】本発明によって得られたキャリア数と準位間隔
の関係を表した特性図。
の関係を表した特性図。
１０…半絶縁性ＧａＡｓ基板、１１…アンドープＡｌx
Ｇａ1-xＡｓ、１２…アンドープＧａＡｓ、１３…アン
ドープＡｌxＧａ1-xＡｓ、１４…ｎ型AlxGa1-xAs、１５
…アンドープＧａＡｓ、１６…ｎ型ＧａＡｓ、１７…シ
ョットキーゲート電極、１８…空乏層、１９…一次元電
子ガス。
Ｇａ1-xＡｓ、１２…アンドープＧａＡｓ、１３…アン
ドープＡｌxＧａ1-xＡｓ、１４…ｎ型AlxGa1-xAs、１５
…アンドープＧａＡｓ、１６…ｎ型ＧａＡｓ、１７…シ
ョットキーゲート電極、１８…空乏層、１９…一次元電
子ガス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/804
Claims (1)
- 【請求項１】ダブルへテロ接合構造を有する変調ドープ
構造において、ヘテロ接合界面に形成される二次元状担
体を制御するために相対する１対のゲート構造を前記ダ
ブルへテロ接合構造上に形成し、前記ゲート構造のすき
間に前記二次元状担体と同じ伝導型半導体を前記ダブル
ヘテロ接合構造上に形成させたことを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9274293A JPH06310543A (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9274293A JPH06310543A (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310543A true JPH06310543A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14062875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9274293A Pending JPH06310543A (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06310543A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100704866B1 (ko) * | 2002-11-13 | 2007-04-09 | 다 탕 모바일 커뮤니케이션즈 이큅먼트 코포레이션 리미티드 | 시분할 이중 자기 조직화 이동통신 시스템의 구성 방법 |
-
1993
- 1993-04-20 JP JP9274293A patent/JPH06310543A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100704866B1 (ko) * | 2002-11-13 | 2007-04-09 | 다 탕 모바일 커뮤니케이션즈 이큅먼트 코포레이션 리미티드 | 시분할 이중 자기 조직화 이동통신 시스템의 구성 방법 |
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