JP2666970B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/122—Single quantum well structures
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/775—Field effect transistors with one dimensional charge carrier gas channel, e.g. quantum wire FET
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、二次元電子構造を有する半導体の一部分
を、キャリアが一次元的にバリスティック伝導を示す程
度に狭さくして量子ポイントコンタクト領域を形成し、
その量子ポイントコンタクト領域の上方において前記半
導体の上に設けたゲート電極に印加するゲート電圧に応
じて、前記量子ポイントコンタクト領域を介して前記半
導体のうちの二次元導電領域の上に設けた第１および第
２主電極間の導電状態を変化させるようにし、それによ
り二次元導電領域における抵抗値を離散的に変化させる
ようにした半導体装置に関するものである。
を、キャリアが一次元的にバリスティック伝導を示す程
度に狭さくして量子ポイントコンタクト領域を形成し、
その量子ポイントコンタクト領域の上方において前記半
導体の上に設けたゲート電極に印加するゲート電圧に応
じて、前記量子ポイントコンタクト領域を介して前記半
導体のうちの二次元導電領域の上に設けた第１および第
２主電極間の導電状態を変化させるようにし、それによ
り二次元導電領域における抵抗値を離散的に変化させる
ようにした半導体装置に関するものである。
［従来の技術］ 二次元電子構造を有する半導体の一部分を、キャリア
が一次元バリスティック伝導を示す程度に狭さくして量
子ポイントコンタクト領域を形成する手段として、第５
図（Ａ）および（Ｂ）に示すように、金属ゲート電極下
の空乏層を利用する報告が出ている（B.J.Van wees:Phy
s.Rev.Lett.60（1988）848参照）。
が一次元バリスティック伝導を示す程度に狭さくして量
子ポイントコンタクト領域を形成する手段として、第５
図（Ａ）および（Ｂ）に示すように、金属ゲート電極下
の空乏層を利用する報告が出ている（B.J.Van wees:Phy
s.Rev.Lett.60（1988）848参照）。
ここで、１は半絶縁性GaAsによる基板であり、この基
板１の上に、ノン・ドープGaAs成長層２、ノン・ドープ
AlGaAs成長層３およびSiドープｎ形AlGaAs成長層４をこ
の順序で形成する。さらに、層４上に、ゲート電極７と
７′、ソース電極８およびドレイン電極９を配置する。
ゲート電極７と７′とは外部回路としての外部配線10に
より互いに接続して同電位に保たれている。
板１の上に、ノン・ドープGaAs成長層２、ノン・ドープ
AlGaAs成長層３およびSiドープｎ形AlGaAs成長層４をこ
の順序で形成する。さらに、層４上に、ゲート電極７と
７′、ソース電極８およびドレイン電極９を配置する。
ゲート電極７と７′とは外部回路としての外部配線10に
より互いに接続して同電位に保たれている。
この構造では、ゲート電極７および７′の下方の空乏
層５により規定された電子の蓄積領域により量子ポイン
トコタクト領域６を形成する。すなわち、ソース電極８
とドレイン電極９の各々の下方の半導体部分である二次
元導電領域の間の導電状態を量子ポイントコンタクト領
域６に形成される一次元バリステック伝導のチャネル数
に応じて変化させる。
層５により規定された電子の蓄積領域により量子ポイン
トコタクト領域６を形成する。すなわち、ソース電極８
とドレイン電極９の各々の下方の半導体部分である二次
元導電領域の間の導電状態を量子ポイントコンタクト領
域６に形成される一次元バリステック伝導のチャネル数
に応じて変化させる。
ここで、ゲート電極７および７′に印加する電圧によ
り、ポイントコンタクト領域６に形成される一次元バリ
ステイック伝導のチャネルの数（Ｎ）が変化し、電気伝
導度が2e2/hNで変化している。
り、ポイントコンタクト領域６に形成される一次元バリ
ステイック伝導のチャネルの数（Ｎ）が変化し、電気伝
導度が2e2/hNで変化している。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、この構造では、ゲート電極７および７′の下
方の全面にわたって空乏層５が広がるので、ゲート電極
７および７′の真下の空乏層５が広がり切った状態で
も、ゲート電極７および７′の周辺部に、第５図（Ａ）
および（Ｂ）に点線で示したように空乏層５が広がる。
この大面積の空乏層５に対応する接合容量に起因して、
本質的な動作を支配している領域は極めて小さな構造寸
法であるにもかかわらず、その利点が生かされない欠点
がある。
方の全面にわたって空乏層５が広がるので、ゲート電極
７および７′の真下の空乏層５が広がり切った状態で
も、ゲート電極７および７′の周辺部に、第５図（Ａ）
および（Ｂ）に点線で示したように空乏層５が広がる。
この大面積の空乏層５に対応する接合容量に起因して、
本質的な動作を支配している領域は極めて小さな構造寸
法であるにもかかわらず、その利点が生かされない欠点
がある。
しかもまた、一つのポイントコンタクトで流せる電流
には限界があり、実用に役立つ電流を得るためには多数
個のポイントコンタクトを一つのゲート電圧で制御する
ことが不可欠であるにもかかわらず、第５図（Ａ）およ
び（Ｂ）に示した構造では外部回路10の接続により分離
したゲート電極７と７′とを同一電位に保つ必要がある
から、ポイントコンタクトを多数個並列に並べ、それら
のポイントコンタクトを流れる電流を一つのゲート電圧
で同時に制御することは不可能であるという欠点もあっ
た。
には限界があり、実用に役立つ電流を得るためには多数
個のポイントコンタクトを一つのゲート電圧で制御する
ことが不可欠であるにもかかわらず、第５図（Ａ）およ
び（Ｂ）に示した構造では外部回路10の接続により分離
したゲート電極７と７′とを同一電位に保つ必要がある
から、ポイントコンタクトを多数個並列に並べ、それら
のポイントコンタクトを流れる電流を一つのゲート電圧
で同時に制御することは不可能であるという欠点もあっ
た。
これらの欠点は、第５図（Ａ）および（Ｂ）に示した
ゲート電極７および７′をｐ形層に置き換え、pn接合の
空乏層により量子ポイントコンタクトを形成するように
構成した場合についても同様である。
ゲート電極７および７′をｐ形層に置き換え、pn接合の
空乏層により量子ポイントコンタクトを形成するように
構成した場合についても同様である。
そこで、本発明の目的は、離散的な抵抗値を持ち、三
端子動作する量子ポイントコンタクト構造の半導体三端
子装置において、従来の構造で問題となる接合面積の大
きさを改善するとともに、多数個の量子ポイントコンタ
クトの並列動作を可能にし、以て動作電流の値を増大さ
せることができるように適切に構成した半導体装置を提
供することにある。
端子動作する量子ポイントコンタクト構造の半導体三端
子装置において、従来の構造で問題となる接合面積の大
きさを改善するとともに、多数個の量子ポイントコンタ
クトの並列動作を可能にし、以て動作電流の値を増大さ
せることができるように適切に構成した半導体装置を提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、二次元
電子構造を有する半導体の上にゲート電極を設け、該ゲ
ート電極に印加する電圧により、前記半導体の一部分に
キャリアが流れる領域を一次元的なバリスティック伝導
を示す程度に狭さくした量子ポイントコンタクト領域を
形成し、前記ゲート電極に印加するゲート電圧に応じ
て、前記量子ポイントコンタクト領域を介して前記半導
体のうちの二次元導電領域の上に設けた第１および第２
主電極間の導電状態を変化させるようにした半導体装置
において、前記二次元導電領域のうち前記第１および第
２主電極に対応する部分の間に半絶縁化領域を形成して
前記部分を狭さくすることにより前記量子ポイントコン
タクト領域を形成し、前記ゲート電極を前記半絶縁化領
域上に配置して、前記量子ポイントコンタクト領域内の
キャリア密度を前記ゲート電極に印加する電圧に応じて
変化させて、前記部分間の抵抗値を離散的に変化させる
ようにしたことを特徴とする。
電子構造を有する半導体の上にゲート電極を設け、該ゲ
ート電極に印加する電圧により、前記半導体の一部分に
キャリアが流れる領域を一次元的なバリスティック伝導
を示す程度に狭さくした量子ポイントコンタクト領域を
形成し、前記ゲート電極に印加するゲート電圧に応じ
て、前記量子ポイントコンタクト領域を介して前記半導
体のうちの二次元導電領域の上に設けた第１および第２
主電極間の導電状態を変化させるようにした半導体装置
において、前記二次元導電領域のうち前記第１および第
２主電極に対応する部分の間に半絶縁化領域を形成して
前記部分を狭さくすることにより前記量子ポイントコン
タクト領域を形成し、前記ゲート電極を前記半絶縁化領
域上に配置して、前記量子ポイントコンタクト領域内の
キャリア密度を前記ゲート電極に印加する電圧に応じて
変化させて、前記部分間の抵抗値を離散的に変化させる
ようにしたことを特徴とする。
すなわち、本発明は、半絶縁性基板と、基板上に成長
した半導体層と、半導体層上に設けられたソース電極、
ドレイン電極および半導体層とショットキー接触するゲ
ート電極とを有し、半導体層は、基板に接し平面状で２
次元電子構造を形成するための１つ以上の第１の領域
と、この第１の領域と連続し半導体層の上表面に達する
幅の狭い狭さくされた部分からなる量子ポイントコンタ
クト領域を形成するための第２の領域とを残して、半絶
縁化されており、ゲート電極は第２の領域上に延在して
おり、かつソース電極とドレイン電極が半導体層上で第
２の領域を挟んで対向していることを特徴とする。
した半導体層と、半導体層上に設けられたソース電極、
ドレイン電極および半導体層とショットキー接触するゲ
ート電極とを有し、半導体層は、基板に接し平面状で２
次元電子構造を形成するための１つ以上の第１の領域
と、この第１の領域と連続し半導体層の上表面に達する
幅の狭い狭さくされた部分からなる量子ポイントコンタ
クト領域を形成するための第２の領域とを残して、半絶
縁化されており、ゲート電極は第２の領域上に延在して
おり、かつソース電極とドレイン電極が半導体層上で第
２の領域を挟んで対向していることを特徴とする。
本発明の他の形態では、前記ゲート電極を設けず、そ
のゲート電極に対応する位置に外部光を入射させて、前
記量子ポイントコンタクト内のキャリア密度をその外部
光に応じて制御する。
のゲート電極に対応する位置に外部光を入射させて、前
記量子ポイントコンタクト内のキャリア密度をその外部
光に応じて制御する。
［作 用］ 本発明では、微小な量子ポイントコンタクトを半導体
の半絶縁化技術を用いて形成し、この量子ポイントコン
タクトを通るチャンネルの個数を半絶縁化領域および量
子ポイントコンタクト領域の上部に設置したゲート電極
への電圧印加により量子ポイントコンタクト内のキャリ
ア密度を変化させることにより制御するようにしたの
で、（１）半絶縁化領域を利用しているため、極めて小
さい容量で動作可能な点、（２）ゲートの大部分が半絶
縁化領域の上部に形成されるため、従来の構造で問題と
なるゲート−ソース間およびゲート−ドレイン間のリー
ク電流が小さくなる点、（３）多数個の量子ポイントコ
ンタクトを同一ゲート電極で全く同時に同じモードで動
作させることが可能な点で、従来技術とは異なる。
の半絶縁化技術を用いて形成し、この量子ポイントコン
タクトを通るチャンネルの個数を半絶縁化領域および量
子ポイントコンタクト領域の上部に設置したゲート電極
への電圧印加により量子ポイントコンタクト内のキャリ
ア密度を変化させることにより制御するようにしたの
で、（１）半絶縁化領域を利用しているため、極めて小
さい容量で動作可能な点、（２）ゲートの大部分が半絶
縁化領域の上部に形成されるため、従来の構造で問題と
なるゲート−ソース間およびゲート−ドレイン間のリー
ク電流が小さくなる点、（３）多数個の量子ポイントコ
ンタクトを同一ゲート電極で全く同時に同じモードで動
作させることが可能な点で、従来技術とは異なる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の第１の実施例を
示す平面図およびそのAA′線断面図であり、１は半絶縁
性GaAs基板、2,3および４は、結晶成長させて形成した
変調ドープ構造であって、それぞれ、ノン・ドープGaAs
層、ノン・ドープAlGaAs層およびSiドープｎ形AlGaAs層
であり、基板１の上にこの順序に積層される。７はゲー
ト電極（たとえばAuのショットキー電極）、９はソース
電極（たとえばAuGeNiのオーミック電極）、９はドレイ
ン電極（たとえば、AuGeNiのオーミック電極）であり、
層４上にこれら電極7,8および８を配置する。11はGaイ
オン注入により基板１および層2,3および４を部分的に
半絶縁化した半導体領域（ここでは半絶縁性のGaAsおよ
びGaAlAs）である。５は半絶縁化領域11の周囲に広がっ
た空乏層であり、６は約50nmの狭い空間に閉じ込められ
た電子の蓄積領域を示し、この領域６により量子ポイン
トコンタクトが形成される。ここで、ゲート電極７は半
絶縁化領域11の表面を横断して基板１の表面に至る細い
部分と、この細い部分に接続されたパッド部分とを有す
る。
示す平面図およびそのAA′線断面図であり、１は半絶縁
性GaAs基板、2,3および４は、結晶成長させて形成した
変調ドープ構造であって、それぞれ、ノン・ドープGaAs
層、ノン・ドープAlGaAs層およびSiドープｎ形AlGaAs層
であり、基板１の上にこの順序に積層される。７はゲー
ト電極（たとえばAuのショットキー電極）、９はソース
電極（たとえばAuGeNiのオーミック電極）、９はドレイ
ン電極（たとえば、AuGeNiのオーミック電極）であり、
層４上にこれら電極7,8および８を配置する。11はGaイ
オン注入により基板１および層2,3および４を部分的に
半絶縁化した半導体領域（ここでは半絶縁性のGaAsおよ
びGaAlAs）である。５は半絶縁化領域11の周囲に広がっ
た空乏層であり、６は約50nmの狭い空間に閉じ込められ
た電子の蓄積領域を示し、この領域６により量子ポイン
トコンタクトが形成される。ここで、ゲート電極７は半
絶縁化領域11の表面を横断して基板１の表面に至る細い
部分と、この細い部分に接続されたパッド部分とを有す
る。
本実施例では、二次元電子を得るのに変調ドープ構造
を用いているが、電子伝導層６の厚さが≦100nmであれ
ばどのような構造でもよい。また、極めて狭いポイント
コンタクト領域６を残して、その両側を半絶縁化して領
域11を形成するために、本実施例では、Ga集束イオンビ
ーム注入と熱処理による高抵抗化技術を使用した。注入
層の間隔は約200nmであるが、空乏層５が存在するた
め、キャリアが存在する領域６の幅は約50nmである。
を用いているが、電子伝導層６の厚さが≦100nmであれ
ばどのような構造でもよい。また、極めて狭いポイント
コンタクト領域６を残して、その両側を半絶縁化して領
域11を形成するために、本実施例では、Ga集束イオンビ
ーム注入と熱処理による高抵抗化技術を使用した。注入
層の間隔は約200nmであるが、空乏層５が存在するた
め、キャリアが存在する領域６の幅は約50nmである。
本絶縁化領域11を得るためには、上述の方法以外に
も、たとえば、イオン注入、あるいは電子ビーム照射に
よる損傷で作られた高抵抗層を利用する方法も考えられ
る。あるいはまた、浅くｎ形AlGaAs層をエッチングして
二次元電子をなくし、このエッチングした領域を高抵抗
層として用いることもできる。
も、たとえば、イオン注入、あるいは電子ビーム照射に
よる損傷で作られた高抵抗層を利用する方法も考えられ
る。あるいはまた、浅くｎ形AlGaAs層をエッチングして
二次元電子をなくし、このエッチングした領域を高抵抗
層として用いることもできる。
ゲート電極７は本実施例ではAuで形成したので、ｎ形
AlGaAs層４に対しショートキー接合を形成しており、こ
のゲート電極７に印加する電圧により電子蓄積領域６に
たまるキャリアの密度を変化させることができる。
AlGaAs層４に対しショートキー接合を形成しており、こ
のゲート電極７に印加する電圧により電子蓄積領域６に
たまるキャリアの密度を変化させることができる。
ここで、本実施例の半導体装置のゲート電極７に印加
する電圧Vgを変化させたときの、ソースとドレインとの
間の電流Idsの変化を第２図に示す。第２図は4.2kにお
ける動作特性を示し、ソース−ドレイン間電圧Vds＝2mV
とした。ここで、ゲート電圧Vgを負から正に変化させて
ゆくにつれ、量子ポイントコンタクト６内のキャリア密
度が増大し、これに伴ない、一次元バリスティック伝導
に寄与するパスの数が増大して抵抗値がh/（2e2×（パ
スの数））で離散的に変化するために、Idsも離散的に
変化してゆくことがわかる。
する電圧Vgを変化させたときの、ソースとドレインとの
間の電流Idsの変化を第２図に示す。第２図は4.2kにお
ける動作特性を示し、ソース−ドレイン間電圧Vds＝2mV
とした。ここで、ゲート電圧Vgを負から正に変化させて
ゆくにつれ、量子ポイントコンタクト６内のキャリア密
度が増大し、これに伴ない、一次元バリスティック伝導
に寄与するパスの数が増大して抵抗値がh/（2e2×（パ
スの数））で離散的に変化するために、Idsも離散的に
変化してゆくことがわかる。
これと同様の動作は、第１図（Ａ）〜（Ｂ）の実施例
において、ゲート電極７を設けていない構造となして、
そのゲート電極７に対応する部分に光を照射し、その光
強度により量子ポイントコンタクト部分６のキャリア密
度を変化させることによっても得られる。
において、ゲート電極７を設けていない構造となして、
そのゲート電極７に対応する部分に光を照射し、その光
強度により量子ポイントコンタクト部分６のキャリア密
度を変化させることによっても得られる。
キャリア密度の光照射による変化は、光子のエネルギ
ーを吸収して電子が高いエネルギー状態へ励起され、キ
ャリアとなる電子および正孔が発生すること（バンド間
遷移、不純物準位から伝導帯への遷移など）により、そ
の密度が変化するという原理を用いる。この現像に関し
てはすでに「H.L.Stoermer et al Appl.Phys.Lett.39,9
12（1981）」、「M.Heuken et al.IEEE Trans.on Elect
ron Devices,ED−33,693（1986）」などの論文等で報告
されており、より具体的には、本願発明の実施例の場
合、AlGaAs中の深いレベルからの電子の放出、およびGa
As中で光によりバンド間遷移された電子、などが関与し
ている。また、電子と正孔がバンドの曲がりによる電界
で、空間的に分離する現象なども関連して、その分布が
決定される。77K（液体窒素温度）程度以上の温度領域
では、この光照射によるキャリア密度の変化は光を切れ
ば元に戻るが、77K（液体窒素温度）程度よりも低温で
は、光によるキャリア密度の増加分の一部が光遮断後も
永続的に残り、温度を77K（液体窒素温度）程度以上に
上げるまで元には戻らないことも知られている。永続的
な部分とそうでない部分の比率は温度、ヘテロ構造によ
り決まるが、永続的でない部分を利用すればキャリア密
度は照射している光の強度に対応して変化することにな
り、永続的な部分を利用すればキャリア密度は光照射の
積分値（照射量×時間）に対応した変化を示すことにな
る。
ーを吸収して電子が高いエネルギー状態へ励起され、キ
ャリアとなる電子および正孔が発生すること（バンド間
遷移、不純物準位から伝導帯への遷移など）により、そ
の密度が変化するという原理を用いる。この現像に関し
てはすでに「H.L.Stoermer et al Appl.Phys.Lett.39,9
12（1981）」、「M.Heuken et al.IEEE Trans.on Elect
ron Devices,ED−33,693（1986）」などの論文等で報告
されており、より具体的には、本願発明の実施例の場
合、AlGaAs中の深いレベルからの電子の放出、およびGa
As中で光によりバンド間遷移された電子、などが関与し
ている。また、電子と正孔がバンドの曲がりによる電界
で、空間的に分離する現象なども関連して、その分布が
決定される。77K（液体窒素温度）程度以上の温度領域
では、この光照射によるキャリア密度の変化は光を切れ
ば元に戻るが、77K（液体窒素温度）程度よりも低温で
は、光によるキャリア密度の増加分の一部が光遮断後も
永続的に残り、温度を77K（液体窒素温度）程度以上に
上げるまで元には戻らないことも知られている。永続的
な部分とそうでない部分の比率は温度、ヘテロ構造によ
り決まるが、永続的でない部分を利用すればキャリア密
度は照射している光の強度に対応して変化することにな
り、永続的な部分を利用すればキャリア密度は光照射の
積分値（照射量×時間）に対応した変化を示すことにな
る。
第１図（Ａ）および（Ｂ）に示した実施例では、ゲー
ト電極７の大部分が半絶縁性領域11の上に存在するた
め、ゲート電圧Vgによる空乏層５の幅の変化、すなわち
容量に寄与する領域の幅は量子ポイントコンタクト部分
６の周辺の極めて狭い領域に限られる。本実施例ではゲ
ート電極７の幅が１μｍであり、空乏層５の面積は１μ
ｍ×１μｍ以下である。この面積の大きさはゲート電極
７の幅の縮小によりさらに小さくすることが可能であ
る。
ト電極７の大部分が半絶縁性領域11の上に存在するた
め、ゲート電圧Vgによる空乏層５の幅の変化、すなわち
容量に寄与する領域の幅は量子ポイントコンタクト部分
６の周辺の極めて狭い領域に限られる。本実施例ではゲ
ート電極７の幅が１μｍであり、空乏層５の面積は１μ
ｍ×１μｍ以下である。この面積の大きさはゲート電極
７の幅の縮小によりさらに小さくすることが可能であ
る。
これに対して、第５図（Ａ）および（Ｂ）に示した従
来の構造では、空乏層５が第５図（Ａ）および（Ｂ）に
点線で示した領域全体に広がっており、量子ポイントコ
ンタクト６の面積が小さいにもかかわらず、容量がかな
り大きくなっていることがわかる。
来の構造では、空乏層５が第５図（Ａ）および（Ｂ）に
点線で示した領域全体に広がっており、量子ポイントコ
ンタクト６の面積が小さいにもかかわらず、容量がかな
り大きくなっていることがわかる。
さらにまた、この容量に寄与する面積の縮小は、ゲー
ト・ソース間およびゲート・ドレイン間のリーク電流を
減少させる上からも極めて有効である。
ト・ソース間およびゲート・ドレイン間のリーク電流を
減少させる上からも極めて有効である。
第３図（Ａ）および（Ｂ）は第１図（Ａ）および
（Ｂ）に示した量子ポイントコンタクト６を複数個並列
に並べて、得られる電流量を増大させた例を示す。本実
施例では20個の量子ポイントコンタクト６を並列に並べ
ており、すべての量子Ｐポイントコンタクト６が同一の
ゲート電極７で同時に駆動されている。このような構造
は半絶縁化領域11を用いることにより初めて容易に得ら
れるものである。これに対して、第３図（Ａ）および
（Ｂ）において、半絶縁化領域11を第５図（Ａ）および
（Ｂ）に示したようなゲート電極７、あるいは、ｐ形領
域に置き換えた構造では、小さい容量であり、かつリー
ク電流の存在しない状態で、並列に並んだすべての量子
ポイントコンタクトを同じモードで同時に駆動すること
は不可能である。
（Ｂ）に示した量子ポイントコンタクト６を複数個並列
に並べて、得られる電流量を増大させた例を示す。本実
施例では20個の量子ポイントコンタクト６を並列に並べ
ており、すべての量子Ｐポイントコンタクト６が同一の
ゲート電極７で同時に駆動されている。このような構造
は半絶縁化領域11を用いることにより初めて容易に得ら
れるものである。これに対して、第３図（Ａ）および
（Ｂ）において、半絶縁化領域11を第５図（Ａ）および
（Ｂ）に示したようなゲート電極７、あるいは、ｐ形領
域に置き換えた構造では、小さい容量であり、かつリー
ク電流の存在しない状態で、並列に並んだすべての量子
ポイントコンタクトを同じモードで同時に駆動すること
は不可能である。
第３図（Ａ）および（Ｂ）に示した実施例の構造にお
いて得られたドレイン−ソース間電流Idsのゲート電圧V
gによる変化を第４図（Ａ）に示す。Idsの値は量子ポイ
ントコンタクトの個数に比例して増大しているが、その
離散的抵抗値は保存されている。
いて得られたドレイン−ソース間電流Idsのゲート電圧V
gによる変化を第４図（Ａ）に示す。Idsの値は量子ポイ
ントコンタクトの個数に比例して増大しているが、その
離散的抵抗値は保存されている。
第４図（Ｂ）は、第３図（Ａ）および（Ｂ）に示した
実施例の構造において得られたゲート伝達コンダクタン
スgmのゲート電圧Vgに対する特性を示す。離散的に抵抗
値が変化する所できわめて大きいgmが得られていること
がわかる。
実施例の構造において得られたゲート伝達コンダクタン
スgmのゲート電圧Vgに対する特性を示す。離散的に抵抗
値が変化する所できわめて大きいgmが得られていること
がわかる。
なお、第４図（Ａ）および（Ｂ）のいずれも4.2kにお
ける動作特性であり、Vds＝2mVとした。
ける動作特性であり、Vds＝2mVとした。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、微小な量子ポイン
トコンタクトを形成するのに、その周囲の半導体領域を
半絶縁化し、しかも、その量子ポイントコンタクト部の
キャリア密度を、量子ポイントコンタクト部および半絶
縁化領域の上部に配設したゲート電極への印加電圧を変
化させることにより制御するのであるから、次のような
利点がある。
トコンタクトを形成するのに、その周囲の半導体領域を
半絶縁化し、しかも、その量子ポイントコンタクト部の
キャリア密度を、量子ポイントコンタクト部および半絶
縁化領域の上部に配設したゲート電極への印加電圧を変
化させることにより制御するのであるから、次のような
利点がある。
（１）ゲート電極の動作容量が極めて小さく高速動作に
適する。
適する。
（２）ゲート電極の大部分は半絶縁化領域の上に存在す
るので、ゲート−ソース間、およびゲート−ドレイン間
のリーク電流が極めて小さい。
るので、ゲート−ソース間、およびゲート−ドレイン間
のリーク電流が極めて小さい。
（３）容易に量子ポイントコンタクトを並列に配置した
構造が作製でき、動作電流を増大できる。
構造が作製でき、動作電流を増大できる。
第１図（Ａ）および（Ｂ）は半絶縁性領域により量子ポ
イントコンタクト構造が形成され、その上に制御用のゲ
ート電極が配置されている本発明の第１の実施例を示
す、それぞれ、平面図およびそのAA′線断面図、 第２図は第１図（Ａ）および（Ｂ）に示した構造の4.2k
における動作特性で、Vds＝2mVの時のゲート電圧Vgとソ
ース・ドレイン間電流Idsを示す特性図、 第３図（Ａ）および（Ｂ）は第１図（Ａ）および（Ｂ）
に示した量子ポイントコンタクトを多数個並列に並べた
本発明第２の実施例を示す、それぞれ、平面図およびそ
のAA′線断面図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は第３図（Ａ）および（Ｂ）
に示した構造の4.2kにおける動作特性で、Vds＝2mVの時
のゲート電圧Vgとソース・ドレイン間電流Idsとの関係
およびゲート電圧Vgとゲート伝達コンダクタンスgmとの
関係を示す特性図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、従来報告されている金属
ゲート層下の空乏層により作製した量子ポイントコンタ
クト構造を示す、それぞれ、平面図およびそのAA′線断
面図である。 １……基板として用いる半絶縁性GaAs、 ２……ノン・ドープGaAs成長層、 ３……ノン・ドープAlGaAs成長層、 ４……Siドープｎ形AlGaAs成長層、 ５……空乏層の広がりを示す点線、 ６……量子ポイントコンタクトを形成する電子の蓄積領
域、 ７……ゲート電極、 ８……ソース電極、 ９……ドレイン電極、 10……外部回路、 11……Gaイオン注入により半絶縁化した領域。
イントコンタクト構造が形成され、その上に制御用のゲ
ート電極が配置されている本発明の第１の実施例を示
す、それぞれ、平面図およびそのAA′線断面図、 第２図は第１図（Ａ）および（Ｂ）に示した構造の4.2k
における動作特性で、Vds＝2mVの時のゲート電圧Vgとソ
ース・ドレイン間電流Idsを示す特性図、 第３図（Ａ）および（Ｂ）は第１図（Ａ）および（Ｂ）
に示した量子ポイントコンタクトを多数個並列に並べた
本発明第２の実施例を示す、それぞれ、平面図およびそ
のAA′線断面図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は第３図（Ａ）および（Ｂ）
に示した構造の4.2kにおける動作特性で、Vds＝2mVの時
のゲート電圧Vgとソース・ドレイン間電流Idsとの関係
およびゲート電圧Vgとゲート伝達コンダクタンスgmとの
関係を示す特性図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、従来報告されている金属
ゲート層下の空乏層により作製した量子ポイントコンタ
クト構造を示す、それぞれ、平面図およびそのAA′線断
面図である。 １……基板として用いる半絶縁性GaAs、 ２……ノン・ドープGaAs成長層、 ３……ノン・ドープAlGaAs成長層、 ４……Siドープｎ形AlGaAs成長層、 ５……空乏層の広がりを示す点線、 ６……量子ポイントコンタクトを形成する電子の蓄積領
域、 ７……ゲート電極、 ８……ソース電極、 ９……ドレイン電極、 10……外部回路、 11……Gaイオン注入により半絶縁化した領域。
Claims (2)
- 【請求項１】半絶縁性基板と、該基板上に成長した半導
体層と、該半導体層上に設けられたソース電極、ドレイ
ン電極および該半導体層とショットキー接触するゲート
電極とを有し、 前記半導体層は、基板に接し平面状で２次元電子構造を
形成するための１つ以上の第１の領域と、この第１の領
域と連続し半導体層の上表面に達する幅の狭い狭さくさ
れた部分からなる量子ポイントコンタクト領域を形成す
るための第２の領域とを残して、半絶縁化されており、 前記ゲート電極は前記第２の領域上に延在しており、か
つ 前記ソース電極とドレイン電極が前記半導体層上で前記
第２の領域を挟んで対向していることを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項２】前記ゲート電極を設けず、そのゲート電極
に対応する位置に外部光を入射させて、前記量子ポイン
トコンタクト内のキャリア密度をその外部光に応じて制
御するようにしたこを特徴とする請求項１記載の半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17706588A JP2666970B2 (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17706588A JP2666970B2 (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0227739A JPH0227739A (ja) | 1990-01-30 |
| JP2666970B2 true JP2666970B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=16024505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17706588A Expired - Lifetime JP2666970B2 (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666970B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0394757B1 (de) * | 1989-04-27 | 1998-10-07 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Halbleiterstruktur mit einer 2D-Ladungsträgerschicht und Herstellungsverfahren |
| JP2914411B2 (ja) * | 1992-03-30 | 1999-06-28 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JPH08129948A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-05-21 | Mitsubishi Electric Corp | スタータ用マグネットスイッチ |
| CN107180867B (zh) * | 2017-06-14 | 2023-08-29 | 中国科学技术大学 | 一种半导体量子器件及其制备方法 |
| CN107170813B (zh) * | 2017-06-26 | 2023-08-29 | 中国科学技术大学 | 空穴型半导体电控量子点器件，其制备及使用方法 |
-
1988
- 1988-07-18 JP JP17706588A patent/JP2666970B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0227739A (ja) | 1990-01-30 |
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Legal Events
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