JPH03278473A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH03278473A
JPH03278473A JP2250679A JP25067990A JPH03278473A JP H03278473 A JPH03278473 A JP H03278473A JP 2250679 A JP2250679 A JP 2250679A JP 25067990 A JP25067990 A JP 25067990A JP H03278473 A JPH03278473 A JP H03278473A
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semiconductor layer
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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】 ［概要コ 半導体装置に係り、特にヘテロ接合を有する半導体装置
に間し、 共鳴トンネル効果素子に利用して顕著な共鳴トンネル効
果を奏することができるような構造を有する半導体装置
を提供することを目的とし、伝導帯下端エネルギーの異
なる第１及び第２の半導体層がヘテロ接合され、伝導帯
下端エネルギーの高い前記第１の半導体層にドナー不純
物がドーピングされた半導体装置において、前記第１の
半導体層の前記ヘテロ接合界面側に凹領域又は凸領域を
設け、前記ヘテロ接合界面近傍の前記第２の半導体層に
蓄積される電子に対するポテンシャルの井戸又は障壁を
形成しているように構成する。
［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置に係り、特にヘテロ接合を有する半
導体装置に関する。
近年、結晶成長技術の進歩に伴い、良質な半導体ヘテロ
接合か得られるようになってきた。このなめ、ヘテロ接
合界面における急峻性や平坦度は単原子層程度まで達成
することができる。そしてＩ−Ｖ族生導体の単一ヘテロ
接合を用いたＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）等
が実現している。
また、今後の新しい方向としては、ヘテロ界面に垂直な
方向のキャリアの輸送を利用したＨＥＴ（ホットエレク
トロントランジスタ）やＲＨＥＴ（共鳴トンネリングホ
ットエレクトロントランジスタ）等のデバイスの開発か
進められている。更に、他のカテゴリーのデバイスとし
て、１００Ａオーダーという極めて細いチャネルの中の
キャリア輸送における量子力学的効果を利用したデバイ
スがある。そしてこれらのデバイスの目的は、量子効果
を利用した新機能や高速動作を実現することである。
［従来の技術］ 従来の共鳴トンネル効果を利用する基本素子として、共
鳴トンネルダイオードを第１２図を用いて説明する。
第２０図は従来の共鳴トンネルダイオードの断面概略図
及びそのポテンシャル分布を示す図、第２１図はそのＩ
−Ｖ特性を示すグラフである。
例えばＧａＡｓＪ’１ｌＯＯ上に、ＭＢＥ　（分子線エ
ピタキシ）を用いて、ＡＪＧａＡｓ薄膜層１０２、Ｇａ
Ａｓ薄ＷＡＮ１１０４　、ＡＪ　ＧａＡ　ｓ薄膜層１０
６及びＧａＡｓ層１０８が順に積層され、それぞれヘテ
ロ接合を形成している。また、ＧａＡｓ層１００．１０
８上にはそれぞれ電極１１０．１１２が接続され、これ
らの電極１１０．１１２間には、所定のバイアスが印加
され、また電流計Ａが直列に接続されている。
ＡｊＧａＡｓ薄膜層１０２．１０６の伝導帯下端エネル
ギーは、ＧａＡｓ層１００．１０８及びＧａＡｓ薄膜層
１０４の伝導帯下端エネルギーより高いなめ、伝導電子
に対しては、第２０図に示されるように、ＡＪＧａＡｓ
薄膜層１０２．１０６がポテンシャル障壁を形成する。
いまＡｊＧａＡｓ薄膜層１０２．１０６及びＧａＡｓ薄
膜層１０４が十分に薄い場合、ＡｊＧａＡｓ薄膜層１０
２．１０６によるポテンシャル障壁はトンネル障壁とな
り、これらのトンネル障壁に挟まれたＧａＡｓ薄膜層１
０４は量子井戸を形成する。
この量子井戸内においては、特定の電子のエネルギー（
波長）で多重反射されることによる干渉効果が顕著にな
り、トンネル障壁の透過確率が大きくなって、いわゆる
共鳴トンネル効果が発生する。
この共鳴トンネル効果による共鳴トンネルダイオードの
Ｉ−Ｖ特性をグラフに示すと、第２１図のようになり、
ＮＤＲ（微分負性抵抗；　ＮｅｇａｔｉｖｅＤｉｆｆｅ
ｒｅｎｔｉａｌ　Ｒｅ５ｉｓｔａｎｃｅ）が現れる。こ
のＮＤＲは、サブミリ波の検出（Ｔ、Ｃ，Ｌ、Ｇ、５ｏ
ｌｌｎｅｒ、ｅｔ　ａ、：＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ
ｔ、、４３　ｆ１９８３）　５８８）やトランジスタ（
Ｎ、Ｙｏｋｏｙａｎａ、ｅｔ　ａｌ、：Ｊｐｎ、Ｊ、Ａ
ｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、２４（１９８５）　１８５３　）
等に応用された。これらのデバイスへの応用という面に
おいては、第２１図中の線Ａの傾きに示される微分負性
抵抗の絶対値が小さいこと或いはまたと−ク／バレー比
が大きいことが望ましい。
また、ペテロ接合を有する半導体装置において、Ｅｓａ
ｋｔらによる半導体超格子の作成以来、電子のある一方
向の運動の制限によるミニバンドの形成が様々に応用さ
れてきた。そして超薄膜の積層構造の１次元超格子にと
どまらず、電子の残りの自由度をも制限する量子細線Ｓ
造の２次元超格子や更には３次元超格子を、例えばＦＥ
Ｔ　（電界効果トランジスタ）のチャネルやレーザの活
性層に用いたデバイスの開発も注目されている。
更にまた、量子力学的効果を利用したデバイスとして、
アハロノフーボーム効果（Ａｈａｒｏｎｏｖ−Ｂａｈ１
効果；以下、ＡＢ効果と略す）デバイスが提案されてい
る。ＡＢ効果とは、量子力学的な電子の位相が電磁ポテ
ンシャルによって影響を受ける効果である。
例えば、両端にリードをもつ導体のリングを設け、リー
ドの両端にそれぞれソース及びドレインを設けているＡ
Ｂ効果デバイスにおいて、ソースを出た電子波はリング
の入り口で２分され、それぞれ２つのパスを通って再び
リングの出口で合流してトレインに向かう。このとき、
リングの２つのパスを通る電子波の位相差は、リング内
部を貫く磁束に依存し、又はリングの一方のパスに加え
られるスカラーポテンシャルによって変化する。
このため、これらのリンク内部の磁束又はリングの一方
のパスのスカラーポテンシャルを調整する制御手段を設
けることにより、リングの２つのパスを通り抜けた異な
る位相差を有する電子波の干渉効果を利用して、ソース
、ドレイン間のコンダクタンスを制御することができる
。
従って、ＡＢ効果デバイスは、スイッチング素子や増幅
素子として利用することができ、しかも従来のトランジ
スタと比較すると、原理的にその制御に極めて僅かな入
力信号の変化しか必要としないため、非常に高い動作速
度が期待される。このため、超高速集積回路への応用も
有望視されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来の共鳴トンネル効果を利用する素子は
、例えばＧａＡｓ層１００上にＡｊＧａＡｓ薄膜層１０
２、ＧａＡｓ薄膜層１０４及びＡＪＧａＡｓ薄膜層１０
６か積層されているため、ＡＪＧａＡｓ薄膜層１０２．
１０６が２次元のポテンシャル障壁を形成しており、従
って伝導電子の運動は３次元的である。しかし伝導電子
の運動量成分のうち、トンネル確率に関係するのは、ポ
テンシャル障壁に垂直なＸ方向の運動量成分だけである
。
即ち、第２２図に示すように、ポテンシャル障壁の両側
にＥ−ｅ■のエネルギー差を設けた場合、伝導電子のフ
ェルミ準位をμとすると、絶対零度でトンネルが可能な
伝導電子の波数にの最大値ｋＭＡＸ及び最小値につ、Ｎ
は、エネルギーの保存則とパウリ原理により、それぞれ ｋｇｘｘ　＝　［２ｍμ／６’　　ｌ　”’に＋ｍ＋　
　＝　　［２ｍ　　（μｍｅＶ）　　／ｈ　　２　コ　
１／２となる。従って、特定のＸ方向の波数をもつ伝導
電子のうちトンネル電流に寄与する部分は、波数空間に
おいて、第２３図（ａ）、（ｂ）に示される３　（ｋｘ
　）に限定される。従って、ポテンシャル障壁を通るト
ンネル電流Ｊは、絶対零度において、 Ｊ”ｆ　ｄｋｘ　　・２ｅ　ＨＶｘ　　（ｋｘ　　）Ｓ
　　（ｋｘ　）−［Ｓ、／４π２　］［ｋｘでのトンネ
ル確率］ の積分をｋｘ−０からｋｘ＝ｋｍＡｘ！で行なうことに
より求めることができる。ここでＶｘ　（ｋｘ）は、波
数ｋｘをもつ伝導電子の群速度、Ｓはバリアの面積であ
る。このとき、Ｓ　（ｋｘ　）を掛けて積分するために
平均化の効果が働き、譬えトンネル確率がある特定のに
、のときに鋭いピークを有していても、Ｊ−Ｖ特性にお
ける微分負性特性は鈍ってしよう。
こうして共鳴トンネル効果を利用する素子においても、
その共鳴トンネル効果が薄れてしまい、顕著な負性抵抗
特性等を得ることができないという問題があった。
また、電子のある一方向のみならず、他の方向の運動を
も制限する２次元超格子や３次元超格子を用いることに
より、電子のバンド構造を人工的に変調し、既存の半導
体では得られない動作性能を持つデバイスは未だ実現さ
れておらず、従ってその実現は今後の大きな課題であっ
た。
更にまた、ＡＢ効果デバイスにおいて、量子力学的な干
渉効果を発揮させるためには、極めて細いパスを形成し
て電子の運動を１次元的に制限する必要がある。しかし
、従来のメサエッチングによる方法ではパスの線幅を制
御することが置敷であり、従って実用的なＡＢ効果デバ
イスは未だ実現されておらず、今後の大きな課題であっ
た。
そこで本発明は、共鳴トンネル効果素子に利用して顕著
な共鳴トンネル効果を奏することができ、また２次元超
格子や３次元超格子を実現して大幅な性能向上を図るこ
とができ、更にＡＢ効果デバイスを実現することができ
るような構造を有する半導体装置を提供することを目的
とする。
［課題を解決するための手段］ 上記課題は、伝導帯下端エネルぎ−の異なる第１及び第
２の半導体層がヘテロ接合され、伝導帯下端エネルギー
の高い前記第１の半導体層にドナー不純物がドーピング
された半導体装置において、前記第１の半導体層の前記
ヘテロ接合界面側に凹領域又は凸領域を設け、前記ヘテ
ロ接合界面近傍の前記第２の半導体層に蓄積される電子
に対するポテンシャルの井戸又は障壁を形成しているこ
とを特徴とする半導体装置によって達成される。
また、上記装置において、前記第１の半導体層の前記ヘ
テロ接合界面側に２つの凸領域を設けて２つのトンネル
障壁を形成し、前記２つの凸領域に挟まれた前記第２の
半導体層に量子井戸を形成し、前記第２の半導体層の両
端に第１及び第２の電極を形成していることを特徴とす
る半導体装置によって達成される。
また、上記装置において、前記ヘテロ接合界面に形成さ
れた前記２つのトンネル障壁及び前記２つのトンネル障
壁に挟まれた前記量子井戸上方の前記第１の半導体層上
に、ゲート電極を設けていることを特徴とする半導体装
置によって達成される。
更に、上記装置において、前記凹領域又は凸領域を細線
状に形成し、前記細線状の凹領域又は凸領域を前記ヘテ
ロ接合界面の１方向に複数列、周期的に配列し、前記第
２の半導体層に蓄積される電子の前記ヘテロ接合界面に
平行な方向のエネルギーにミニバンドを形成しているこ
とを特徴とする半導体装置によって達成される。
また、上記装置において、前記凹領域又は凸領域をドツ
ト状に形成し、前記ドツト状の凹領域又は凸領域を前記
ヘテロ接合界面の２方向に複数個、周期的に配置し、前
記第２の半導体層に蓄積される電子の前記ヘテロ接合界
面に平行な方向のエネルギーにミニバンドを形成してい
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、上記装置において、電子のエネルギーにミニバン
ドが形成されている前記第２の半導体層をチャネル領域
として、前記チャネル領域の両端にソース電極及びトレ
イン電極を形成し、前記チャネル領域上方の前記第１の
半導体層上にゲート電極を形成していることを特徴とす
る半導体装置によって達成される。
また、上記装置において、電子のエネルギーにミニバン
ドが形成されている前記第２の半導体層を活性領域とし
て、前記活性領域上方の前記第１の半導体層上にｎｒｍ
電極を形成し、前記活性領域下に、アクセプタ不純物が
ドーピングされた第３の半導体層を介してＰ＠電極を形
成していることを特徴とする半導体装置によって達成さ
れる。
更に、伝導帯下端エネルギーの異なる第１及び第２の半
導体層がヘテロ接合され、伝導帯下端エネルギーの高い
前記第１の半導体層にドナー不純物がドーピングされた
半導体装置において、前記第１の半導体層の前記ヘテロ
接合界面側に凹領域を両端にリードをもつリングの形状
に設け、前記凹領域のリードの両端にソース電極及びド
レインＩＫ極を形成し、前記凹領域のリングによって２
分される電子波の位相を制御する制御手段を形成してい
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、上記装置において、前記制御手段が、前記凹領域
のリングの一方のパス上に設けられたゲート電極である
ことを特徴とする半導体装置によって達成される。
［作　用コ すなわち本発明は、第１の半導体層のヘテロ接合界面に
凹領域又は凸領域を設け、このヘテロ接合界面近傍の第
２の半導体層に蓄積される電子に対するポテンシャルの
井戸又は障壁を形成しているため、このポテンシャル障
壁を共鳴トンネル効果素子に用いた場合、２次元電子に
よる共鳴トンネルを可能とすることができる。
また、第１の半導体層のヘテロ接合界面側に凹領域又は
凸領域を細線状又はドツト状に形成し、細線状又はドツ
ト状の凹領域又は凸領域をヘテロ接合界面の１方向スは
２方向に複数、周期的に設けることにより、第２の半導
体層に蓄積される電子のヘテロ接合界面に平行な方向の
エネルギーにミニバンドが形成されるため、この第２の
半導体層をＦ　Ｅ　Ｔのチャネル領域として用いた場合
、チャネルに形成された２次元超格子又は３次元超格子
によってミニバンドのギヤングが大きくなり、従ってフ
ェルミエネルギーがミニバンドをよぎるときのコンタク
タンスの変化を多くすることかできる。
また、同様にして、ミニバンドが形成されている第２の
半導体層を半導体レーザの活性領域として用いた場合、
活性領域の２次元超格子又は３次元超格子によって状態
密度をより密集させることができる。
更にまた、第１の半導体層の前記ヘテロ接合界面側に凹
領域を両端にリードをもつリングの形状に設け、この凹
領域をＡＢ効果デバイスの電子が通るパスとして用いた
場合、電子の運動を１次元的に制限して波動関数の閉じ
込めが十分になされるなめ、電子波の横モードをより単
一的にすることができ、従ってコンダクタンスの変化を
大きくすることができる。
［実施例］ 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。
第１図は本発明の第１の実施例による半導体装置の断面
図、第２図は第１図の半導体装置のエネルギーバンドの
模式図、第３図乃至第５図はそれぞれ第１図の半導体装
置のエネルギーバンド図である。
第１図において、例えばドナー不純物をドーピングした
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２が、このｎ型ＡｌＧａＡｓ層２よ
りもナローギャップで伝導帯下端エネルギーＥｅの低い
アンドープＧ　ａ　Ａ　ｓ層４上のＺ方向に積層され、
ヘテロ接合を形成している。
そしてそのヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＩＧａＡ、ｓ層２
に、Ｙ方向に走る幅Ｗ１、深さＤｌの凹領域６が設けら
れている。
このヘテロ接合界面においては、第２図のエネルギーバ
ンドの模式図に示されるように、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２
とアンドープＧａＡｓ層４とのヘテロ接合界面のポテン
シャルがこの凹領域６によって変化している。そして凹
領域６底を含むｎ型ＡｌＧａＡｓ層２とアンドープＧａ
ＡｓＭ］４とのＺ方向のヘテロ接合界面のみならず、凹
領域６ｐ１面のＸ方向のヘテロ接合界面にも、伝導帯下
端エネルギーＥＣの不連続ギャップ△Ｅｃか生じている
。
また、第３図に示されるように、ヘテロ接合界面の凹領
域６のＺ方向において、凹領域６底のポテンシャルが凹
領域６以外のヘテロ接合界面のポテンシャルより低くな
っている。このポテンシャルの差■は、この界面の電界
強度をＥとすると、Ｖ＝Ｅ　　−Ｄ　　１ となる６ また、凹領域６ｆＩ！１面のＸ方向のヘテロ接合界面に
も伝導帯下端エネルギーＥＣの不連続ギヤ・ンプ△Ｅｃ
が生じているなめ、凹領域６のＸ方向においてもポテン
シャル井戸が形成される。いま、ヘテロ接合界面がらア
ンドープＧ　ａ　Ａ　ｓ層４に向かう電界の強さをεと
する。凹領域６の幅ｗ１がｗｉ＜△Ｅ　ｃ　／　（ｅ・
ε） のときは、第４図（ａ＞に示されるように、凹領域６に
よるポテンシャル井戸の形状は、はぼ方形となる。ここ
でｅは電気素量である。また、ｗｌ＞△Ｅ　ｃ　、／　
（、ｅ・ε） のときは、第４図（ｂ）に示されるように、ポテンシャ
ル井戸の中央部におけるポテンシャルは凹領域６以外の
ヘテロ接合界面のポテンシャルに近い値になる。
このように第１の実施例によれば、ｎ型ＡＪＩＧａＡｓ
層２とアンドープＧａＡｓ層４とのヘテロ接合界面に凹
領域６を形成することにより、ヘテロ接合界面に生じる
２次元電子ガスに対する変調ポテンシャルを生じさせる
ことができる。
即ち、もし凹領域６がなく、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２とア
ンドープＧａＡｓ層４とのヘテロ接合界面が完全に平坦
であれば、この界面に生じる２次元電子ガスはその界面
に平行方向にブロッホ電子の運動を行なう、しかし、凹
領域６が存在するためにポテンシャル井戸が形成され、
電子に対するポテンシャルの変調を生じることができ、
そのポテンシャル井戸に電子を閉じ込めることかできる
。
従って、凹領域６のＩｍＷｌ及び深さＤＩを適切に＃Ｊ
ａｌすることにより、第５図に示されるように、Ｙ方向
に走る１本の細いポテンシャル井戸に擬１次元電子ガス
を形成することができる。
次に、本発明の第２の実施例による半導体装置について
述べる。
第６図は本発明の第２の実施例による半導体装置の断面
図、第７図及び第８図はそれぞれ第６図の半導体装置の
エネルギーバンド図である。
第２の実施例も、上記第１の実施例と同様に、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ層２かアンドープＧａＡｓ層４上のＺ方向に積
層され、ヘテロ接合を形成している。但し、上記第１の
実施例がヘテロ接合界面のｎ型ＡＪ　ＧａＡｓ層２に凹
領域６が設けられていなのに対して、第２の実施例は、
Ｙ方向に走る幅Ｗ２、高さＤ２の凸領域８が設けられて
いる。
そしてこのヘテロ接合界面においては、この凸領域８に
よってポテンシャルが変化している。そして凸領域８頂
上を含むｎ型ＡｊＧａＡｓ層２とアンドープＧａＡｓ層
４とのＺ方向のヘテロ接合界面のみならず、凸領域８ｆ
Ｆ１面のＸ方向のヘテロ接合界面にも、伝導帯下端エネ
ルギーＥｃの不連続ギャップが生じている。
また、第７図に示されるように、ヘテロ接合界面の凸領
域８のＺ方向のエネルギーバンドにおいて、凸領域８頂
上のポテンシャルが凸領域８以外のヘテロ接合界面のポ
テンシャルより高くなっている。このポテンシャル障壁
の差Ｖは、この界面の電界強度をＥとすると、 Ｖ＝Ｅ　−Ｄ　２ となる。
また、凸領域８＠面のヘテロ接合界面にも伝導帯下端エ
ネルギーＥＣの不連続ギャップが生じているため、凸領
域８のＸ方向においてもポテンシャル障壁が形成される
。いま、界面からアンドープＧａＡｓ層４に向かう電界
の強さをεとすると、凸領域８の幅Ｗ２が Ｗ２＜△Ｅｃ　／　（ｅ・ε） のとき、第８図（ａ＞に示されるように、凸領域８によ
るポテンシャル障壁の形状は、はぼ方形となる。また、 Ｗ２＞△Ｅ　ｃ　／　（ｅ・ε） のとき、第８図（ｂ）に示されるように、ポテンシャル
障壁の中央部におけるポテンシャルは、凸ｆＪ！ｊ！！
ｌｉ８以外のヘテロ接合界面のポテンシャルに近い値に
なる。
このように第２の実施例によれば、ｎ型ＡＪＧａ　Ａ　
ｓ層２とアンドーグＧａＡｓ層４とのヘテロ接合界面に
凸領域８を形成し、その凸領域８の幅Ｗ２及び高さＤ２
を適切に制御することにより、所望のポテンシャル障壁
が形成され、ヘテロ接合界面に生じる２次元電子カスに
対する変調ポテンシャルを生じることができる。
次に、本発明の第３の実施例による半導体装置について
述べる。
第９図は本発明の第３の実施例による半導体装置の断面
図、第１０図は第９図の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
第３の実施例は、上記第２の実施例において、ヘテロ接
合界面のｎ型ＡｊＧａＡｓ層に２本平行に設けられた凸
領域を利用した共鳴トンネルダイオードである。
例えば半絶縁性ＧａＡｓ基板１０上に、アンドープＧａ
Ａｓ層１２及びドナー不純物をドーピングしたｎ型ＡＪ
　ＧａＡｓ層１４が順に積層され、アンドープＧａＡｓ
層１２とｎ型ＡＪＧａＡｓ層１４とはヘテロ接合を形成
している。従って、このヘテロ接合界面近傍のアンドー
グＧａＡｓ層１２には、ｎ型Ａｊ　ＧａＡｓ層１４に添
加されたドナー不純物から電子が供給され、２次元電子
ガスを形成している。
また、そのヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層１４に
、Ｙ方向に走る幅Ｗ３、高さＤ３の２つの凸領域１６．
１８が間隔Ｌ３をおいて平行に設けられている。このと
き、上記第２の実施例と同様にして、ヘテロ接合界面に
形成された２つの凸領域１６．１８の幅Ｗ３及び高さＤ
３を適切に制御することにより、所望のポテンシャル障
壁を形成している。また、２つの凸領域１６．１８の間
隔Ｌ３を適切に制御することにより、この領域のアンド
ープＧａＡｓ層１２のポテンシャルが量子井戸となって
いる。従って、２つの凸領域１６．１８の間の量子井戸
においては、アンドープＧａＡｓ層１２のヘテロ接合界
面近傍の２次元電子ガスを擬１次元電子ガスとすること
ができる。言い換えれば、この量子井戸の中の擬１次元
共鳴単位が存在する。
こうしてヘテロ接合界面に形成された凸領域１６．１８
による２つのポテンシャル障壁及びこれらに挟まれた量
子井戸によって、２次元電子ガスに対する共鳴トンネル
構造が形成されている。
そしてアンドープＧａＡｓ層１２上には、２つの電極（
図示せず）がオーミックに形成され、凸領域１６．１８
を間に挟んでいる。
次いで、第１０図を用いて、製造方法を説明する。
半絶縁性ＧａＡｓ基板１ｏを用意する（第１０図＜ａ）
参照）、この半絶縁性ＧａＡｓ基板１゜上に、超高真空
チャンバ内においてＭＢＥ法を用い、アンドープＧ　ａ
　Ａ　ｓ層１２を成長する（第１０図（ｂ）参照）、続
いて、同一超高真空チャンバ内において、収束イオンビ
ームを用いたマスクレスエツチングを行ない、アンドー
グＧａＡｓ層１２表面に幅Ｗ３及び深さＤ３の２つの凹
部１６ａ、１８ａを間隔Ｌ３をおいて平行に形成する（
第１０図（ｃ）参照）。
更に、これら２つの凹部１６ａ、１８ａを有するアンド
ーグＧａＡｓ層１２表面のコンタミネーションを防止す
るためにクリーニングを施した後、アンドープＧａＡｓ
層１２上に、再びＭＢＥ法を用いて、ドナー不純物をド
ーピングしたｎ型ＡＪ！ＧａＡｓ層１４を成長させる（
第１０図（ｄ）参照）。
一つしてアンドープＧａＡｓ層１２とｎ型ＡＪＧ　ａ　
Ａ　ｓ層１４とをヘテロ接合すると共に、そのヘテロ接
合界面のｎ型ＡｊＧａＡｓ層１４に幅Ｗ３、高さＤ３の
２つの凸領域１６．１８を間隔Ｌ３をおいて平行に設け
る。
そして図示はしないが、これらの凸領域１６１８を間に
挟んで、アンドープＧａＡｓ層１２上に２つの電極をオ
ーミックに形成する。
このように第３の実施例によれば、ｎ型ＡＪＧａＡｓ層
１４とアンドープＧａＡｓ層１２とのヘテロ接合界面に
２つの凸領域１６．１８が所定の間隔Ｌ３をおいて設け
られていることにより、ヘテロ接合界面に形成される２
次元電子カスに対する共鳴トンネル動作を行なうことか
できる。上記第１５図に示されたように従来例の伝導電
子の運動が３次元的であり、そのためにＪ−Ｖ特性にお
ける微分負性特性は鈍って共鳴トンネル効果が薄れてし
まうのに対し、伝導電子の運動が２次元的になる分だけ
顕著な負性抵抗特性等を得ることができる。
次に、本発明の第４の実施例による半導体装置について
述べる。
第１１図は本発明の第４の実施例による半導体装置の断
面図である。
第４の実施例は、上記第３の実施例において、ヘテロ接
合界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層に凸領域を２本平行に設け
た共鳴トンネル構造をＨＥ　Ｍ　Ｔのチャネルに利用し
た素子である。
例えば半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板２ｏ上に、アンド−
１Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層２２及びｎ型ＡｊＧａＡｓ層２４が
積層されてヘテロ接合を形成している。また、そのヘテ
ロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層２４に、Ｙ方向に走る
幅Ｗ４、高さＤ４の２つの凸領域２６．２８が間隔Ｌ４
をおいて平行に設けられている。こうして上記第３の実
施例と同様にして、２つの所望のポテンシャル障壁及び
これらに挟まれた量子井戸が形成され、これによってア
ンドープＧａＡｓ層２２のヘテロ接合界面近傍の２次元
電子ガスに対する共鳴トンネル構造が形成されている。
また、ｎ型ＡＪＧａＡｓ層２４表面がらアンドープＧａ
Ａｓ層２２に達するようにオーミック領域３０．３２が
形成され、ｎ型ＡオＧ　ａ　Ａ　ｓ層２４の２つの凸領
域２６．２８を間に挟んでいる。
そしてこれらのオーミック領域３ｏ、３２上には、例え
ばＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ａ　ｕからなるソース電極３４
及びドレイン電極３６がそれぞれオーミックに形成され
ている。更に、共鳴トンネル構造を形成している２つの
凸領域２６．２８上方のｎ型ＡｊＧａＡｓ層２４上には
、例えばＡｆＪからなるゲー１”Ｃ極３８が設けられ、
ショットキー接合を形成している。
いま、ゲート電極３８に印加する電圧を制御することに
より、間隔Ｌ４をおいて平行に設けられている２つの凸
領域２６．２８によって形成される共鳴トンネル補遺を
通る電子の透過率を制御することができる。
このように第４の実施例によれば、ＨＥＭＴのｎ型ＡＪ
　ＧａＡｓ層２４とアンドープＧａＡｓ層２２とのヘテ
ロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層２４に、２つの凸領域
２６．２８か所定の間隔Ｌ４をおいて設けられることに
より、２次元電子ガスに対する共鳴トンネルＩｌ遣を形
成することができる。こうして、ゲート電極３２の印加
電圧を制御することにより、２次元電子チャネルにおけ
る共鳴トンネル動作を制御することができる。
次に、本発明の第５の実施例による半導体装置について
述べる。
第１２図は本発明の第５の実施例による２次元超格子を
有する半導体装置の斜視図、第１３図は第１２図の２次
元超格子によって作られたミニプリルアンゾーンを示す
図である。
第５の実施例は、上記第１の実施例と同様に、ｎ型ＡＪ
ＧａＡｓ層４２が、アンドープＧａＡｓ層４４上の２方
向に積層され、ヘテロ接合を形成している。但し、上記
第１の実施例がヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層に
Ｙ方向に走る凹領域が１個だけ設けられていたのに対し
て、この第５の実施例は、第１２図に示されるように、
Ｙ方向に走る複数個の凹領域４６が周期的に設けられて
いる。従って、この凹領域４６の幅Ｗ５及び深さＤ５並
びに凹領域４６間の間隔Ｌ５を適切に制御することによ
り、ヘテロ接合界面のｎ型ＡｊＧａＡｓ層４２に周期的
な細線状の凹領域４６が配列され、２次元超格子が形成
される。
この細線状の２次元超格子によって、ぺテロ接合界面に
生じる２次元電子ガスに対するＸ方向の運動に変調を与
え、ポテンシャルの周期的変調を与えることができる。
即ち、第１３図に示されるようなプリルアンゾーンが形
成され、このに空間において電子は図中の破線上でブラ
ッグ反射条件を満たし、ミニ禁制帯を生じる。
そしてこのミニ禁制帯か生じたミニバンドの状態は変調
ポテンシャルによって決まるが、細線状の２次元超格子
が形成された第５の実施例の場合、Ｘ方向の運動が制限
された２次元電子がＸ方向にも変調ポテンシャルを生じ
ることにより、変調ポテンシャルが十分大きくなり、そ
の結果、Ｘ方向の運動に対するミニバンドのミニ禁制帯
が大きくなる。
このように第５の実施例によれは、ｎ型ＡｊＧａＡｓ層
４２とアンドープＧａＡｓ層４４とのヘテロ接合界面の
ｎ型ＡＪＧａＡｓ層４２に周期的な細線状の凹領域４６
を配列し、凹領域４６の幅Ｗ５及び深さＤ５並びに凹領
域４６間の間隔Ｌ５を適切に制御することにより、細線
状の２次元超格子が形成され、ヘテロ接合界面に生じる
２次元電子に対してヘテロ接合界面に平行なＸ方向にミ
ニバンドを形成し、そのミニバンドのミニ禁制帯を大き
なものにすることができる。
なお、ｎ型Ａ　Ｊ”’Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層４２とアンドー
プＧａＡｓ層４４とのヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡ
ｓ層４２に、第２の実施例で述べたような凸領域を複数
個、周期的に配列しても、その凸領域の幅Ｗ及び高さＤ
並ひに凸領域間の間隔りを適切に制御することにより、
上記第５の実施例と同等な細線状の２次元超格子を有す
る半導体装置を形成することかできる。
次に、本発明の第６の実施例による半導体装置について
述べる。
第１４図は本発明の第６の実施例による３次元超格子を
有する半導体装置の斜視図、第１５図は第１４図の３次
元超格子によって作られたミニプリルアンゾーンを示す
図である。
第６の実施例は、上記第５の実施例と同様に、ｎ型ＡＪ
　ＧａＡｓ層４２が、アンドープＧａＡｓ層４４上のＸ
方向に積層され、ヘテロ接合を形成している。但し、上
記第５の実施例がヘテロ接合界面のｎ型ＡｊＧａＡｓ層
４２にＹ方向に走る複数個の回顧ｊｌ！！ｉ４６か周期
的に配列されて細線状の２次元超格子を形成しているに
対して、この第６の実施例は、第１４図に示されるよう
に、複数個のドツト状の凹領域４８がＸ方向及びＹ方向
にそれぞれ周期的に設けられている。従って、その凹領
域４８の幅Ｗ６及び深さＤ６並びに凹領域４８間の間隔
Ｌ６を適切に制御することにより、ヘテロ接合界面のｎ
型ＡｊＧａＡｓ層４２に周期的なドツト状の凹領域４８
が２次元的に配置され、３次元超格子が形成される。
このドツト状の３次元超格子によって、ヘテロ接合界面
に生じる２次元電子カスに対するＸ方向及びＹ方向の運
動に変調を与え、ポテンシャルの周期的変調を与えるこ
とができる。即ち、第１５図に示されるようなプリルア
ンゾーンが形成され、このに空間において電子は図中の
破線上でブラッグ反射条件を満たし、ミニ禁制帯を生じ
る。なお、第１５図においては、それぞれ４分の１の領
域のみを示し、第１象限のみ第４プリルアンゾーンまで
示している。
そしてこのドツト状の３次元超格子が形成された第６の
実施例の場合、Ｚ方向の運動が制限された２次元電子が
Ｘ方向及びＹ方向にも変調ポテンシャルを生じることに
より、変調ポテンシャルが十分大きくなり、その結果、
Ｘ方向及びＹ方向の運動に対するミニバンドのミニ禁制
帯が大きくなる。
このように第６の実施例によれば、ｎ型ＡＪＧａＡｓ層
４２とアンドープＧａＡｓ層４４とのヘテロ接合界面の
ｎ型ＡｊＧａＡｓ層４２に周期的なドツト状の凹領域４
８を２次元的に配置し、凹領域４８の幅Ｗ６及び深さＤ
６並びに凹領域４８間の間隔Ｌ６を適切に制御すること
により、ドツト状の３次元超格子が形成され、ヘテロ接
合界面に生じる２次元電子に対してヘテロ接合界面に平
行なＸ方向及びＹ方向ににミニバンドを形成し、そのミ
ニバンドのミニ禁制帯を更にいっそう大きなものにする
ことができる。
なお、ｎ型ＡＪＧａＡｓ層４２とアンドープＧａ　Ａ　
ｓ層４４とのヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層４２
に、複数個のドツト状の凸領域をＸ方向及びＹ方向に２
次元的に配置し、その凸領域の幅Ｗ及び高さＤ並びに凸
領域間の間隔りを適切に制御した場合、上記第６の実施
例とは異なるバンドｍ造が形成されるが、ぺテロ接合界
面に生じる２次元電子ガスに対するＸ方向及びＹ方向の
運動に変調を与え、従ってＸ方向及びＹ方向にも変調ポ
テンシャルを生じることができる点においては共通する
。
次に、本発明の第７の実施例による半導体装置について
述べる。
第１６図は本発明の第７の実施例による半導体装置の断
面図である。
第７の実施例は、上記第５の実施例においてヘテロ接合
界面のｎ型ＡｊＧａＡｓ層に周期的な細線状の凹領域を
配列して形成した２次元超格子をＦＥＴのチャネルに利
用した素子である。
例えば半絶縁性ＧａＡｓ基板５０上に、アンドープＧ　
ａ　Ａ　ｓ層５２及びｎ型ＡｊＧａＡｓ層５４が積層さ
れてヘテロ接合を形成している。また、そのヘテロ接合
界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層５４に、ヘテロ接合界面に平
行な１方向に走る幅Ｗ７、高さＤ７の複数個の凹領域５
６が間隔Ｌ７をおいて周期的に設けられ、チャネル領域
５８を形成している。
従って、上記第５の実施例と同様にして、チャネル領域
５８に細線状の２次元超格子が形成され、十分に大きな
変調ポテンシャルを形成することができる。これにより
、アンドープＧ　ａ　Ａ　ｓ層５２のヘテロ接合界面近
傍に生じた２次元電子ガスのヘテロ接合界面に平行なチ
ャネル方向の運動に対するミニ禁制帯の大きなミニバン
ドが形成されている。
また、ｎ型ＡＪＧａＡｓ層５４表面からアンドープＧａ
Ａｓ層５２に達するようにオーミック領域６０．６２が
形成され、細線状の２次元超格子が形成されたチャネル
領域５８を間に挟んでいる。
そしてこれらのオーミック領域６０．６２上には、例え
ばＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ａ　ｕからなるソース電極６４
及びドレイン電極６６かそれぞれオーミックに形成され
ている。更に、チャネル領域５８上方のｎ型ＡＪ）Ｇａ
Ａｓ層５４上には、例えばＡ１からなるゲート電極６８
が設けられ、ショットキー接合を形成している。
いま、ゲート電極６８に印加する電圧を制御すると、２
次元超格子からなるチャネル領域５８におけるミニバン
ドのミニ禁制帯が十分に大きく、電子の状態密度が密集
しているため、フェルミエネルギーがミニバンドをよぎ
るときの伝導コンダクタンスｇ　の変化が大きくなる。
従って、ＦＥＴとしてのゲインや動作速度等の性能指数
が大幅に改善される。
このように第７の実施例によれば、ＦＥＴのｎ型ＡｊＧ
ａＡｓ層５４とアンド−１ＧａＡｓ層５２とのヘテロ接
合界面のｎ型ＡｊＧａＡｓ層５４に、複数の凹領域５６
が周期的に設けられ、２次元超格子からなるチャネル領
域５８を形成することにより、２次元電子ガスに対する
ミニバンドを形成することができる。従って、ゲート電
極６２の印加電圧を制御することにより、ソース電極６
４とドレイン電極６６との間のコンダクタンスを制御す
ることができる。
次に、本発明の第８の実施例による半導体装置について
述べる。
第１７図は本発明の第８の実施例による半導体装置の断
面図である。
第８の実施例は、上記第５の実施例においてヘテロ接合
界面のｎ型ＡＪＧａＡｓ層に周期的な細線状の凹領域を
配列して形成した２次元超格子を半導体レーザの活性層
に利用した素子である。
例えばクラッド層としてのＰ型ＡｊＧａＡｓ層７０上に
、活性層としてのアンドーグＧａＡｓ層７２及びクラッ
ド層としてのｎ型ＡＪＧａＡｓ層７４が順に積層されて
ヘテロ接合を形成している。
そしてアンドープＧａＡｓ層７２とｎ型ＡＪＧａＡｓ層
７４とのヘテロ接合界面のｎ型Ａｊ　ＧａＡＳ層７４に
、ヘテロ接合界面に平行な１方向に走る幅Ｗ８、高さＤ
８の複数個の凹領域７６が間隔Ｌ８をおいて周期的に設
けられている。
また、ｎ型ＡＪＧａＡｓ層７４上及びＰ型ＡＪＧａＡｓ
層７０裏面上には、電流注入用として例えばＡ　ｕ　Ｇ
　ｅ　／　Ａ　ｕからなるｎ１ｐｌ電［！７８及びｐ側
電極８０がそれぞれオーミックに形成されている。
こうして上記第５の実施例と同様にして、ヘテロ接合界
面における細線状の２次元超格子が形成され、十分に大
きな変調ポテンシャルを形成することができる。これに
より、活性層としてのアンドーグＧ　ａ　Ａ　ｓ層７２
に注入され、閉じ込められた電子のエネルギーに対する
ミニ禁制帯の大きなミニバンドが形成されている。
いま、ｎ側電極７８及びｐ側電極８０から活性層として
のアンドーグＧ　ａ　Ａ　ｓ層７２に電流を注入すると
、２次元超格子を有する活性層におけるミニバンドのミ
ニ禁制帯が十分に大きく、電子の状態密度が密集してい
るなめ、半導体レーザとしてのゲインの増大、閾値電流
密度の低減等の性能指数が大幅に改善される。
このように第８の実施例によれば、半導体レーザのクラ
ッド層としてのｎ型ＡＪＧａＡｓ層７４と活性層として
のアンドープＧａＡｓ層７２とのヘテロ接合界面のｎ型
ＡｊＧａＡｓ層７４に、複数の凹領域７６が周期的に設
けられ、２次元超格子からなる活性層を形成することに
より、注入された電子に対するミニ禁制帯が十分に大き
いミニバンドを形成することができる。従って、電子の
状Ｓ密度が密集し、半導体レーザとしてのゲインや閾値
電流等の性能指数を大幅に改善することができる。
なお、上記第７又は第８の実施例においては、それぞれ
上記第５の実施例においてヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧ
ａＡｓ層に周期的なｍｓ状の凹領域を配列して形成した
２次元超格子をＦＥＴのチャネル又は半導体レーザの活
性層に利用しているが、この２次元超格子の代わりに、
上記第６の実施例においてヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧ
ａＡｓ層に周期的なドツト状の凹領域を２次元的に配置
して形成した３次元超格子を利用してもよい。
この場合、電子の自由度を制限する超格子の次元の増大
による変調ポテンシャルの増大がミニバンドのミニ禁制
帯の幅を更に大きくし、状態密度の密集を更に高めるた
めに、更にいっそうの性能指数の改善を実現することか
できる。
次に、本発明の第９の実施例による半導体装置について
述べる・ 第１８図は本発明の第９の実施例による半導体装置の斜
視図、第１９図（ａ）、（ｂ）は凹領域のリードに沿っ
た断面及びこの断面と凹領域のリングにおいて直交する
断面をそれぞれ示す断面図である。
第９の実施例は、上記第１の実施例と同様に、ｎ型Ａ、
ＱＧａＡｓ層８４が、アンドープＧａＡｓ層８２上に積
層され、ヘテロ接合を形成している。
但し、上記第１の実施例がヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧ
ａＡｓ層に、ヘテロ接合界面に平行な１方向に走る凹領
域が設けられていたのに対して、この第９の実施例は、
両端にリードをもつリングの形状の凹領域８６が設けら
れている。そして凹領域８６のリードの両端には、ｎ型
ＡＪ　ＧａＡｓ層８４表面からアンドープＧａＡｓ層８
２に達するようにオーミック領域８８．９０か形成され
、またこれらのオーミック領域８８．９０上には、ソー
ス電極９２及びドレイン電極９４がそれぞれオーミック
に形成されている。更に、凹領域のリングの一方のパス
上方のｎ型ＡｊＧａＡｓ層８４上には、ゲート電極９６
が設けられている。
即ち第９の実施例は、ヘテロ接合界面のｎ型ＡＪＧａＡ
ｓ層８４に形成した凹領域８６を両端にリードをもつリ
ングの形状に形成して、ＡＢ効果デバイスにおける電子
波の通るパスとして利用したものである。
いま、ソース電極８８とドレイン電極９０との間に所定
のバイアスを印加すると、ソース電極８８を出て凹領域
８６のリードを通った電子波は、凹領域８６のリングの
入り口で２分され、それぞれ２つのパスを通過する。そ
して凹領域８６のリングの一方のパス上方に設けられた
ゲート電極９６により、その一方のパスにスカラーポテ
ンシャルが加えられると、そのパスを通る電子波−の位
相が変化して２つのパスを通過した電子波間に位相差が
生じる。このため、リングの２つのパスを通り抜けて再
びリングの出口で合流する電子波に干渉効果が起こる。
そしてリード及びリングのパスを形成する凹領域８６の
幅Ｗ９及び深さＤ９を適切に制御することにより、この
細線状の凹領域８６に擬１次元電子カスが形成され、こ
こを通る電子の運動を１次元的に制限して、界面に平行
な方向にも十分な波動関数の閉じ込めがなされる。この
ため、電子のエネルギー単位間の間隔が大きくなり、そ
の結果、単位に対応する電子波の横モードをより単一的
にすることができる。従って、十分に大きな干渉効果を
利用することができ、コンダクタンスの変化を大きくす
ることができる。
このように第９の実施例によれば、ＡＢ効果デバイスに
おける電子波の通るパスとして、ｎ型ＡＪＧａＡｓＭＩ
８４とアンド−１ＧａＡｓ層８２とのヘテロ接合界面の
ｎ型ＡｊＧａＡｓ層８４に、両端にリードをもつリング
の形状に凹領域８６を形成することにより、このパスを
通る電子の波動関数の閉じ込めを行なって電子波の横モ
ードをより単一的にすることができる。従って、ゲート
電極９６のスカラーポテンシャルの制御によるコンタク
タンスの変化を大きくすることができ、実効的なＡＢ効
果を奏するデバイスを実現することができる。
なお、上記第９の実施例においては、凹領域８６のリン
グの２つのパスを通る電子波の位相を制御する手段とし
て、凹領域８６のリングの一方のパス上方に設けられた
ゲート電［！９６を用い、その一方のパスにスカラーポ
テンシャルを加える方法をとったが、リングの上方及び
下方にマグネットを設け、その磁束によってをリング内
部を貫くことにより、リングの２つのパスを通る電子波
の位相を制御する方法をとってもよい。
また、上記第１乃至第９の実施例においては、ヘテロ接
合する半導体としてｎ型ＡＪＧａＡ、ｓ−アンドープＧ
ａＡｓを用いたが、この組合わせに限定されず、伝導帯
下端エネルギーの異なるヘテロ接合を形成する組合わせ
であれはよい。
［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、伝導帯下端エネルギーの
異なる第１及び第２の半導＃層がヘテロ接合され、伝導
帯下端エネルギーの高い第１の半導体層にドナー不純物
がドーピングされた半導体装置において、ヘテロ接合界
面の第１の半導体層に凹領域又は凸領域を設け、ヘテロ
接合界面近傍の第２の半導体層に蓄積される２次元電子
に対するポテンシャルの井戸又は障壁を形成しているた
め、このポテンシャルの井戸又は障壁を共鳴トンネル効
果素子に用いることにより、２次元電子による共鳴トン
ネル効果を奏することができる。
また、ヘテロ接合界面の第１の半導体層の１方向に細線
状の凹領域又は凸領域を周期的に配列して２次元超格子
を形成し、又は２方向にドツト状の凹領域又は凸領域を
２次元的に配置して３次元超格子を形成し、ヘテロ接合
界面近傍の第２の半導体層に蓄積される２次元電子のヘ
テロ接合界面に平行な方向のエネルギーにミニバンドを
形成しているため、このミニバンドを形成する２次元超
格子又は３次元超格子をＦＥＴのチャネル又は半導体レ
ーザの活性層に用いることにより、これらのデバイスの
大幅な性能向上を実現することができる。
更にまた、ヘテロ接合界面の第１の半導体層に凹領域を
両端にリードをもつリングの形状に設け、この凹領域を
通る電子の運動を１次元的に制限して、界面に平行な方
向にも十分な波動関数の閉じ込めを行ない、電子波の横
モードをより単一的にすることができるため、このリン
グ形状の凹領域を電子波の通るパスとして用いることに
より、コンタクタンスの変化が大きいＡＢ効果デバイス
を実現することができ、超高速集積回路に応用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例による半導体装置を示す
断面図、 第２図は第１図の半導体装置のエネルギーバンドの模式
図、 第３図乃至第５図はそれぞれ第１図の半導体装置のエネ
ルギーバンド図、 第６図は本発明の第２の実施例による半導体装置を示す
断面図、 第７図及び第８図は第６図の半導体装置のエネルギーバ
ンド図、 第９図は本発明の第３の実施例による半導体装置を示す
断面図、 第１０図は第９図の半導体装置の製造方法を示す工程図
、 第１１図は本発明の第４の実施例による半導体装置を示
す断面図、 第１２図は本発明の第５の実施例による２次元超格子構
造を有する半導体装置を示す斜視図、第１３図は第１２
図の２次元超格子によって作られたミニプリルアンゾー
ンを示す図、第１４図は本発明の第６の実施例による３
次元超格子構造を有する半導体装置を示す斜視図、第１
５図は第１４図の３次元超格子によって作られたミニプ
リルアンゾーンを示す図、第１６図は本発明の第７の実
施例による半導体装置を示す断面図、 第１７図は本発明の第８の実施例による半導体装置の断
面図、 第１８図は本発明の第９の実施例による半導体装置を示
す斜視図、 第１９図は第１８図の半導体装置の断面図、第２０図工
第２３図はそれぞれ従来の半導体装置を説明するための
図である。 図において、 ２、１４．２４．４２．５４．７４．８４・・・・・・
ｎ型ＡＪＧａＡｓ層、 ４、１２．２２．４４．５２．７２．８２・・・・・・
アンドープＧａＡｓ層、 ６．４６．４８．５６．７６．８６・・・・・・凹領域
、８．１６．１８．２６．２８・・・・・・凸領域、Ｉ
Ｑ、２０．５０　・−−−−−半絶縁性ＧａＡｓ基板、
１６ａ、１８ａ・・・・・・凹部、 ３０．３２．６０．６２．８８．９０・・・・・・オー
ミック領域、 ３４．６４．９２・・・・・・ソース電極、３６．６６
．９４・・・・・・ドレイン電極、３８．６８．９６・
・・・・・ゲート電極、５８・・・・・・チャネル領域
、 ７０−−−　・−Ｐ型ＡＪＧａＡｓ層、７８・・・・・
・ｎ＠電極、 ８０・・・・・・ｐｒＰＪ電極、 １００．１０　Ｂ−−−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層、１０２．１
０６＝−−−−ＡｊＧａＡｓ薄膜層、１０４−−−−−
−ＧａＡＳＦｉｉＷＡ層、１ １０、 ２・・・・・・電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、伝導帯下端エネルギーの異なる第１及び第２の半導
    体層がヘテロ接合され、伝導帯下端エネルギーの高い前
    記第１の半導体層にドナー不純物がドーピングされた半
    導体装置において、前記第１の半導体層の前記ヘテロ接
    合界面側に凹領域又は凸領域を設け、 前記ヘテロ接合界面近傍の前記第２の半導体層に蓄積さ
    れる電子に対するポテンシャルの井戸又は障壁を形成し
    ている ことを特徴とする半導体装置。 ２、請求項１記載の半導体装置において、 前記第１の半導体層の前記ヘテロ接合界面側に２つの凸
    領域を設けて２つのトンネル障壁を形成し、 前記２つの凸領域に挟まれた前記第２の半導体層に量子
    井戸を形成し、 前記第２の半導体層の両端に第１及び第２の電極を形成
    している ことを特徴とする半導体装置。 ３、請求項２記載の半導体装置において、 前記ヘテロ接合界面に形成された前記２つのトンネル障
    壁及び前記２つのトンネル障壁に挟まれた前記量子井戸
    上方の前記第１の半導体層上に、ゲート電極を設けてい
    る ことを特徴とする半導体装置。 ４、請求項１記載の半導体装置において、 前記凹領域又は凸領域を細線状に形成し、 前記細線状の凹領域又は凸領域を前記ヘテロ接合界面の
    １方向に複数列、周期的に配列し、前記第２の半導体層
    に蓄積される電子の前記ヘテロ接合界面に平行な方向の
    エネルギーにミニバンドを形成している ことを特徴とする半導体装置。 ５、請求項１記載の半導体装置において、 前記凹領域スは凸領域をドット状に形成し、前記ドット
    状の凹領域又は凸領域を前記ヘテロ接合界面の２方向に
    複数個、周期的に配置し、前記第２の半導体層に蓄積さ
    れる電子の前記ヘテロ接合界面に平行な方向のエネルギ
    ーにミニバンドを形成している ことを特徴とする半導体装置。 ６、請求項４又は５記載の半導体装置において、 電子のエネルギーにミニバンドが形成されている前記第
    ２の半導体層をチャネル領域として、前記チャネル領域
    の両端にソース電極及びドレイン電極を形成し、 前記チャネル領域上方の前記第１の半導体層上にゲート
    電極を形成している ことを特徴とする半導体装置。 ７、請求項４又は５記載の半導体装置において、 電子のエネルギーにミニバンドが形成されている前記第
    ２の半導体層を活性領域として、前記活性領域上方の前
    記第１の半導体層上にｎ側電極を形成し、 前記活性領域下に、アクセプタ不純物がドーピングされ
    た第３の半導体層を介してｐ側電極を形成している ことを特徴とする半導体装置。 ８、伝導帯下端エネルギーの異なる第１及び第２の半導
    体層がヘテロ接合され、伝導帯下端エネルギーの高い前
    記第１の半導体層にドナー不純物がドーピングされた半
    導体装置において、前記第１の半導体層の前記ヘテロ接
    合界面側に凹領域を両端にリードをもつリングの形状に
    設け、前記凹領域のリードの両端にソース電極及びドレ
    イン電極を形成し、 前記凹領域のリングによって２分される電子波の位相を
    制御する制御手段を形成している ことを特徴とする半導体装置。 ９、請求項８記載の半導体装置において、 前記制御手段が、前記凹領域のリングの一方のパス上に
    設けられたゲート電極である ことを特徴とする半導体装置。
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