JPH05335594A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH05335594A
JPH05335594A JP13482292A JP13482292A JPH05335594A JP H05335594 A JPH05335594 A JP H05335594A JP 13482292 A JP13482292 A JP 13482292A JP 13482292 A JP13482292 A JP 13482292A JP H05335594 A JPH05335594 A JP H05335594A
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compound semiconductor
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flat surface
forming
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Satoshi Endo
聡 遠藤
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アハロノフ−ボーム効果を利用した量子干渉
トランジスタ等の半導体装置に関し、電子が非弾性散乱
を受けることなく、十分な電子波の干渉を生じさせるこ
とを目的とする。 【構成】 平坦面1bとその両側の傾斜面1aからなる
段差基板1上に、n型の第1の化合物半導体層2を形成
し、その上にこのn型の化合物半導体層2よりもエネル
ギーギャップが小さい第2の化合物半導体層3を形成
し、その上にこの第2の化合物半導体層3よりもエネル
ギーギャップが大きいn型の第3の化合物半導体層4を
形成し、第2の化合物半導体層3の傾斜面に幅が狭い量
子井戸を形成し、平坦面に幅が広い量子井戸を形成し
て、チャネル数が異なる二つの量子井戸を連続して形成
し、この第2の化合物半導体層3の両端にソース電極7
とドレイン電極8を形成し、第3の化合物半導体層4の
平坦面の上にゲート電極9を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アハロノフ−ボーム効
果(Aharonov−Bohm効果、以下AB効果と
略称することがある)を利用した量子干渉トランジスタ
等の半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子計算機等の電子機器の機能の
高度化に伴い、高速半導体装置の出現が強く望まれてい
る。そして、この要望に応える半導体装置の一つとし
て、電子の量子力学的な波の性質を利用し、その量子力
学的な干渉効果を用いた極めて高速の量子干渉トランジ
スタが提案されている。
【0003】この量子干渉トランジスタにおいては、電
子の波としての性質により、2つのチャネルを通過した
電子が電場や磁場の影響を受け、互いに位相差が生じて
干渉し合う際に、量子力学的な干渉効果としてAB効果
が現れる。
【0004】このAB効果を用いた典型的な量子干渉ト
ランジスタの一つとして、GaAs/AlGaAsヘテ
ロ構造における2次元電子ガスの走行に伴う電子の波の
量子力学的な干渉効果を利用した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。
【0005】図8は、従来の量子干渉トランジスタの構
成説明図である。この図において、61はバッファ層、
62はGaAsチャネル層、63はn型AlGaAs電
子供給層、64は2次元電子、65はゲート電極、66
はソース電極、67はドレイン電極である。
【0006】従来のアハロノフ−ボーム効果を用いた量
子干渉トランジスタの一例においては、バッファ層61
の上には、ヘテロ構造を有するGaAsチャネル層62
およびn型AlGaAs電子供給層63が設けられてい
る。そして、このGaAsチャネル層62には、キャリ
アとなる2次元電子64が誘起されている。
【0007】そして、これらのGaAsチャネル層62
およびn型AlGaAs電子供給層63は、中間がドー
ナツ状にくり抜かれてリングを形成して、二次元電子が
走行するパスを2つに分岐している。また、2つに分岐
されたGaAsチャネル層62およびn型AlGaAs
電子供給層63の一方のパスの上方には、ゲート電極6
5が設けられ、さらに、リング状のパスを有するGaA
sチャネル層62を間に挟んで、ソース電極66および
ドレイン電極67が設けられている。
【0008】いま、このゲート電極65に電圧を印加す
ると、この電圧が印加された方のパスを通る電子波の位
相が変化し、その結果として2つのパスを通過した電子
波間に位相差が生じて電子波の干渉効果が起こる。
【0009】そしてこの電子波の位相差はゲート電極6
5に印加される電圧に依存するため、ゲート電極65の
印加電圧の変化によってドレイン電流の変調を実現する
ことができる。
【0010】上記の量子干渉トランジスタを製造する方
法としては、電子ビーム(EB)露光法等のリソグラフ
ィー技術によって、二次元電子の走行するパスとなるリ
ングを形成する方法が挙げられるが、リソグラフィー技
術によって製造したリングには形状の揺らぎが生じるた
め、電子はパス内で散乱され良好な干渉効果は得られな
い。したがって、この干渉効果によるドレイン電流の変
調は、極めて小さいものになってしまう。
【0011】このような形状の揺らぎは、主としてリソ
グラフィー技術の未熟さに原因があるが、このような形
状の揺らぎのない量子干渉トランジスタを製造する方法
として、現在1原子層の精度でも十分に制御できる結晶
成長技術とイオン注入技術を用いて実効的にリング構造
を製造する方法が提案されている(特願平3−2642
6号明細書参照)。
【0012】図9は、先に提案された量子干渉トランジ
スタ(I )の構成説明図である。この図において、71
は第1の半導体層、72は第2の半導体層、73は第3
の半導体層、74はソース領域、75はドレイン領域、
76はソース電極、77はドレイン電極、78はゲート
電極である。
【0013】この量子干渉トランジスタにおいては、第
1の半導体層71の上に第2の半導体層72と第3の半
導体層73が積層されている。この第2の半導体層72
は、第1の半導体層71および第3の半導体層73より
も電子親和力が大きく、かつ、エネルギーギャップが小
さいため、ダブルヘテロ構造を構成している。また、第
1の半導体層71および第3の半導体層73はn型にド
ーピングされているため、第2の半導体層72には電子
が誘起され、第2の半導体層72には2次元電子が走行
するチャネルが形成されている。
【0014】また、第2の半導体層72の両側には、ソ
ース領域76とドレイン領域77とが相対して形成され
ている。そして、これらソース領域74およびドレイン
領域75の上には、それぞれソース電極76およびドレ
イン電極77が形成されている。
【0015】さらに、これらソース領域74およびドレ
イン領域77に挟まれた第2の半導体層72の中央部の
上方の第3の半導体層73の上には、ゲート電極78が
形成され、第2の半導体層72に流れるドレイン電流を
制御している。そして、図中の矢印が示すように、第2
の半導体層72に形成された2次元電子からなるチャネ
ルが、その中央部において第1の半導体層72側の界面
近傍と第3の半導体層73の側の界面近傍とに2分割さ
れることがこの量子干渉トランジスタの特徴である。
【0016】この量子干渉トランジスタにおいて、第2
の半導体層72に形成された2次元電子からなるチャネ
ルを、その中央部で第1の半導体層71側の界面近傍と
第3の半導体層73の側の界面近傍とに2分割する手段
として、つぎの3つの構造が挙げられる。
【0017】〔第2の半導体層のチャネルを2分割する
第1の構造〕図10(A)〜(C)は、先に提案された
量子干渉トランジスタ(II) の構成説明図である。この
図において、81は第1の半導体層、82は第2の半導
体層、83は第3の半導体層、84はソース領域、85
はドレイン領域、86はソース電極、87はドレイン電
極、88はゲート電極、Ec は伝導帯下端、Ef はフェ
ルミ準位、E0 ,E1 は電子の二次元サブバンド、
1 ,D2 ,D3 は電子の確率密度分布である。
【0018】この量子干渉トランジスタにおいては、図
10(A)に示されているように、第1の半導体層81
の上に第2の半導体層82と第3の半導体層83が積層
され、ソース領域84およびドレイン領域85に挟まれ
た第2の半導体層82の中央部82bの層厚が、第2の
半導体層82のソース領域84の近傍およびドレイン領
域85の近傍82a における層厚より厚くなっている。
【0019】また、第2の半導体層82の両側には、ソ
ース領域84とドレイン領域85とが相対して形成さ
れ、ソース領域84およびドレイン領域85の上には、
それぞれソース電極86およびドレイン電極87が形成
され、さらに、これらソース領域84およびドレイン領
域85に挟まれた第2の半導体層82の厚い中央部の上
方の第3の半導体層83の上には、ゲート電極88が形
成され、第2の半導体層82に流れるドレイン電流を制
御している。
【0020】そしてこのとき第2の半導体層82のソー
ス領域の近傍82aのXX’線における断面のエネルギ
ーバンド図は図10(B)に、また、中央部82bのY
Y’線における断面のエネルギーバンド図は図8(C)
に示されている。
【0021】この図10(B)に示されているように、
ソース領域84の近傍82aにおいては、第2の半導体
層82の層厚が十分に薄く、したがってこの領域82a
によって形成される量子井戸の幅が十分に狭いため、第
2の半導体層82の伝導帯下端Ec の曲がりは小さく、
第2の半導体層82の全体にわたって電子の2次元サブ
バンドE0 がフェルミ準位Ef の下に形成される。この
場合、電子の確率密度分布は図示されているように、第
2の半導体層82の中央に集中する。
【0022】また、図10(C)に示されているよう
に、ゲート電極88の下方の中央部82bにおいては、
第2の半導体層82の層厚が相対的に厚く、従って第2
の半導体層82によって形成される量子井戸の幅が相対
的に広くなっているため、第2の半導体層82の伝導帯
下端Ec の曲がりは大きくなり、第1の半導体層81側
の界面近傍と第3の半導体層83側の界面近傍との2か
所において、電子の1次元サブバンドE0 およびE1
フェルミ準位Ef の下に形成される。
【0023】従って電子の確率分布は、これら第1の半
導体層81側の界面近傍と第3の半導体層83側の界面
近傍の2か所に別れて局在する。こうして、第2の半導
体層82における2次元電子からなるチャネルが、ゲー
ト電極88下方の中央部において2分割される。
【0024】〔第2の半導体層のチャネルを2分割する
第2の構造〕図11(A)〜(C)は、先に提案された
量子干渉トランジスタ(III)の構成説明図である。この
図における符号は、89,90がn+ 型不純物領域であ
るほかは図10において同符号を付して説明したもので
ある。
【0025】この量子干渉トランジスタにおいては、図
11(A)に示されているように、第1の半導体層81
の上に第2の半導体層82と第3の半導体層83が積層
され、第2の半導体層82の中央部に隣接する第1の半
導体層81および第3の半導体層83に、それぞれn+
型不純物領域89,90が形成されている。
【0026】また、第2の半導体層82の両側には、ソ
ース領域84とドレイン領域85とが相対して形成さ
れ、ソース領域84およびドレイン領域85の上には、
それぞれソース電極86およびドレイン電極87が形成
され、さらに、これらソース領域84およびドレイン領
域85に挟まれた第2の半導体層82の厚い中央部の上
方の第3の半導体層83の上には、ゲート電極88が形
成され、第2の半導体層82に流れるドレイン電流を制
御している。
【0027】そして図11(B)は第2の半導体層82
のソース領域84近傍のXX’線における断面のエネル
ギーバンド図を、図11(C)は中央部のYY’線にお
ける断面のエネルギーバンド図を示している。
【0028】ソース領域84の近傍XX’においては、
図11(B)にみられるように第1の半導体層81と第
3の半導体層83のn型キャリア濃度が低いため、第2
の半導体層82の伝導帯下端Ec の曲がりは小さく、第
2の半導体層82の全体にわたって電子の2次元サブバ
ンドE0 がフェルミ準位Ef の下に形成され、電子の確
率密度分布は第2の半導体層82の中央に集中する。
【0029】他方、ゲート電極88の下方の中央部Y
Y’においては、第2の半導体層82を上下から挟むn
+ 型不純物領域89,90のn型キャリア濃度が相対的
に高くなっているため、図11(C)にみられるよう
に、第2の半導体層82の伝導帯下端Ec の曲がりは大
きくなり、第1の半導体層81側の界面近傍と第3の半
導体層83側の界面近傍の2か所において電子の2次元
サブバンドE0 およびE1がフェルミ準位Ef の下に形
成される。
【0030】したがって、電子の確率密度分布はこれら
第1の半導体層81側のn+ 型不純物領域89との界面
近傍と、第3の半導体層83側のn+ 型不純物領域90
との界面近傍の2か所に分かれて局在し、第2の半導体
層82における2次元電子からなるチャネルが、ゲート
電極88の下方の中央部において2分割される。
【0031】〔第2の半導体層のチャネルを2分割する
第3の構造〕図12は、先に提案された量子干渉トラン
ジスタ(IV) の構成説明図である。この図における符号
は、91,92がチャネル制御電極であるほかは図1
0、図11において同符号を付して説明したものであ
る。
【0032】この量子干渉トランジスタにおいては、図
12に示されているように、第1の半導体層81の上に
第2の半導体層82と第3の半導体層83が積層され、
第2の半導体層82の中央部に隣接する第1の半導体層
81にn+ 型不純物領域89が形成されている。
【0033】また、第2の半導体層82の両側には、ソ
ース領域84とドレイン領域85とが相対して形成さ
れ、ソース領域84およびドレイン領域85の上には、
それぞれソース電極86およびドレイン電極87が形成
され、その間の第3の半導体層83の上にゲート電極8
8が形成され、さらに、第3の半導体層83の上にゲー
ト電極88を挟んでチャネル制御電極91,92が設け
られている。
【0034】この場合は、第1の半導体層81のn+
不純物領域89により、チャネルにおける電子の確率密
度分布が、第1の半導体層81側との界面近傍のみに局
在するが、ゲート電極88の両側のチャネル制御電極9
1,92に所定のバイアス電圧を印加することにより、
前記の図10、図11に記載されたものと同様に、第2
の半導体層82における2次元電子からなるチャネル
が、ゲート電極88の下方の中央部において2分割され
る。
【0035】このように、先に提案された量子干渉トラ
ンジスタにおいては、チャネルとなる第2の半導体層8
2内のエネルギーバンドの曲がりを利用して電子波の分
岐、合流を達成している。
【0036】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のエネルギーバンドの曲がりを利用して電子波の分岐、
合流を達成する量子干渉トランジスタには、次のような
問題がある。すなわち、前記の第2の半導体層のチャネ
ルを2分割する第1の構造には、途中で成長中断してエ
ッチングを行うことが原因してヘテロ界面の状態が悪く
なる恐れがある。
【0037】また、第2の構造および第3の構造には、
同じ幅を有する量子井戸に対してドーピング濃度の違い
やチャネル制御電極だけでエネルギーバンドの曲がりを
変えても、十分な電子波の分岐、合流を達成するのは比
較的困難であるという問題がある。
【0038】すなわち、井戸幅を狭くしてソース側とド
レイン側が一つの電子波になるようにすると、分岐が不
十分になり、逆に井戸幅を広くして十分に分岐するよう
にすると、ソース側とドレイン側が完全に一つの電子波
にならなくなる。
【0039】そのため、エネルギーバンドの曲がりの程
度の違いだけを利用した場合、電子波をある程度分岐、
合流させて、ある程度の干渉効果は得られるが、実用上
より一層明瞭な干渉効果を得る必要がある。このよう
に、上記の量子干渉トランジスタにおいては、原理的に
は優れているものの、十分な電子波の干渉を生じさせる
ことが困難であった。
【0040】本発明は、電子が非弾性散乱を受けること
なく、十分な電子波の干渉を生じさせる量子干渉トラン
ジスタ等の半導体装置を提供することを目的とする。
【0041】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる第1の半
導体装置においては、平坦面とその両側の傾斜面からな
る段差基板上に、n型の第1の化合物半導体層が形成さ
れ、その上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネ
ルギーギャップが小さい第2の化合物半導体層が形成さ
れ、その上に該第2の化合物半導体層よりもエネルギー
ギャップが大きいn型の第3の化合物半導体層が形成さ
れ、該第2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井
戸が形成され、平坦面に幅が広い量子井戸が形成され
て、チャネル数が異なる二つの量子井戸が連続して形成
され、該第2の化合物半導体層の両端にソース電極とド
レイン電極が形成され、該第3の化合物半導体層の平坦
面の上にゲート電極が形成された構成を採用した。
【0042】また、本発明にかかる第2の半導体装置に
おいては、平坦面とその両側の傾斜面からなる段差基板
上に、n型の第1の化合物半導体層が形成され、その上
に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネルギーギャ
ップが小さい第2の化合物半導体層が形成され、その上
に該第2の化合物半導体層よりもエネルギーギャップが
大きいn型の第3の化合物半導体層が形成され、該第1
の化合物半導体層または第3の化合物半導体層とともに
その平坦面にn型の不純物が高濃度に添加され、該第2
の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井戸が形成さ
れ、平坦面に幅が広い量子井戸が形成されて、チャネル
数が異なる二つの量子井戸が連続して形成され、該第2
の化合物半導体層の両端にソース電極とドレイン電極が
形成され、該第3の化合物半導体層の平坦面の上にゲー
ト電極が形成された構成を採用した。
【0043】また、本発明にかかる第3の半導体装置に
おいては、平坦面とその両側の傾斜面からなる段差基板
上に、n型の第1の化合物半導体層が形成され、その上
に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネルギーギャ
ップが小さい第2の化合物半導体層が形成され、その上
に該第2の化合物半導体層よりもエネルギーギャップが
大きいn型の第3の化合物半導体層が形成され、該第1
の化合物半導体層または第3の化合物半導体層とともに
その平坦面にn型の不純物が高濃度に添加され、該第2
の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井戸が形成さ
れ、平坦面に幅が広い量子井戸が形成されて、チャネル
数が異なる二つの量子井戸が連続して形成され、該第2
の化合物半導体層の両端にソース電極とドレイン電極が
形成され、該第3の化合物半導体層の平坦面の上にゲー
ト電極が形成され、該ゲート電極とソース電極およびド
レイン電極の間の双方にチャネル制御電極が形成された
構成を採用した。
【0044】また、本発明にかかる第4の半導体装置に
おいては、平坦面とその両側の傾斜面からなる段差基板
上に、第1の化合物半導体層が形成され、その上に該第
1の化合物半導体層よりもエネルギーギャップが小さい
第2の化合物半導体層が形成され、その上に該第2の化
合物半導体層よりもエネルギーギャップが大きい第3の
化合物半導体層が形成され、該第1の化合物半導体層と
第3の化合物半導体層の双方あるいはその一方がアンド
ープの化合物半導体層中にn型不純物を層状に導入して
δドーピングされ、他方がn型不純物が均一ドーピング
されており、該第2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭
い量子井戸が形成され、平坦面に幅が広い量子井戸が形
成されて、チャネル数が異なる二つの量子井戸が連続し
て形成され、該第2の化合物半導体層の両端にソース電
極とドレイン電極が形成され、該第3の化合物半導体層
の平坦面の上にゲート電極が形成された構成を採用し
た。
【0045】
【作用】以下、本発明の量子干渉トランジスタの原理を
説明する。図1(A)〜(C)は、本発明の第1の型の
量子干渉トランジスタの原理説明図である。そして、こ
の図1(A)は本発明の第1の型の量子干渉トランジス
タの構成説明図、図1(B)はそのXX’線におけるバ
ンドエネルギー図、図1(C)はYY’線におけるバン
ドエネルギー図である。
【0046】この図において、1は段差基板、1aは傾
斜面、1bは平坦面、2は第1の半導体層、3は第2の
半導体層、4は第3の半導体層、5はソース領域、6は
ドレイン領域、7はソース電極、8はドレイン領域、9
はゲート電極、Ec は伝導帯の下端、Ef はフェルミ準
位、E0 ,E1 は電子の二次元サブバンド、D1
2 ,D3 は電子の確率密度分布である。
【0047】まず、図1(A)を参照して本発明の第1
の型の量子干渉トランジスタの製造方法の説明を兼ねて
その構成を説明する。この量子干渉トランジスタにおい
ては、(100)基板上に量子井戸を成長するのではな
く、図1に示したような段差基板上に後述の半導体層を
成長して量子井戸を形成することが特徴である。
【0048】傾斜面1aと平坦面1bを有する段差基板
1の上に、第1の半導体層2、第2の半導体層3、第3
の半導体層4を成長し、その両端の第3の半導体層4と
第2の半導体層3と第1の半導体層2を合金化して、ソ
ース領域5とドレイン領域6を形成し、ソース領域5と
ドレイン領域6にソース電極7とドレイン領域8を形成
し、第3の半導体層4の平坦部の上にゲート電極9を形
成する。
【0049】このように、傾斜面1aと平坦面1bを有
する段差基板1の上に半導体層を成長すると、平坦面1
b上に比べて傾斜面1a上の方が層厚が薄くなるため、
平坦面1bと傾斜面1aが存在する段差基板上には、幅
の広い量子井戸と幅の狭い量子井戸が同時に形成され
る。
【0050】図1(A)のような構造に形成した場合、
図1(B)に示したように、狭い量子井戸側では量子井
戸内に形成される量子準位の間隔が広くなるため電子波
を単一モードにし易くなり、また広い量子井戸側では、
図1(C)のように井戸幅が広がったことでエネルギー
バンドの曲がりの効果がより顕著になるため電子波を二
つに分岐し易くなる。
【0051】このように、段差基板1の傾斜面1aにお
いては、第2の半導体層3の全体にわたって電子の二次
元サブバンドE0 がフェルミ準位Ef の下に形成され、
電子の確率密度分布D1 は第2の半導体層2の中央に集
中する。また、ゲート電極9の下の段差基板1の平坦部
1bにおいては、第1の半導体層2側の界面近傍と第3
の半導体層4の側の界面近傍の2か所において電子の二
次元サブバンドE0 およびE1 がフェルミ準位Ef の下
に形成され、電子の確率密度分布D2 ,D3 は第1の半
導体層2側の界面近傍と第3の半導体層4の側の界面近
傍の2か所に局在する。
【0052】しかも段差基板上に各半導体層を成長した
場合、これら幅の狭い量子井戸と幅の広い量子井戸が連
結されるため、結晶成長だけで実効的なリング構造を形
成することができる。また、結晶成長はリソグラフィー
技術に比べて形状の揺らぎが少なく、電子が散乱を受け
ることの極めて少ないリング構造を実現することができ
る。
【0053】図2(A)〜(C)は、本発明の第2の型
の量子干渉トランジスタの原理説明図である。そして、
この図2(A)は本発明の第2の型の量子干渉トランジ
スタの構成説明図、図2(B)はそのXX’線における
バンドエネルギー図、図2(C)はYY’線におけるバ
ンドエネルギー図である。
【0054】この図における符号は、10,11がn+
型不純物領域であるほかは、図1において同符号を付し
て説明したものと同様である。
【0055】図2(A)を参照して本発明の第2の型の
量子干渉トランジスタの製造方法の説明を兼ねてその構
成を説明する。
【0056】傾斜面1aと平坦面1bを有する段差基板
1の上に、第1の半導体層2、第2の半導体層3、第3
の半導体層4を成長し、その両端の第3の半導体層4と
第2の半導体層3と第1の半導体層2を合金化して、ソ
ース領域5とドレイン領域6を形成し、ソース領域5と
ドレイン領域6にソース電極7とドレイン領域8を形成
し、第3の半導体層4の平坦部の上にゲート電極9を形
成する点では図1を参照して説明した本発明の第1の型
の量子干渉トランジスタと同じであるが、製造の途中
で、第1の半導体層2と第3の半導体層4中に、それぞ
れの平坦面の部分に集束イオンビーム法によりSiイオ
ンを注入してn+ 型不純物領域10,11を形成する点
が異なっている。
【0057】図2(A)のような構造においては、前記
の本発明の第1の型の量子干渉トランジスタと同様に、
段差基板1の傾斜面1aにおいて第2の半導体層3の中
央に集中する電子の確率密度分布D1 を、また、ゲート
電極9の下の段差基板1の平坦部1bにおいては、エネ
ルギーバンドの曲がりが急峻になるため、第1の半導体
層2側の界面近傍と第3の半導体層4の側の界面近傍の
2か所に局在した電子の確率密度分布D2 ,D3 を形成
することができる。
【0058】図3は、本発明の第3の型の量子干渉トラ
ンジスタの原理説明図である。この図における符号は、
10がn+ 型不純物領域であり、12,13がチャネル
制御電極であるほかは、すでに図1において同符号を付
して説明したものと同様である。
【0059】図3を参照して本発明の第3の型の量子干
渉トランジスタの製造方法の説明を兼ねてその構成を説
明する。
【0060】傾斜面1aと平坦面1bを有する段差基板
1の上に、第1の半導体層2、第2の半導体層3、第3
の半導体層4を成長し、その両端の第3の半導体層4と
第2の半導体層3と第1の半導体層2を合金化して、ソ
ース領域5とドレイン領域6を形成し、ソース領域5と
ドレイン領域6にソース電極7とドレイン領域8を形成
し、第3の半導体層4の平坦部の上にゲート電極9を形
成する点では図1を参照して説明した本発明の第1の型
の量子干渉トランジスタと同じであるが、第1の半導体
層2の平坦面の第2の半導体層3との界面にn+ 型不純
物領域10が形成され、ゲート電極9のソース領域5側
およびドレイン領域6側にチャネル制御電極12,13
を形成した点が異なっている。
【0061】図3のような構造においては、本発明の第
1の型の量子干渉トランジスタと同様に、段差基板1の
傾斜面1aにおいて第2の半導体層3の中央に集中する
電子の確率密度分布D1 を、また、ゲート電極9の下の
段差基板1の平坦部1bにおいて、第1の半導体層2側
の界面近傍と第3の半導体層4の側の界面近傍の2か所
に局在した電子の確率密度分布D2 ,D3 を形成するこ
とができる(図1(B),(C)参照)。
【0062】前記の本発明の第1、第2、第3の型の量
子干渉トランジスタにおいては、段差基板上に結晶成長
することによって、幅の広い量子井戸と幅の狭い量子井
戸が連結するように形成されるため、容易に量子干渉ト
ランジスタを製造することができる。
【0063】しかしながら、例えば、GaAs段差基板
上にAlGaAs層を成長させた場合、傾斜面の井戸幅
は平坦面の約70%となる。このとき、平坦面で電子波
を二つに分けるためには、ドーピング濃度を5×1017
cm-3程度にすると、平坦面での井戸幅が45〜50n
m程度は必要になり、傾斜面の井戸幅が32〜35nm
程度になる。
【0064】この井戸幅でも電子波はほぼ一つになり量
子干渉は起こるが、量子干渉の効率を上げるためには井
戸幅がもっと狭い方が望ましい。しかしながら、傾斜面
の井戸層を狭くすると、平坦面の井戸幅も狭くなり、今
度は逆に平坦面の電子波が十分に二つに分岐しなくなる
恐れがあるという問題が生じる。
【0065】そこで、この問題に対応するため、電子が
非弾性散乱を受けることなく、良好な干渉効果が得られ
るような構造を有する量子干渉トランジスタを実現する
ことが必要になる。
【0066】図4(A)〜(C)は、本発明の第4の型
の量子干渉トランジスタの原理説明図である。そして、
この図4(A)は本発明の第4の型の量子干渉トランジ
スタの構成説明図、図4(B)はそのXX’線における
バンドエネルギー図、図4(C)はYY’線におけるバ
ンドエネルギー図である。この図における符号は、14
がδドーピングされた第1の半導体層、15がδドーピ
ングされた第3の半導体層であるほかは、すでに図1に
おいて同符号を付して説明したものと同様である。
【0067】図4(A)を参照して本発明の第4の型の
量子干渉トランジスタの製造方法の説明を兼ねてその構
成を説明する。
【0068】本発明の第4の型の量子干渉トランジスタ
においては、傾斜面1aと平坦面1bを有する段差基板
1の上に、第1の半導体層2、第2の半導体層3、第3
の半導体層4を成長し、その両端の第3の半導体層4と
第2の半導体層3と第1の半導体層2を合金化して、ソ
ース領域5とドレイン領域6を形成し、ソース領域5と
ドレイン領域6にソース電極7とドレイン領域8を形成
し、第3の半導体層4の平坦部の上にゲート電極9を形
成する点では図1を参照して説明した本発明の第1の型
の量子干渉トランジスタと同じであるが、電子供給層と
なるエネルギーギャップの大きいアンドープの化合物半
導体からなる第1の半導体層2と第3の半導体層4中
に、不純物を均一にドーピングするのではなく、不純物
をδドーピングによって1原子層だけ導入し、このδド
ーピングされた第1の半導体層14とδドーピングされ
た第3の半導体層15によってエネルギーバンドの曲が
りを急峻にする点が特徴である。
【0069】図4(A)のような構造においては、段差
基板1の傾斜面1aにおいて、図4(B)に示されるよ
うに、第2の半導体層3の中央に集中する電子の確率密
度分布D1 を、また、ゲート電極9の下の段差基板1の
平坦部1bにおいては、エネルギーバンドの曲がりがよ
り急峻になるため、図4(C)に示されるように、第1
の半導体層2側の界面近傍と第3の半導体層4の側の界
面近傍の2か所に局在した電子の確率密度分布D2 ,D
3 を形成し、幅の広い井戸での電子波の分岐が顕著にな
【0070】そのため、傾斜面での電子波が十分一つに
なるように井戸幅を狭くしても、平坦面での電子波が十
分二つに分岐するため、干渉効果がより高い量子干渉ト
ランジスタを実現することができる。
【0071】本発明の量子干渉トランジスタにおいて
は、段差基板上に量子井戸を成長するため、幅の狭い量
子井戸と幅の広い量子井戸を同時に形成することがで
き、しかも両者は連結しており結晶成長だけで量子干渉
構造を形成することができる。
【0072】また、結晶成長により、量子干渉構造を形
成することができるため、電子波のチャネルに沿った層
厚に揺らぎがないようにすることができる。したがっ
て、電子波のモードを容易に単一化することができ、電
子波の干渉性が極めて高い量子干渉トランジスタを実現
することができる。
【0073】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図5は、第1実施例の量子干渉トランジ
スタの構成説明図である。この図において、21は半絶
縁性GaAs段差基板、21aは傾斜面、21bは平坦
面、22はGaAsバッファ層、23はAlGaAsバ
ッファ層、24はn型AlGaAs層、25はAlGa
As層、26はGaAsチャネル層、27はAlGaA
s層、28はn型AlGaAs層、29はn型GaAs
層、30はソース領域、31はドレイン領域、32はソ
ース電極、33はドレイン電極、34はゲート電極であ
る。
【0074】この図5を参照して第1実施例の量子干渉
トランジスタの構成およびその製造方法を説明する。
【0075】第1工程 表面が平坦なGaAs(100)基板の上に、光露光に
よりラインアンドスペースのレジストパターン(商品名
OMR)を形成し、このレジストパターンをマスクに
し、H3 PO4 :H2 2 =1:10をエッチング液と
し、11℃でウェットエッチングを行う。
【0076】この工程によって、(100)面に対して
55°の角度をもつ(111)A面が現れ、傾斜面21
aと平坦面21bからなる順メサ状の半絶縁性GaAs
段差基板21が自ずと形成される。その後このエッチン
グに用いられたレジストを除去する。
【0077】第2工程 このように形成されたGaAs段差基板21の上に、分
子線エピタキシー(MBE)法を用いて、層厚1μmの
アンドープGaAsバッファ層22および層厚0.3μ
mのアンドープAlGaAaバッファ層23を介して、
層厚20nm、濃度1×1017cm-3のn型AlGaA
s層24を形成する。
【0078】第3工程 また、このn型AlGaAs層24の上に、層厚6nm
のアンドープAlGaAs層25を介して、層厚50n
mのアンドープGaAsチャネル層26を形成する。
【0079】第4工程 さらに、このGaAsチャネル層26の上に、層厚6n
mのアンドープAlGaAs層27を介して、層厚0.
1μm、濃度1×1017cm-3のn型AlGaAs層2
8を形成する。
【0080】さらにこのn型AlGaAs層28の上
に、層厚0.1μm、濃度1×1018cm-3のn型Ga
As層29を形成する。なお、上記の層厚はすべて平坦
部における値である。このとき、アンドープGaAs層
26には2次元電子ガスが形成される。
【0081】以上の結晶成長においては、高品質の結晶
を得るためにn型不純物としてシリコンを用い、基板温
度540℃、V/III比14〜16の範囲、特に、15程
度で行う。傾斜面である(111)A面においてはシリ
コンは両性不純物として働くが、この成長条件により、
平坦面のみならず傾斜面もn型とすることができ、か
つ、高品質の結晶を成長することができる。
【0082】第5工程 また、アンドープGaAsチャネル層26の両側に、そ
れぞれソース領域30およびドレイン領域31を形成
し、これらソース領域30およびドレイン領域31上に
は、それぞれAuGe/Auからなるソース電極32と
ドレイン電極33を形成する。
【0083】これらの製造方法は、まずn型GaAs層
29の上にソース電極32およびドレイン電極33とし
てAuGeを20nm程度、さらにAuを300nm程
度蒸着した後、450℃の温度に1分間程度加熱して合
金化し、GaAsチャネル層26に達するアロイ領域を
形成することにより、ソース領域30およびドレイン領
域31とを形成する。
【0084】したがって、GaAsチャネル層26に発
生する2次元電子が、これらソース領域30およびドレ
イン領域31を介してソース電極32およびドレイン電
極33にコンタクトされる。
【0085】第6工程 さらに、GaAsチャネル層26の中央部上方のn型G
aAs層29の上に、Alを蒸着してゲート電極34を
形成する。
【0086】上記の第3工程と第4工程において形成し
たアンドープAlGaAs層25とアンドープGaAs
チャネル層26は、スペーサとして機能し、バンド形状
や電子濃度を設計値通りに制御する。
【0087】(第2実施例)図6は、第2実施例の量子
干渉トランジスタの構成説明図である。この図におい
て、35がn+ 型不純物領域、37,38がチャネル制
御電極である他は第1実施例の図5において同符号を付
して用いたものと同様である。
【0088】この図6を参照して第2実施例の量子干渉
トランジスタの構成およびその製造方法を説明する。
【0089】第1工程 表面が平坦なGaAs(100)基板上に、光露光によ
りラインアンドスペースのレジストパターン(OMR)
を形成し、このレジストパターンをマスクにし、H3
4 :H2 2 =1:10をエッチング液とし、11℃
でウェットエッチングを行う。
【0090】この工程によって、(100)面に対して
55°の角度をもつ(111)A面が現れ、傾斜面21
aと平坦面21bからなる順メサ状の段差基板21が形
成される。その後このエッチングに用いられたレジスト
を除去する。
【0091】第2工程 このように形成されたGaAs段差基板21の上に、分
子線エピタキシー(MBE)法を用いて、層厚1μmの
アンドープGaAsバッファ層22および層厚0.6μ
mのアンドープAlGaAsバッファ層23を介して、
層厚20nm、濃度5×1016cm-3のn型AlGaA
s層24を形成する。
【0092】そして、n型AlGaAs層24の中央部
に、高濃度のn+ 型不純物領域35を形成する。このn
+ 型不純物領域35は、試料を超高真空中で集束イオン
ビーム注入機に移動し、Si集束イオンビームを用いて
0.2μm幅でライン状に注入することにより形成す
る。このときの注入条件は、加速電圧10〜40ke
V、ドーズ量1×1012cm -2である。
【0093】なお、前記の理由によって、各n型半導体
層を成長する過程でn型不純物としてシリコンを選択し
たため、この工程においても、電子の形成過程を同じに
するためにn+ 型不純物領域35を形成するための不純
物としてシリコンを用いている。また、注入場所を正確
にするために、シリコンを集束イオンビーム注入機を用
いて注入している。
【0094】第3工程 その後、再び試料を成長室に戻し、分子線エピタキシー
(MBE)法を用いて、n型AlGaAs層24および
+ 型不純物領域35の上に、層厚10nmのアンドー
プAlGaAs層25を介して、層厚30nmのアンド
ープGaAsチャネル層26を形成する。
【0095】第4工程 このGaAsチャネル層26の上に、層厚10nmのア
ンドープAlGaAs層27、層厚50nm、濃度1×
1018cm-3のn型AlGaAs層28および層厚0.
1μm、濃度1×1018cm-3のn型GaAs層29を
形成する。この場合も成長時の基板温度は540℃、V
/III 比は15程度である。
【0096】第5工程 また、アンドープGaAsチャネル層26の両側に、そ
れぞれソース領域30およびドレイン領域31を形成
し、これらソース領域30およびドレイン領域31上に
は、それぞれAuGe/Auからなるソース電極32と
ドレイン電極33を形成する。
【0097】これらの製造方法は、まずn型GaAs層
29の上にソース電極32およびドレイン電極33とし
てAuGeを20nm程度、さらにAuを300nm程
度蒸着した後、450℃の温度に1分間程度加熱して合
金化し、GaAsチャネル層26に達するアロイ領域を
形成することにより、ソース領域30およびドレイン領
域31とを形成する。
【0098】したがって、GaAsチャネル層26に発
生する2次元電子が、これらソース領域30およびドレ
イン領域31を介してソース電極32およびドレイン電
極33にコンタクトされる。
【0099】第6工程 さらに、GaAsチャネル層26の中央部上方のn型G
aAs層29の上に、Alを蒸着してゲート電極34を
形成する。さらに、アンドープGaAsチャネル層26
のゲート電極34を挟んでそれぞれソース電極32側お
よびドレイン電極33側にAlからなるチャネル制御電
極37,38を形成する。
【0100】なお、上記第2の実施例においては、n型
AlGaAs層24の中央部にn+型不純物領域35を
設け、かつ、ゲート電極34の両側にチャネル制御電極
37,38を設けているが、この組み合わせの代わり
に、n型AlGaAs層24の中央部にn+ 型不純物領
域を設け、かつ、同様のn+ 型不純物領域をn型AlG
aAs層28の中央部にn+ 型不純物領域35に相対さ
せて形成して、同様の作用および効果を奏することがで
きる。
【0101】(第3実施例)図7は、第3実施例の量子
干渉トランジスタの構成説明図である。この図におい
て、41は半絶縁性GaAs段差基板、41aは傾斜
面、41bは平坦面、42はGaAsバッファ層、43
はAlGaAs層、44はn型δドーピングAlGaA
s層、45はAlGaAs層、46はGaAsチャネル
層、47はAlGaAs層、48はn型δドーピングA
lGaAs層、49はAlGaAs層、50はn型Ga
As層、51はソース領域、52はドレイン領域、53
はソース電極、54はドレイン電極、55はゲート電極
である。
【0102】この図7を参照して第3実施例の量子干渉
トランジスタの構成およびその製造方法を説明する。
【0103】第1工程 表面が平坦なGaAs(100)基板41の上に、光露
光によりラインアンドスペースのレジストパターン(O
MR)を形成し、このレジストパターンをマスクにし、
3 PO4 :H2 2 =1:10をエッチング液とし、
11℃でウェットエッチングを行う。
【0104】この工程によって、(100)面に対して
55°の角度をもつ(111)A面が現れ、傾斜面41
aと平坦面41bからなる順メサ状の段差基板41が形
成される。その後このエッチングに用いられたレジスト
を除去する。
【0105】第2工程 このように形成されたGaAs段差基板41の上に、分
子線エピタキシー(MBE)法を用いて、層厚1μmの
アンドープGaAsバッファ層42および層厚0.3μ
mのアンドープAlGaAs層43を形成する。
【0106】第3工程 そして、このアンドープAlGaAs層43の上にSi
を1原子層だけδドーピングしてn型δドーピングAl
GaAs層44を形成する。ドーピング濃度としては面
濃度5×1012cm-2程度とする。
【0107】第4工程 このn型δドーピングAlGaAs層44の上に、アン
ドープAlGaAs層45を15nm形成する。そして
その上に、層厚30nmのアンドープGaAsチャネル
層46を形成する。
【0108】第5工程 さらにこのアンドープGaAsチャネル層46の上に、
層厚15nmのアンドープAlGaAs層47を介し
て、Siを面積濃度5×1012cm-2程度δドーピング
してn型δドーピングAlGaAs層48を形成し、こ
のn型δドーピングAlGaAs層48の上に、層厚
0.1μmのアンドープAlGaAs層49を形成す
る。
【0109】そして最後に、このアンドープAlGaA
s層49の上に、層厚0.1μm、濃度1×1018cm
-3のn型GaAs層50を形成する。なお、ここでも層
厚はすべて平坦面における値である。この構成におい
て、アンドープGaAsチャネル層46には二次元電子
ガスが形成される。
【0110】なお以上の結晶成長においては、基板温度
が540℃、V/III 比が15程度で行う。この条件に
より、平坦面のみならず傾斜面もSiをn型ドーパント
とすることができ、かつ、高品質の結晶を成長すること
ができる。
【0111】第6工程 また、アンドープGaAsチャネル層46の両端には、
それぞれソース領域51およびドレイン領域52が形成
され、これらソース領域51、ドレイン領域52の上に
は、第1実施例において説明した工程によって、AuG
e/Auからなるソース電極53とドレイン電極54を
形成する。したがって、アンドープGaAsチャネル層
46に発生する二次元電子が、これらソース領域51お
よびドレイン領域52を介してソース電極53およびド
レイン電極54に接続される。
【0112】第7工程 さらに、アンドープGaAsチャネル層46の中央部上
方のn型GaAs層50の上に、Alを蒸着してゲート
電極55を形成する。
【0113】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子干渉
トランジスタおよびその製造方法によると、電子が非弾
性散乱を受けることはないから、良好な干渉効果が得ら
れ、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を提供することが可能にな
り、電子波を用いるために電子機器の高度化および高集
積化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は、本発明の第1の型の量子干
渉トランジスタの原理説明図である。
【図2】(A)〜(C)は、本発明の第2の型の量子干
渉トランジスタの原理説明図である。
【図3】本発明の第3の型の量子干渉トランジスタの原
理説明図である。
【図4】(A)〜(C)は、本発明の第4の型の量子干
渉トランジスタの原理説明図である。
【図5】第1実施例の量子干渉トランジスタの構成説明
図である。
【図6】第2実施例の量子干渉トランジスタの構成説明
図である。
【図7】第3実施例の量子干渉トランジスタの構成説明
図である。
【図8】従来の量子干渉トランジスタの構成説明図であ
る。
【図9】先に提案された量子干渉トランジスタ(I )の
構成説明図である。
【図10】(A)〜(C)は、先に提案された量子干渉
トランジスタ(II) の構成説明図である。
【図11】(A)〜(C)は、先に提案された量子干渉
トランジスタ(III)の構成説明図である。
【図12】先に提案された量子干渉トランジスタ(IV)
の構成説明図である。
【符号の説明】
1 段差基板 1a 傾斜面 1b 平坦面 2 第1の半導体層 3 第2の半導体層 4 第3の半導体層 5 ソース領域 6 ドレイン領域 7 ソース電極 8 ドレイン領域 9 ゲート電極 10,11 n+ 型不純物領域 12,13 チャネル制御電極 14 δドーピングされた第1の半導体層 15 δドーピングされた第3の半導体層 Ec 伝導帯の下端 Ef フェルミ準位 E0 ,E1 電子の二次元サブバンド D1 ,D2 ,D3 電子の確率密度分布

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段差
    基板上に、n型の第1の化合物半導体層が形成され、そ
    の上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネルギー
    ギャップが小さい第2の化合物半導体層が形成され、そ
    の上に該第2の化合物半導体層よりもエネルギーギャッ
    プが大きいn型の第3の化合物半導体層が形成され、該
    第2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井戸が形
    成され、平坦面に幅が広い量子井戸が形成されて、チャ
    ネル数が異なる二つの量子井戸が連続して形成され、該
    第2の化合物半導体層の両端にソース電極とドレイン電
    極が形成され、該第3の化合物半導体層の平坦面の上に
    ゲート電極が形成されてなることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段差
    基板上に、n型の第1の化合物半導体層が形成され、そ
    の上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネルギー
    ギャップが小さい第2の化合物半導体層が形成され、そ
    の上に該第2の化合物半導体層よりもエネルギーギャッ
    プが大きいn型の第3の化合物半導体層が形成され、該
    第1の化合物半導体層または第3の化合物半導体層とと
    もにその平坦面にn型の不純物が高濃度に添加され、該
    第2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井戸が形
    成され、平坦面に幅が広い量子井戸が形成されて、チャ
    ネル数が異なる二つの量子井戸が連続して形成され、該
    第2の化合物半導体層の両端にソース電極とドレイン電
    極が形成され、該第3の化合物半導体層の平坦面の上に
    ゲート電極が形成されてなることを特徴とする半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段差
    基板上に、n型の第1の化合物半導体層が形成され、そ
    の上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネルギー
    ギャップが小さい第2の化合物半導体層が形成され、そ
    の上に該第2の化合物半導体層よりもエネルギーギャッ
    プが大きいn型の第3の化合物半導体層が形成され、該
    第1の化合物半導体層または第3の化合物半導体層とと
    もにその平坦面にn型の不純物が高濃度に添加され、該
    第2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井戸が形
    成され、平坦面に幅が広い量子井戸が形成されて、チャ
    ネル数が異なる二つの量子井戸が連続して形成され、該
    第2の化合物半導体層の両端にソース電極とドレイン電
    極が形成され、該第3の化合物半導体層の平坦面の上に
    ゲート電極が形成され、該ゲート電極とソース電極およ
    びドレイン電極の間の双方にチャネル制御電極が形成さ
    れてなることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 第2の化合物半導体層とn型の第1の化
    合物半導体層およびn型の第3の化合物半導体層との間
    の双方あるいはその一方に、第2の化合物半導体層より
    もエネルギーギャップが大きいアンドープの第4の化合
    物半導体層が形成されていることを特徴とする請求項1
    ないし請求項3のいずれか1項に記載された半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段差
    基板上に、第1の化合物半導体層が形成され、その上に
    該第1の化合物半導体層よりもエネルギーギャップが小
    さい第2の化合物半導体層が形成され、その上に該第2
    の化合物半導体層よりもエネルギーギャップが大きい第
    3の化合物半導体層が形成され、該第1の化合物半導体
    層と第3の化合物半導体層の双方あるいはその一方がア
    ンドープの化合物半導体層中にn型不純物を層状に導入
    してδドーピングされ、他方がn型不純物が均一ドーピ
    ングされており、該第2の化合物半導体層の傾斜面に幅
    が狭い量子井戸が形成され、平坦面に幅が広い量子井戸
    が形成されて、チャネル数が異なる二つの量子井戸が連
    続して形成され、該第2の化合物半導体層の両端にソー
    ス電極とドレイン電極が形成され、該第3の化合物半導
    体層の平坦面の上にゲート電極が形成されてなることを
    特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 段差基板の平坦面が(100)面で、傾
    斜面が(111)A面であることを特徴とする請求項1
    ないし請求項5のいずれか1項に記載された半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段差
    基板上に、n型の第1の化合物半導体層を形成する工程
    と、その上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネ
    ルギーギャップが小さい第2の化合物半導体層を形成す
    る工程と、その上に該第2の化合物半導体層よりもエネ
    ルギーギャップが大きいn型の第3の化合物半導体層を
    形成する工程と、該第2の化合物半導体層の両端にソー
    ス電極とドレイン電極を形成する工程と、該第3の化合
    物半導体層の平坦面の上にゲート電極を形成する工程を
    含み、該第2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子
    井戸を、また、平坦面に幅が広い量子井戸を形成し、チ
    ャネル数が異なる二つの量子井戸を連続して形成するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 第1の化合物半導体層と第3の化合物半
    導体層をn型にする不純物がシリコンであることを特徴
    とする請求項7に記載された半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段差
    基板上に、n型の第1の化合物半導体層を形成する工程
    と、その上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエネ
    ルギーギャップが小さい第2の化合物半導体層を形成す
    る工程と、その上に該第2の化合物半導体層よりもエネ
    ルギーギャップが大きいn型の第3の化合物半導体層を
    形成する工程と、該第1の化合物半導体層または第3の
    化合物半導体層とともにその平坦面にn型の不純物を選
    択的に高濃度に導入する工程と、該第2の化合物半導体
    層の両端にソース電極とドレイン電極を形成する工程
    と、該第3の化合物半導体層の平坦面の上にゲート電極
    を形成する工程を含み、該傾斜面に幅が狭い量子井戸
    を、また、平坦面に幅が広い量子井戸を形成し、チャネ
    ル数が異なる二つの量子井戸を連続して形成することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 第1の化合物半導体層と第3の化合物
    半導体層の双方あるいはその一方の平坦面に、n型不純
    物を集束イオンビーム(FIB)注入法により注入する
    ことを特徴とする請求項9に記載された半導体装置の製
    造方法。
  11. 【請求項11】 第1の化合物半導体層と第3の化合物
    半導体層の双方あるいはその一方の平坦面に注入するn
    型不純物がSi+ イオンであることを特徴とする請求項
    9に記載された半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段
    差基板上に、n型の第1の化合物半導体層を形成する工
    程と、その上に該n型の第1の化合物半導体層よりもエ
    ネルギーギャップが小さい第2の化合物半導体層を形成
    する工程と、その上に該第2の化合物半導体層よりもエ
    ネルギーギャップが大きいn型の第3の化合物半導体層
    を形成する工程と、該第1の化合物半導体層または第3
    の化合物半導体層とともにその平坦面にn型の不純物を
    選択的に高濃度に注入する工程と、該第2の化合物半導
    体層の両端にソース電極とドレイン電極を形成する工程
    と、該第3の化合物半導体層の平坦面の上にゲート電極
    と、該ゲート電極とソース電極およびドレイン電極の間
    の双方にチャネル制御電極を形成する工程を含み、該第
    2の化合物半導体層の傾斜面に幅が狭い量子井戸を形成
    し、平坦面に幅が広い量子井戸を形成して、チャネル数
    が異なる二つの量子井戸を連続して形成することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 アンドープの第2の化合物半導体層と
    n型の第1の化合物半導体層およびn型の第3の化合物
    半導体層との間の双方あるいはその一方に、第2の化合
    物半導体層よりもエネルギーギャップが大きいアンドー
    プの第4の化合物半導体層を形成する工程を設けること
    を特徴とする請求項7ないし請求項12のいずれか1項
    に記載された半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 平坦面とその両側の傾斜面からなる段
    差基板上に、第1の化合物半導体層を成長する工程と、
    その上に該第1の化合物半導体層よりもエネルギーギャ
    ップが小さい第2の化合物半導体層を成長する工程と、
    その上に該第2の化合物半導体層よりもエネルギーギャ
    ップが大きい第3の化合物半導体層を成長する工程と、
    該第2の化合物半導体層の両端にソース電極とドレイン
    電極を形成する工程と、該第3の化合物半導体層の平坦
    面の上にゲート電極を形成する工程を含み、該第1の化
    合物半導体層と第3の化合物半導体層の双方あるいはそ
    の一方を、アンドープの化合物半導体層を成長する工程
    と、その成長の途中でn型不純物をδドーピングする工
    程と、さらにその上にアンドープの化合物半導体層を再
    び成長する工程によって形成し、δドーピングしない化
    合物半導体層をn型に均一ドーピングして、該傾斜面に
    幅が狭い量子井戸を、また、平坦面に幅が広い量子井戸
    を形成し、チャネル数が異なる二つの量子井戸を連続し
    て形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 n型のδドーピング層を形成する不純
    物がシリコンであることを特徴とする請求項14に記載
    された半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 段差基板の平坦面が(100)面で、
    傾斜面が(111)A面であることを特徴とする請求項
    7ないし請求項15のいずれか1項に記載された半導体
    装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 結晶成長時の基板温度が530℃ない
    し550℃であり、III-V族化合物半導体の結晶成長時
    のV/III比が14ないし16であることを特徴とする請
    求項7ないし請求項16のいずれか1項に記載された半
    導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101719510A (zh) * 2008-10-09 2010-06-02 三星电子株式会社 量子干涉晶体管及其制造和操作方法

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