JPH0480964A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0480964A
JPH0480964A JP19556690A JP19556690A JPH0480964A JP H0480964 A JPH0480964 A JP H0480964A JP 19556690 A JP19556690 A JP 19556690A JP 19556690 A JP19556690 A JP 19556690A JP H0480964 A JPH0480964 A JP H0480964A
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JP
Japan
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layer
electrode
electron
source
gate
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Pending
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JP19556690A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ando
裕二 安藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0480964A publication Critical patent/JPH0480964A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize an electron wave interference effect so as to enable a semiconductor to be easily manufactured by a method wherein N-type semiconductor regions disposed at intervals of electron de Broglie wavelengths are formed just under a gate electrode on the surface of a carrier feed layer, the length of the gate electrode in a source-drain direction is set smaller than an electron inelastic scattering length, and a Schottky electrode is formed on the rear side of a semiconductor substrate. CONSTITUTION:A Schottky electrode (back gate electrode) 8 is formed on the rear side of a non-doped GaAs substrate 1 through evaporation. A source electrode 6S and a drain electrode 6D are formed on an N-type GaAs layer 5 through evaporation and subjected to an alloy treatment so as to come into ohmic contact with external leads. A region of the N-type GaAs layer 5 surrounded with the source electrode 6S and the drain electrode 6D is partially removed through an electron beam lithography method to form a stripe pattern where N-type GaAs fine wires which are 300Angstrom or so in width, disposed at intervals of 300Angstrom or so, and whose longitudinal direction extends in a source-drain direction. Gage electrodes (Schottky electrodes) 7 500Angstrom or so in gate length are formed on a stripe pattern composed of N-type GaAs fine lines through an EB lithography method.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電子波の干渉効果を利用した半導体装置の構造
に関わり、特にその作製方法を容易にすることを可能と
する半導体装置の構造に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to the structure of a semiconductor device that utilizes the interference effect of electron waves, and particularly relates to the structure of a semiconductor device that makes it possible to simplify the manufacturing method thereof. .

(従来の技術) 第6図は従来技術による半導体装置の素子構造図である
。このような半導体装置は、置屋によってジャーナル・
オブ・アプライド・フィズイクス(J、 Appl。
(Prior Art) FIG. 6 is an element structure diagram of a semiconductor device according to the prior art. Such semiconductor devices are stored in journals and
of Applied Physics (J, Appl.

Phys、)、第62巻、第4号、1492頁、198
7年に報告されている。図に於いて、60はnコレクタ
層、61はpコレクタ層、62は面内超格子層(グレー
テイング層)、63はpベース層、64はpエミッタ・
バリア層65はnエミツタ層、66はエミッタ電極、6
7は接地電極、68はベース電極、69はアブゾーバ電
極、70はコレクタ電極である。面内超格子層62は電
子親和力の異なる二種類の材料が面内方向に一定の周期
で交互に配列された構造によって形成されている。この
ような面内超格子層は入射する電子に対して光に於ける
回折格子と同様な働きをするため、グレーテイング層と
呼ばれる。
Phys, ), Volume 62, No. 4, Page 1492, 198
It was reported in 2007. In the figure, 60 is an n collector layer, 61 is a p collector layer, 62 is an in-plane superlattice layer (grating layer), 63 is a p base layer, and 64 is a p emitter layer.
Barrier layer 65 is an n emitter layer, 66 is an emitter electrode, 6
7 is a ground electrode, 68 is a base electrode, 69 is an absorber electrode, and 70 is a collector electrode. The in-plane superlattice layer 62 is formed of a structure in which two types of materials having different electron affinities are alternately arranged at a constant period in the in-plane direction. Such an in-plane superlattice layer is called a grating layer because it functions similar to a diffraction grating in light for incident electrons.

第6図に示した半導体装置のエミッタ電極66がらnコ
レクタ層60に向かう方向のポテンシャル、プロファイ
ルを第7図に示す。エミッタバリア層64を越えて注入
された電子はグレーテイング層62によってコレクタ層
60に到達する透過成分と到達しない回折成分に分離さ
れる。回折成分はアブゾーバ電極69に吸収され、コレ
クタ電極70には透過成分なけが流れる。グレーティン
グ周期数が十分大きい場合にはグレーティングに直入射
した電子は次式で与えられる角度φに回折される。
FIG. 7 shows the potential and profile in the direction from the emitter electrode 66 toward the n collector layer 60 of the semiconductor device shown in FIG. Electrons injected beyond the emitter barrier layer 64 are separated by the grating layer 62 into a transmitted component that reaches the collector layer 60 and a diffracted component that does not reach the collector layer 60. The diffracted component is absorbed by the absorber electrode 69, and the transmitted component flows into the collector electrode 70. When the number of grating periods is sufficiently large, electrons directly incident on the grating are diffracted to an angle φ given by the following equation.

二こで、dはグレーティングの周期、λは電子のド・ブ
ロイ波長である。回折角≠は電子波長λに関する周期関
数となるので、λを変えることに依って回折角、即ち、
実行的なコレクタ到達率(a)を変調することが出来る
。ここで、λは入射電子の注入エネルギーE、の関数と
して下式のように与えられる。
where d is the period of the grating and λ is the de Broglie wavelength of the electron. Since the diffraction angle≠ is a periodic function with respect to the electron wavelength λ, by changing λ, the diffraction angle becomes
The effective collector arrival rate (a) can be modulated. Here, λ is given as a function of the injection energy E of incident electrons as shown in the following equation.

nJ 二こで、hはブランク(Planck)定数、m#は電
子有効質量である。したがって、ベース電位を変えてE
lnjを変えることに依って、コレクタ到達率αを変調
することが可能となる。
nJ where h is the Planck constant and m# is the electron effective mass. Therefore, by changing the base potential, E
By changing lnj, it is possible to modulate the collector arrival rate α.

(発明が解決しようとする課題) このような構造の半導体装置に於て十分な電子速度を得
るためには、電子のドブロイ波長λは数百Å以下になり
、グレーティングの周期もλ程度以下、即ち、数百λ以
下にする必要がある。故に、数百穴程度の周期を有する
グレーテイング層62をコレクタ層61とベース層63
の間に作り込む必要がある。しかも電子波の干渉効果を
起こさせるためには、ベース・グレーティング界面、グ
レーティング・コレクタ界面、グレーティング内に於て
電子の散乱を生じるような格子欠陥の無い完全な結晶を
得ることが必要不可欠になり、このような面内超格子の
埋め込み構造を実現することは現在の力り工技術ではき
わめて困難である。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to obtain sufficient electron velocity in a semiconductor device with such a structure, the de Broglie wavelength λ of electrons must be several hundred Å or less, and the period of the grating must also be approximately λ or less. That is, it needs to be several hundred λ or less. Therefore, the grating layer 62 having a period of about several hundred holes is connected to the collector layer 61 and the base layer 63.
It is necessary to build in between. Moreover, in order to cause the interference effect of electron waves, it is essential to obtain a perfect crystal without lattice defects that would cause electron scattering at the base-grating interface, grating-collector interface, and within the grating. , it is extremely difficult to realize such an embedded structure of in-plane superlattices using current mechanical engineering techniques.

更に、このような構造の半導体装置に於て電子波回折を
おこさせるためには、電子波を制御するレーティング層
62、pベース層63を合わせた領域全体はL程度以下
の大きさの中に作られねばならφ ない。ここで、Lは温度と電子移動度にかなり依存する
が、n形QaAsのり、は4.2Kに於て0.1.am
程度、77にでは0.01□m程度である。即ち、10
0λ程度以下の膜厚及び底面積を有する多層構造に於て
ベース層63とコレクタ層61をエツチングに依って露
出させ、それらにコンタクトをとる工程が必要になり、
これも困難である。
Furthermore, in order to cause electron wave diffraction in a semiconductor device having such a structure, the entire area including the rating layer 62 for controlling electron waves and the p base layer 63 must be within a size of about L or less. It must be made. Here, L depends considerably on temperature and electron mobility, but for n-type QaAs glue, L is 0.1 at 4.2K. am
At a level of 77, it is about 0.01 □m. That is, 10
In a multilayer structure having a film thickness and bottom area of about 0λ or less, it is necessary to expose the base layer 63 and collector layer 61 by etching and make contact with them.
This is also difficult.

本発明は単純な構造に依って電子波干渉効果を実現する
ことにより、その作製を容易にすることを可能にする半
導体装置の構造を提供するものである。
The present invention provides a structure of a semiconductor device that can be easily manufactured by realizing an electron wave interference effect with a simple structure.

(課題を解決するための手段) 本発明の半導体装置は、半導体基板上にノンドープチャ
ネル層とn型不純物がドープされたキャリヤ供給層が順
次積層された半導体層構造の表面にソース電極、ドレイ
ン電極、ゲート電極が形成された半導体装置であって、
前記キャリヤ供給層表面の前記ゲート電極直下には電子
のド・ブロイ波長程度の周期を有してn形半導体領域が
形成され、前記ゲート電極のソース・ドレイン方向の長
さは電子の非弾性散乱長以下であると共に、前記半導体
基板の裏面にはショットキー電極が形成されていること
を特徴とする。
(Means for Solving the Problems) A semiconductor device of the present invention has a semiconductor layer structure in which a non-doped channel layer and a carrier supply layer doped with an n-type impurity are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and a source electrode and a drain electrode are formed on the surface of the semiconductor layer structure. , a semiconductor device in which a gate electrode is formed,
Immediately below the gate electrode on the surface of the carrier supply layer, an n-type semiconductor region is formed with a period approximately equal to the de Broglie wavelength of electrons, and the length of the gate electrode in the source/drain direction is determined by inelastic scattering of electrons. A Schottky electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate.

(作用) 埋め込み超格子構造は作製が困難であるばがりでなく、
例えば、エピタキシャル成長→エツチング→再成長とい
う作製プロセスを必要とするため、現在の加工技術では
格子欠陥のない良好な結晶を得ることは極めて困難であ
る。従って、現在の加工技術で作製されたこの様な素子
では埋め込み超格子に生じる格子欠陥が電子の散乱を誘
発し、電子の位相情報が壊され電子波の干渉現象を観測
することは殆ど不可能であった。もし半導体表面に形成
された電極を介する電界効果に依って、電子の走行する
領域に超格子状のポテンシャルを実現することができれ
ば、このような困難は回避できるであろう。そのための
方法として考えられるのは、半導体装置の構造として2
次元電子ガス電界効果トランジスタ(2DEGFETま
たは、HEMT)構造において、電子供給層表面のゲー
ト直下にn形半導体領域が周期白−に配列された構造を
とることである。このような構造に於て、ゲート電圧を
適当に選べば、電子供給層のゲート金属及びn形半導体
領域に対する界面ポテンシャルの差のおかげでチャネル
中に周期的に電子蓄積層と空乏層が形成され、2次元電
子ガス(2DEC)の海に空乏層の島が一定間隔の周期
をもって並んだ状態が実現できる。ここで、電子蓄積領
域と空乏化領域とが交互に並ぶゲート直下のチャネルは
伝導領域とポテンシャル。
(Function) The buried superlattice structure is not only difficult to fabricate, but also
For example, it is extremely difficult to obtain good crystals free of lattice defects using current processing techniques because the manufacturing process requires epitaxial growth → etching → regrowth. Therefore, in such devices fabricated using current processing technology, lattice defects that occur in the buried superlattice induce scattering of electrons, destroying the phase information of the electrons, making it almost impossible to observe the interference phenomenon of electron waves. Met. These difficulties could be avoided if a superlattice-like potential could be created in the region where electrons travel using electric field effects via electrodes formed on the semiconductor surface. Possible methods for achieving this are two methods for the structure of semiconductor devices.
In a two-dimensional electron gas field effect transistor (2DEGFET or HEMT) structure, n-type semiconductor regions are arranged in a periodic manner immediately below the gate on the surface of the electron supply layer. In such a structure, if the gate voltage is appropriately selected, an electron accumulation layer and a depletion layer are periodically formed in the channel due to the difference in interfacial potential between the electron supply layer and the gate metal and the n-type semiconductor region. , it is possible to realize a state in which depletion layer islands are lined up at regular intervals in a sea of two-dimensional electron gas (2DEC). Here, the channel directly under the gate, where electron storage regions and depletion regions are arranged alternately, has a conduction region and a potential.

バリア領域の周期構造を構成するので、これは2DEG
に対する1次元状のグレーティングとして働く。また、
本発明ではゲート電極がn形半導体層を介して電子蓄積
領域と結合しているため、ゲート電圧を変えることに依
って空乏化領域の空乏層幅だけでなく電子蓄積領域にお
ける電子濃度も変えることが出来、電子蓄積層の膜厚に
拘らず、ゲート電圧の調整により確実に電子蓄積領域を
生成することが可能になり、素子の設計性が向上する。
This is a 2DEG since it constitutes a periodic structure in the barrier region.
It acts as a one-dimensional grating for Also,
In the present invention, since the gate electrode is coupled to the electron storage region through the n-type semiconductor layer, changing the gate voltage can change not only the depletion layer width of the depletion region but also the electron concentration in the electron storage region. This makes it possible to reliably generate an electron storage region by adjusting the gate voltage, regardless of the thickness of the electron storage layer, and improves device design.

ここでグレーティングの周期は電子波長と同程度の数百
人程度であればよい。2DEGの非弾性散乱長りは77
Kに於ても1.am程度と長いため、この点電φ 極のサイズは理想的な電子波干渉効果を得るためには十
分小さいものである。また、キャリヤ供給層とチャネル
層の界面にノンドープスペーサ層を挿入すれば、弾性散
乱(イオン化不純物散乱)の影響も排除できる。
Here, the period of the grating may be about several hundred, which is about the same as the electron wavelength. The inelastic scattering length of 2DEG is 77
Also in K 1. Since the point is about am long, the size of this point φ pole is small enough to obtain an ideal electron wave interference effect. Furthermore, by inserting a non-doped spacer layer at the interface between the carrier supply layer and the channel layer, the influence of elastic scattering (ionized impurity scattering) can also be eliminated.

次に、電子波長λの変調の方法について述べる。従来技
術ではベース層とエミツタ層間の中間にエミッタ・バリ
ヤ層を設けて接地電極を介してエミッタバリア層の電位
を変えることに依ってグレーティングに注入される電子
のド・ブロイ波長を変調していた。本発明のようなFE
T構造では、グレーティングを通過する電子流(=電子
数×電子速度)のエネルギースペクトルはフェルミレベ
ル近傍で急峻なピークをとるので、伝導に関与する電子
はフェルミエネルギーEFに相当するド・ブロイ波長を
有すると見なしてよい。但し、ドレイン、ソース電圧V
によって加速されるので、電子の注入エネルs ギーはEF7′4けでなくVdsにも依存することにな
り、フェルミレベルはシート電子濃度nの関数であるの
で、本発明による半導体装置ではnを変えることに依っ
て電子波長を変調することが出来る。本発明では、ゲー
ト電極は1次元グレーティングを構成するために用いて
いるので、基板側にバックゲート電極をとり、基板電位
を変えることによって容易に電子波長を変調することが
可能である。
Next, a method of modulating the electronic wavelength λ will be described. In conventional technology, an emitter barrier layer is provided between the base layer and the emitter layer, and the de Broglie wavelength of electrons injected into the grating is modulated by changing the potential of the emitter barrier layer via a ground electrode. . FE like the present invention
In the T structure, the energy spectrum of the electron flow (=number of electrons x electron velocity) passing through the grating has a steep peak near the Fermi level, so the electrons involved in conduction have a de Broglie wavelength corresponding to the Fermi energy EF. It may be considered that it has. However, the drain and source voltage V
Therefore, the electron injection energy s depends not only on EF7'4 but also on Vds, and since the Fermi level is a function of the sheet electron concentration n, in the semiconductor device according to the present invention, changing n Depending on this, the electron wavelength can be modulated. In the present invention, since the gate electrode is used to configure a one-dimensional grating, it is possible to easily modulate the electron wavelength by providing a back gate electrode on the substrate side and changing the substrate potential.

また、従来技術による半導体装置は半導体層に垂直な方
向に電子が流れるいわゆる縦型トランジスタ構造である
ので、100人程度のサイズの多層構造の各半導体層に
コンタクトをとる工程が必要であった。本発明では、F
ET構造をとることにより、電極を表面からとれるため
に、このような困難も回避できる。
Further, since the semiconductor device according to the prior art has a so-called vertical transistor structure in which electrons flow in a direction perpendicular to the semiconductor layer, a process of making contact with each semiconductor layer of a multilayer structure of about 100 people was required. In the present invention, F
By adopting the ET structure, such difficulties can be avoided because the electrodes can be removed from the surface.

更に、キャリアとして高電子移動度の2DECを用いる
ことにより、電子の平均自由行程及び、・非弾性散乱長
りを著しく大きくできるので、素子寸法φ に対する微細化の制約が緩くなり、素子作製が更に容易
になる。言い換えると、同じサイズの素子を作製すれば
、従来よりも高温動作が可能になると考えられる。
Furthermore, by using 2DEC with high electron mobility as a carrier, the mean free path of electrons and the inelastic scattering length can be significantly increased, so the restrictions on miniaturization of the device size φ are relaxed, making device fabrication even easier. becomes easier. In other words, it is thought that if elements of the same size are manufactured, it will be possible to operate at higher temperatures than before.

(実施例) 第1図(a)、(b)に本発明の実施例の半導体装置の
素子構造を示す。第1図(a)は斜視図であり、第1図
(b)はゲート電極の長手方向に沿う断面図を示す。こ
のような素子は以下の様にして作製される。ノンドープ
GaAs基板1上に、次のようなエピタキシャル層構造
、厚さ2000人ノンドープGaAs層2、厚さ100
人のノンドープAlo、2Gao、sAsスペーサ層3
、厚さ200人のn型A1゜、2Gao8AS層(ドー
ピング濃度3X10 /cm )4、厚さ300人のn
型GaAsキャップ層(ドーピング濃度5X10 /c
m)5を順に成長する。
(Example) FIGS. 1(a) and 1(b) show the element structure of a semiconductor device according to an example of the present invention. FIG. 1(a) is a perspective view, and FIG. 1(b) is a sectional view along the longitudinal direction of the gate electrode. Such an element is manufactured as follows. On a non-doped GaAs substrate 1, the following epitaxial layer structure, 2,000 layers thick, a non-doped GaAs layer 2, 100 layers thick.
Human non-doped Alo, 2Gao, sAs spacer layer 3
, 200 nm thick n-type A1°, 2 Gao8 AS layer (doping concentration 3X10/cm) 4, 300 nm thick
type GaAs cap layer (doping concentration 5X10/c
m) Grow 5 in sequence.

ノンドープGaAs基板1の裏面上には蒸着によりショ
ットキー電極(バックゲート電極)8を形成する。n型
GaAs層5上にはソース電極6S及びドレイン電極6
Dを蒸着により形成後、アロイ処理に依ってオーム性接
触をとる。また、n型GaAsキャップ層5のソース電
極6Sとドレイン電極6Dで挟まれた領域には電子ビー
ム(EB)リソグラフィー法を用いてn形GaAs層を
部分的に除去することにより、幅が300人程度合、そ
の長手方向をソース・ドレインに向けたn形GaAs細
線が周期300人程度合もって配列されたストライプ・
パターンを形成する。また、本実施例では、n形GaA
s層5中の伝導を阻止して高純度GaAs2中の電子伝
導だけを取り出す目的から、ストライプ、パターン領域
を構成するゲート部のn形GaAs5は一部のエツチン
グ除去によりソース領域、ドレイン領域から絶縁されて
いる。このn形GaAs細線からなるストライプ・パタ
ーン上にはゲート長500度合度のゲート電極(ショッ
トキー電極)7をEBリソグラフィー法によって形成す
る。
A Schottky electrode (back gate electrode) 8 is formed on the back surface of the non-doped GaAs substrate 1 by vapor deposition. A source electrode 6S and a drain electrode 6 are provided on the n-type GaAs layer 5.
After forming D by vapor deposition, ohmic contact is established by alloying. In addition, by partially removing the n-type GaAs layer in the region sandwiched between the source electrode 6S and drain electrode 6D of the n-type GaAs cap layer 5 using electron beam (EB) lithography, the width of the n-type GaAs cap layer 5 is reduced to 300 mm. It is a striped structure in which n-type GaAs thin wires are arranged at a period of about 300 with their longitudinal direction facing the source and drain.
form a pattern. In addition, in this example, n-type GaA
In order to block the conduction in the s-layer 5 and extract only the electron conduction in the high-purity GaAs2, the n-type GaAs5 in the gate part constituting the stripe and pattern regions is insulated from the source and drain regions by removing a portion of it by etching. has been done. A gate electrode (Schottky electrode) 7 having a gate length of about 500 degrees is formed on this stripe pattern of n-type GaAs thin lines by EB lithography.

第2図(a)、(b)にゲート直下のポテンシャル・ハ
ンド分布を示す。第2図(a)はゲート電極が電子供給
層に直に接触する部分に於けるゲート・チャネル間(第
1図(b)に於けるXl−71間)のポテンシャル分布
図、第2図(b)はゲート下にn形GaAs層が介在す
る部分に於けるゲートチャネル間(第1図(b)に於け
るX2−72間)のポテンシャル分布図である。第2図
(a)に示すように、n形AlGaAsのショットキー
・バリヤ高さが約1eVと高いため、ゲート電極が電子
供給層に直に接触する場所では、チャネルの伝導帯は持
ち上げられ空乏化する。一方、第2図(b)のように、
ゲート下にn形GaAs層が介在する場所では、ジョツ
キ−・バリヤによる界面ポテンシャルの上昇はn形Ga
As層内で吸収されるため、電子供給層のn形GaAs
5との界面の伝導帯は下げられ、電子蓄積層が形成され
る。
Figures 2(a) and 2(b) show the potential hand distribution directly under the gate. Figure 2 (a) is a potential distribution diagram between the gate and channel (between Xl and 71 in Figure 1 (b)) in the part where the gate electrode directly contacts the electron supply layer, and Figure 2 ( b) is a potential distribution diagram between the gate and channel (between X2 and 72 in FIG. 1(b)) in a portion where an n-type GaAs layer is interposed below the gate. As shown in Figure 2(a), the Schottky barrier height of n-type AlGaAs is as high as approximately 1 eV, so where the gate electrode directly contacts the electron supply layer, the conduction band of the channel is lifted and depleted. become On the other hand, as shown in Figure 2(b),
In a place where there is an n-type GaAs layer under the gate, the increase in the interfacial potential due to the jockey barrier increases the n-type GaAs layer.
Because it is absorbed within the As layer, n-type GaAs in the electron supply layer
The conduction band at the interface with 5 is lowered and an electron storage layer is formed.

こうして、第1図(b)のように、ゲートに適当な電位
を与えた状態では、ショットキー・ゲート電極7直下に
n形GaAs層のある部分には電子蓄積層が、n形Ga
As層のない部分には空乏化領域が存在し、ゲートに1
鈴って電子蓄積層と空乏層の周期構造が生しる。
In this way, as shown in FIG. 1(b), when an appropriate potential is applied to the gate, an electron storage layer is formed in the part of the n-type GaAs layer directly below the Schottky gate electrode 7.
There is a depletion region in the part where there is no As layer, and 1
A periodic structure of an electron storage layer and a depletion layer forms.

第3図は、第1図に示した実施例に於て、ソースに対し
てドレインを正にバイアス印加した時のチャネル層(ノ
ンドープGaAs層2に於けるスペーサ層3とのへテロ
界面近傍)に於けるポテンシャル8バンドの模式図であ
る。ゲート直下ではゲートの長手方向に周期ポテンシャ
ルができ、1次元のグL−−ティングを構成する。ソー
ス・ゲート間及びドし・イン・ゲート間では電子は2次
元的に振舞い、ゲート下では周期的に並んだポイントコ
ンタクトを介して化学ポテンシャルがつながっている。
FIG. 3 shows the channel layer (near the hetero interface with the spacer layer 3 in the non-doped GaAs layer 2) when the drain is positively biased with respect to the source in the embodiment shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of eight potential bands in . Directly below the gate, a periodic potential is generated in the longitudinal direction of the gate, forming a one-dimensional grating. Electrons behave two-dimensionally between the source and the gate and between the source and the gate, and chemical potentials are connected under the gate through periodically arranged point contacts.

第3図がら容易に分かるように、ソース電極でフェルミ
エネルギーEFを有する電子はゲート直下で以下のよう
な運動エネルギーE3.をもつ。
As can be easily seen from FIG. 3, electrons having Fermi energy EF at the source electrode have the following kinetic energy E3. have.

nJ ここで、フェルミレベルEFは基板電圧Vb、()’ツ
クゲート電極とソース電極間に印加される電圧ンの関数
である。(1)式、(3)式、(4)式から明らかなよ
−)にバックゲート電圧V、註変えることによって、電
子波長へ、回折角度φを変調でき、故にドレイン到達率
αを変えることができる。
nJ Here, the Fermi level EF is a function of the substrate voltage Vb, ()' voltage applied between the gate electrode and the source electrode. It is clear from equations (1), (3), and (4) that by changing the back gate voltage V, the diffraction angle φ can be modulated to the electron wavelength, and therefore the drain arrival rate α can be changed. I can do it.

第4図は本発明による半導体装置の動作状態を示す配線
図である。即ち、ソース接地において、ドレイン電極6
Dには正電圧■dsを、ゲート電極7には適当な電圧■
を印加する。ここで、ゲート電圧Vg5s はグレーティング構造を実現するためのものである。基
板電極8に与える電圧をV、g、=すると、V、g(7
)変化によってシート電子濃度、即ち、電子波長λを変
えることが出来る。(1)式から分かるように電子の回
折角度φ、即ち、ドレイン到達率。は電子波長λの周期
関数となることがら、ドレイン電流Iは第5図のような
電流・電圧特性を示す。置屋が報告しているように、φ
がλ8に関する急峻な関数になることから微小な電圧変
化で大きな電流増幅が得られることが期待され、きわめ
て高い相互コンダクタンスが得られると考えられる。
FIG. 4 is a wiring diagram showing the operating state of the semiconductor device according to the present invention. That is, when the source is grounded, the drain electrode 6
A positive voltage ds is applied to D, and an appropriate voltage ds is applied to gate electrode 7.
Apply. Here, the gate voltage Vg5s is for realizing a grating structure. If the voltage applied to the substrate electrode 8 is V, g, then V, g (7
) can change the sheet electron concentration, that is, the electron wavelength λ. As can be seen from equation (1), the electron diffraction angle φ, that is, the drain arrival rate. Since is a periodic function of the electron wavelength λ, the drain current I exhibits current-voltage characteristics as shown in FIG. As reported by Okiya, φ
Since is a steep function with respect to λ8, it is expected that a large current amplification can be obtained with a minute voltage change, and it is thought that an extremely high mutual conductance can be obtained.

以上の実施例では、AlGaAs/GaAs系FETを
用いで、本発明を説明したが、本発明は勿論、AlGa
As/InGaAs歪系やAlInAs/GaInAs
系等、他の材料系のFETにも適用可能である。
In the above embodiments, the present invention was explained using an AlGaAs/GaAs FET, but the present invention is of course applicable to AlGaAs/GaAs FETs.
As/InGaAs strained system and AlInAs/GaInAs
It is also applicable to FETs made of other materials such as

(発明の効果) 以上の詳細な説明から明らかなように、本発明によれば
単純な構造に依って電子波干渉効果を利用できる半導体
装置を実現でき、その作製が容易になると共に、ゲート
電圧を調整することに依ってグレーティングの形状を変
えることができ、素子の設計性が向上する。
(Effects of the Invention) As is clear from the above detailed description, according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor device that can utilize the electron wave interference effect with a simple structure. By adjusting the grating, the shape of the grating can be changed, and the design of the device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)、 (b)はそれぞれ本発明による実施例
の素子構造を示す図、第2図(a)、 (b)は実施例
に於cするゲート・チャネル間のポテンシャル、ハンド
図、第3図は実施例に於けるソース・ドレイン間ポテン
シャル・バンドの模式図、第4図は本実施例の動作状態
を示す配線図、第5図は本実施例に於ける電流、電圧特
性を示す図、第6図は従来技術による半導体装置の素子
構造を示す図、第7図は従来例に於けるエミッタ・コレ
クタ間に於けるポテンシャルプロファイル図である。 図に於いて、1・・・ノンドープGaAs基板、209
.ノンドープGaAs層、3・・・ノンドープAlGa
As層、4.n型AlGaAs層、5−n型GaAs層
、68.6D−6,オーム性電極、7,8・・・ショッ
トキー電極、60・・・n型コレクタ層、61 、p型
コレクタ層、62・・・グレーテイング層、63・・・
p型ベース層、64・・・p型エミッタバリヤ層、65
・・・n型エミツタ層、66・・・エミッタ電極、67
・・・接地電極、68・・・ベース電極、69・・・ア
ブゾーバ電極、70・・・コレクタ電極である。
FIGS. 1(a) and (b) are diagrams showing the device structure of an embodiment according to the present invention, and FIGS. 2(a) and (b) are potential and hand diagrams between the gate and channel in the embodiment. , Figure 3 is a schematic diagram of the source-drain potential band in this example, Figure 4 is a wiring diagram showing the operating state of this example, and Figure 5 is the current and voltage characteristics in this example. 6 is a diagram showing the element structure of a semiconductor device according to the prior art, and FIG. 7 is a potential profile diagram between the emitter and the collector in the conventional example. In the figure, 1... non-doped GaAs substrate, 209
.. Non-doped GaAs layer, 3... non-doped AlGa
As layer, 4. n-type AlGaAs layer, 5-n-type GaAs layer, 68.6D-6, ohmic electrode, 7,8... Schottky electrode, 60... n-type collector layer, 61, p-type collector layer, 62. ...Grating layer, 63...
p-type base layer, 64...p-type emitter barrier layer, 65
... n-type emitter layer, 66 ... emitter electrode, 67
... ground electrode, 68 ... base electrode, 69 ... absorber electrode, 70 ... collector electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  半導体基板上にノンドープチャネル層とn型不純物が
ドープされたキャリヤ供給層が順次積層された半導体層
構造の表面にソース電極、ドレイン電極、ゲート電極が
形成された半導体装置であって、前記キャリヤ供給層表
面の前記ゲート電極直下には電子のド・ブロイ波長程度
の周期を有してn形半導体領域が形成され、前記ゲート
電極のソース、ドレイン方向の長さは電子の非弾性散乱
長以下であると共に、前記半導体基板の裏面にはショッ
トキー電極が形成されていることを特徴とする半導体装
置。
A semiconductor device in which a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed on the surface of a semiconductor layer structure in which a non-doped channel layer and a carrier supply layer doped with an n-type impurity are sequentially laminated on a semiconductor substrate, the carrier supply layer Immediately below the gate electrode on the layer surface, an n-type semiconductor region is formed with a period approximately equal to the de Broglie wavelength of electrons, and the length of the gate electrode in the source and drain directions is equal to or less than the inelastic scattering length of electrons. A semiconductor device, further comprising a Schottky electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate.
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