JPH0322569A - 量子干渉トランジスタの製造方法 - Google Patents

量子干渉トランジスタの製造方法

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JPH0322569A
JPH0322569A JP15587289A JP15587289A JPH0322569A JP H0322569 A JPH0322569 A JP H0322569A JP 15587289 A JP15587289 A JP 15587289A JP 15587289 A JP15587289 A JP 15587289A JP H0322569 A JPH0322569 A JP H0322569A
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JP
Japan
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layer
atomic layer
compound semiconductor
stripe
quantum interference
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JP15587289A
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Inventor
Masahiko Sasa
佐々 誠彦
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 アハロノフ・ボーム効果(Aharqnov,Bohm
効果)を利用した量子干渉トランジスタの製造方法の改
良に関し、 電子が非弾憔散那を受けないよう(十分小さな寸法を有
する量子干渉ト.シンジスタを製造する方法を提供する
ことを目的とし、 1導電型の第1の化合物半導体よりなり(100)面か
ら極めて僅かの角度ずれた面を表面とし一定の間隔を隔
て\相互に平行な段差を有するオフ基板上に、原子層エ
ピタキシ法を使用して、前記の第1の化合物半導体の禁
制帯幅より大きな禁制帯幅を有する第2の半導体のスト
ライプ層を前記の段差にそって形成し、次に、再び原子
層エピタキシ法を使用して、前記の第1の化合物半導体
と同一の化合物半導体よりなり1導電型の第1の化合物
半導体のストライプ層を、前記の第2の半導体のストラ
イプ層の端面と隣接する段差との間に形成する工程を反
復繰り返し、前記の第1の化合物半導体の層よりなり、
成長方向に伸延し、一旦2分割され、再び合流する電流
通路を、前記の第2の半導体層の中に複数条形成し、こ
の複数の電流通路の一端に、一方の電流端子を形成し、
前記の複数の電流通路の他端に、他方の電流端子を形成
し、前記の複数の電流通路に平行に、前記の電流通路が
2分割されている領域に対応する?,I域に、前記の第
2の半導体層の側面に制御電極を形成するように構或す
る。
[産業上の利用分Wf] 本発明は、アハロノフ・ボーム効果(Aharonov
Bohm効果)を利用した量子干渉トランジスタの製造
方法の改良に関する。
〔従来の技術〕
近年、電子計算機等の電子機器の高速度化にともない、
高速半導体デバイスの出現が強く望まれている。最近、
n − G a A sまたはGaAsとn−AIC;
aAsとのへテロ構造を使用して電子波の量子力学的な
干渉効果を利用した非常に高速かつ低消費電力の量子干
渉トランジスタが提案されている。その一例の斜視図を
第1l図に示す。
第11図参照 第11図において、1はGaAsチャンネル層であって
中央部はリング状に形成されている。なお、実際のチャ
ンネルはこの層内に形成された二次元電子ガスによって
構威される。9はn  Aj2GaAs電子供給層であ
り、10はGaAs基板であり、3はソース電極であり
、4はドレイン電極であり、5はゲート電極である。
ソース3を接地し、ドレイン4に正の電圧を印加すると
、電子はソース3を出てGaAsチャンネル層1を通っ
てドレイン4に達するが、途中リングの入口において2
経路に分岐し、リング出口において再び合流する。素子
のリング状部の一方に磁場を印加するか、または、図に
示すように、リング状部の一方の経路上に設けられたゲ
ート電極5に電圧を印加すると、二つの経路に流れる電
子波曲に位相差が発生し、両者が合流する点において両
者が干渉してドレイン4に流れる電流は変化する。
第12図参照 ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化を第12
図tziす。量子干渉効果が不十分であるため、ドレイ
ン電流の変化は少ない。
電場を加えた時に、二つの経路を流゛れる電子波間に位
相差が発生する理由について以下に説明する. 第13図、第14図参照 第13図、第14図はGaAsチャンネル層におけるエ
ネルギーバンド図を示し、EFはフェル果レベルであり
、Eoは基底レベルである。ゲート電圧が印加されてい
ない時には、ゲート下部のチャンネル層中での基底レベ
ルE0は第13図に示すようにフラットになっており、
こ\を流れる電子波の波形は同図に示すように一定であ
る。負のゲート電圧によりGaAsチャンネル層に電場
が印加されると基底レベルE0は第14図に示すように
上昇し、GaAsチャンネル層に流れる電子波の波形は
同図に示すように変調する。したがって、第11図に示
す量子干渉トランジスタにおいて、GaAsチャンネル
層1の中央部のリングの一方の経路にゲート電圧を印加
し、他方の経路には印加しないと、上記の作用によって
二つの経路に流れる電子波の間に位相差が発生ずること
になる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上記の干渉効果を十分高めるためには、電子
が非弾性散乱を受けないようにすることが必要である。
何故ならば、非弾性散乱を受けると、磁場、電場が印加
されなくても電子波の波長が変化してしまい、期待する
干渉効果が得られなくなるからである。非弾性散乱を受
けないようにするには、素子の寸法を、電子が非弾性散
乱を受けるまでの距離(非弾性散乱長)より十分小さく
する必要がある。すなわち、少なくとも、ln以下程度
の大きさにする必要があり、出来うれば、さらに一桁程
度小さい素子寸法にすることが望ましい。
ところが、従来技術に示す横型の量子干渉トランジスタ
においては、素子寸法をこのように小さく製造すること
は極めて困難であり、したがって、十分な干渉効果が得
られていない。
本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、電子
が非弾性散乱を受けないように十分小さな寸法を有する
量子干渉トランジスタを製造する方法を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的は、1導電型の第1の化合物半導体よりなり
(100)面から極めて僅かの角度ずれた面を表面とし
一定の間隔を隔て\相互に平行な段差(8)を有するオ
フ基板(10)上に、原子層エピタキシ法を使用して、
前記の第1の化合物半導体の禁制帯幅より大きな禁制帯
幅を有する第2の半導体のストライプ層(2)を前記の
段差(8)にそって形成し、次に、再び原子層エピタキ
シ法を使用して、前記の第1の化合物半導体と同一の化
合物半導体よりなり1導電型の第1の化合物半導体のス
トライプ層(2l)を、前記の第2の半導体のストライ
プ層(2)の端面と隣接する段差(8)との間に形成す
る工程を反復繰り返し、前記の第1の化合物半導体の層
よりなり、成長方向に伸延し、一旦2分割され、再び合
流する電流通路(1)を、前記の第2の半導体層の中に
複数条形成し、この複数の電流通路(1)の一端に、方
の電流端子(3)を形成し、前記の複数の電流通路(1
)の他端に、他方の電流端子(4)を形成し、前記の複
数の電流通路(1)に平行に、前記の電流通路(1)が
2分割されている領域に対応する領域に、前記の第2の
半導体層の側面に制御電極(5)を形成する量子干渉ト
ランジスタの製造方法によって達威される。
〔作用〕
本発明に係る量子干渉トランジスタの製造方法において
は、(10’0)面から極めて僅かの角度ずれた面を基
板lOの表面とすることによって、その基板lOの表面
には一定の間隔を隔て覧相互に平行な段差8が形成され
る(第2図参照)。段差8の間隔は、基板10の表面が
(100)面からずれる角度を変えることによって任意
に選択することができ、0.1n程度にすることが可能
である。このような段差を有するオフ基板10上に制御
された時間原子層エピタキシ法を反復使用して、上記の
段差8の間隔の制御された長さに対して、一原子層づ覧
変調構造を威長ずることによって、中央部が2経路に分
割された第1の化合物半導体よりなる電流通路lが第2
の半導体層の中に形成された量子干渉トランジスタを、
1 1m以下の極めて小さい寸法をもって形成すること
が可能である。
〔実施例] 以下、図面を参照しつ\、本発明の一実施例に係る量子
干渉トランジスタの製造方法について説明する。
第2図参照 1例として、素子の幅を80nmとする場合には、(1
00)面から0.2゜の角度ずれた面を表面とするGa
Asオフ基板10を使用すればよい。
このオフ基板10の表面にはピッチ80nmをもって第
2図に示すように段差が形成されているが、この段差を
等間隔に整った形状とするため、分子線エピタキシ法(
以下、MBE法と云う。)を使用して、GaとAsとを
一原子層分つ覧、交互にオフ基板10上に照射し,てQ
 a A sのバッファ層6を約0.3n厚に形或する
。その結果、バッファ層6の表面には第2図に示すよう
に、80nmの等間隔をもって一原子層に相当する整っ
た形状の段差8が形成される。
第3図参照 バッファ層6上に、バッファ層6の形或と同様の方法を
使用してn−GaAsのコンタクト層41を0.3n厚
に形成する。なお、ドーパントにはSiを使用し、濃度
は約I XIO”cm−”程度とする。
第4図参照 MBE法を使用して、AI!.原子のみを3/8原子層
分だけ照射するとAffi原子はn−GaAsコンタク
ト層41上を動き回り、段差8にそって捕らえられる。
次いで、Asを,+’1N2と同程度以上照射すること
により、段差8から段差間隔すなわちピッチの3/8に
相当する30nmの幅をもってAIlASのストライプ
層2が段差8にそって形成される。
第5図参照 同様に、MBE法を使用して、GaとAsとを2/8原
子層分づ一照射すると、An!Asのストライブ層2の
端部に接して隣接する段差との間に11 20nmの幅をもってGaAsのストライプ層21が形
成される。
第6図参照 再びMBE法を使用して、AffiとAsとを3/8原
子層分づ\照射すると、GaAsのストライプ層21の
端部と隣接する段差8との間に30nmの幅をもってA
n!Asのストライプ層2が形成される。
第7図参照 上記の工程を反復繰り返し、その過程においてGaやA
ffiの照射量を変えることにより、GaAsストライ
プ層21の幅とAn!Asストライプ層2の幅とを変え
、また、Gaと/lとの切り換え回数を増すことによっ
てGaAsストライプ層21を2経路に分岐する。
第8図参照 AI!.Asストライプ層2よりなるAffiAs層中
に、中央部が2経路に分岐したGaAsストライプ層2
1よりなる電流通路1を形成した後、n一GaAsコン
タクト層31を0.1n厚に形成する。
12 第9図参照 メサエッチングをなして台形状に形成し、CVD法等を
使用して、Sin.膜7を形成し、これをパターニング
してソース電極とドレイン電極との形成領域に開口を形
成し、AuGe (20nm厚)/Au (3 0 0
 n.m厚)を蒸着した後、450゜Cの温度に1分間
程度加熱して合金化し、ソース電極3とドレイン電極4
とを形成する。
第1図参照 全面にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー法を
使用してゲート電極形成領域に開口を形成し、開口を有
するレジスト膜をマスクとしてエッチングをなしてゲー
ト電極形成領域のSing膜7を除去し、こ覧にAfを
蒸着してゲート電極5を形戒する。
第10図参照 第10図に本発明に係る量子干渉トランジスタの特性を
示す。十分な干渉効果が得られた.〔発明の効果〕 以上説明せるとおり、本発明に係る量子干渉トランジス
タの製造方法においては、表面が(100)面から僅か
の角度ずれたオフ基板を使用し、禁制帯幅の異なる2種
類の半導体を原子層エピタキシ法を使用して、一原子層
づ覧変調構造を威長ずることによって、第2の半導体層
の中に、第1の化合物半導体よりなり中央部が2つの経
路に分割された電流通路が形成されたln以下の極めて
小さい寸法の素子を製造することが可能になったため、
電子が非弾性散乱を受けることがなくなり、十分な干渉
効果が得られるようになった。
その結果、量子干渉効果を利用した超高速・低消費電力
の量子干渉トランジスタの提供が可能となり、電子機器
の高度化および高集゛積化に大きく寄与するようになっ
た。
なお、従来の製造プロセスを使用して、寸法は大きいが
同様な構造を有す′る量子干渉トランジスタの製造は可
能であるが、そのためには、結晶威長途中で、電流通路
をなす第Yの化合物半゛導体層とバリャ層をなす第2の
半導体層との選択的な威長あるいはエッチング処理が必
要になり、非常に複雑な製造プロセスを必要とするが、
本発明に係る製造方法を使用すれば、大幅にプロセスが
簡略化され、しかも、高い精度をもって素子を製造する
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第9図は、本発明の一実施例に係る量子干渉ト
ランジスタの製造方法の工程図である。 第10図は、本発明に係る量子干渉トランジスタの特性
曲線である。 第11図は、従来技術に係る量子干渉トランジスタの斜
視図である。 第12図は、従来技術に係る量子干渉トランジスタの特
性曲線である。 第l3図、第14図は、チャンネル層内のエネルギーバ
ンド図である。 ストライプ層)、 21・・・第1の化合物半導体のストライプ層(GaA
sストライプ層)、 3・・・電流端子(ソース電極)、 31・・・n−GaAsコンタクト層、4・・・電流端
子(ドレイン電極)、 4l・・・n−GaAsコンタクト層、5・・・制御電
極(ゲート電極)、 6・・・G a A sバッファ層、 7・・・Stow膜、 8・・・段差、 9 − ・・n−AI2GaAs電子供給層、10・・
・第1の化合物半導体のオフ基板(G a A sオフ
基板)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1導電型の第1の化合物半導体よりなり (100)面から極めて僅かの角度ずれた面を表面とし
    一定の間隔を隔てゝ相互に平行な段差(8)を有するオ
    フ基板(10)上に、原子層エピタキシ法を使用して、
    前記第1の化合物半導体の禁制帯幅より大きな禁制帯幅
    を有する第2の半導体のストライプ層(2)を前記段差
    (8)にそって形成し、次に、再び原子層エピタキシ法
    を使用して、前記第1の化合物半導体と同一の化合物半
    導体よりなり1導電型の第1の化合物半導体のストライ
    プ層(21)を、前記第2の半導体のストライプ層(2
    )の端面と隣接する段差(8)との間に形成する工程を
    反復繰り返し、 前記第1の化合物半導体の層よりなり、成長方向に伸延
    し、一旦2分割され、再び合流する電流通路(1)を、
    前記第2の半導体層の中に複数条形成し、 該複数の電流通路(1)の一端に、一方の電流端子(3
    )を形成し、 前記複数の電流通路(1)の他端に、他方の電流端子(
    4)を形成し、 前記複数の電流通路(1)に平行に、前記電流通路(1
    )が2分割されている領域に対応する領域に、前記第2
    の半導体層の側面に制御電極(5)を形成する 工程を有することを特徴とする量子干渉トランジスタの
    製造方法。
JP15587289A 1989-06-20 1989-06-20 量子干渉トランジスタの製造方法 Pending JPH0322569A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6833161B2 (en) * 2002-02-26 2004-12-21 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode
US7732325B2 (en) 2002-01-26 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers
US7781326B2 (en) 2001-02-02 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US10280509B2 (en) 2001-07-16 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques

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