JPH06244211A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH06244211A JPH06244211A JP4723693A JP4723693A JPH06244211A JP H06244211 A JPH06244211 A JP H06244211A JP 4723693 A JP4723693 A JP 4723693A JP 4723693 A JP4723693 A JP 4723693A JP H06244211 A JPH06244211 A JP H06244211A
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- barrier
- channel
- semiconductor layer
- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ゲートに高電圧が印加されてチャネルが狭め
られてもキャリアが漏れ出すことがないようにして、Ｍ
ＥＳＦＥＴのｇm の低下を防止し、短チャネル効果を抑
制する。また、量子細線を容易にかつ安定に形成しうる
ようにする。 【構成】 チャネル層となるｎ−ＧａＡ活性層４の上下
面に、ｉ−ＡｌＧａＡｓバリア層３ａ、３ｂを配置す
る。これら３層の側面に接するように一対のショットキ
ー金属層８を設ける。
られてもキャリアが漏れ出すことがないようにして、Ｍ
ＥＳＦＥＴのｇm の低下を防止し、短チャネル効果を抑
制する。また、量子細線を容易にかつ安定に形成しうる
ようにする。 【構成】 チャネル層となるｎ−ＧａＡ活性層４の上下
面に、ｉ−ＡｌＧａＡｓバリア層３ａ、３ｂを配置す
る。これら３層の側面に接するように一対のショットキ
ー金属層８を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に、広エネルギーギャップ材料層およびショットキー障
壁により囲まれたチャネルを有する半導体装置に関す
る。量子効果が現れる程度に狭小化されたチャネルは量
子細線、点状チャネル等と呼ばれるが、本発明の半導体
装置には、この種チャネルを有するものも含まれる。
に、広エネルギーギャップ材料層およびショットキー障
壁により囲まれたチャネルを有する半導体装置に関す
る。量子効果が現れる程度に狭小化されたチャネルは量
子細線、点状チャネル等と呼ばれるが、本発明の半導体
装置には、この種チャネルを有するものも含まれる。
【０００２】
【従来の技術】ショットキー金属層に印加する電圧によ
ってチャネル幅を制御する半導体装置としてはＭＥＳＦ
ＥＴ（ Metal−Semiconductor ＦＥＴ）知られている。
ＦＥＴのモデルを初めて提案したW.Schockley は、Pro
c．IRE,40,pp.1365−1376（1952）において、ＭＥＳＦ
ＥＴの動作を図５のように仮定して議論を展開してい
る。同図に示されるように、ｎ−ＧａＡｓチャネル層１
３を挟んで一対のオーミック領域１４が設けられ、チャ
ネル層１３のオーミック領域の設けられていない側の辺
に一対のショットキー電極１６が設けられる。このモデ
ルによれば、チャネルは対向したショットキー電極によ
り両側から変調を受け、図示されたようなピンチオフ時
には両側から延びる空乏層１７によりチャネルは完全に
閉じられる。図の紙面手前と奥が真空準位であるとすれ
ば、ゲート耐圧の範囲内でキャリアは何処にも漏れな
い。しかし、現実のＦＥＴではエピタキシャル結晶成長
技術とプロセス技術上の制約により、チャネルを両側か
ら変調することができなかったため、図のＡ−Ａ′線よ
り下側にはバンドギャップ差によるポテンシャル障壁を
持つバッファ層を配置することでキャリアの閉じ込めを
図ってきた。
ってチャネル幅を制御する半導体装置としてはＭＥＳＦ
ＥＴ（ Metal−Semiconductor ＦＥＴ）知られている。
ＦＥＴのモデルを初めて提案したW.Schockley は、Pro
c．IRE,40,pp.1365−1376（1952）において、ＭＥＳＦ
ＥＴの動作を図５のように仮定して議論を展開してい
る。同図に示されるように、ｎ−ＧａＡｓチャネル層１
３を挟んで一対のオーミック領域１４が設けられ、チャ
ネル層１３のオーミック領域の設けられていない側の辺
に一対のショットキー電極１６が設けられる。このモデ
ルによれば、チャネルは対向したショットキー電極によ
り両側から変調を受け、図示されたようなピンチオフ時
には両側から延びる空乏層１７によりチャネルは完全に
閉じられる。図の紙面手前と奥が真空準位であるとすれ
ば、ゲート耐圧の範囲内でキャリアは何処にも漏れな
い。しかし、現実のＦＥＴではエピタキシャル結晶成長
技術とプロセス技術上の制約により、チャネルを両側か
ら変調することができなかったため、図のＡ−Ａ′線よ
り下側にはバンドギャップ差によるポテンシャル障壁を
持つバッファ層を配置することでキャリアの閉じ込めを
図ってきた。
【０００３】図６は、そのような構成を有する従来のＭ
ＥＳＦＥＴの断面図である。同図において、２１は半絶
縁性ＧａＡｓ基板（以下、Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板と記
す）、２２は、ｉ−ＡｌＧａＡｓバッファ層、２３は、
ｎ−ＧａＡｓチャネル層、２４は、ｎ+ −ＧａＡｓコン
タクト層、２５はオーミック電極、２６はショットキー
電極である。ショットキー電極２６に印加される電圧に
よってチャネル層内の空乏層の広がりが制御され、この
広がりによってオーミック電極間のチャネルに流れるキ
ャリアが制御される。ショットキー電極２６に高電圧が
印加されて空乏層２７がチャネル層２３内全体に拡がっ
た場合、図に示すように、キャリアはチャネルから閉め
出され、チャネルの下に位置するバッファ層２２内に漏
れ電流２８が流れるようになる。
ＥＳＦＥＴの断面図である。同図において、２１は半絶
縁性ＧａＡｓ基板（以下、Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板と記
す）、２２は、ｉ−ＡｌＧａＡｓバッファ層、２３は、
ｎ−ＧａＡｓチャネル層、２４は、ｎ+ −ＧａＡｓコン
タクト層、２５はオーミック電極、２６はショットキー
電極である。ショットキー電極２６に印加される電圧に
よってチャネル層内の空乏層の広がりが制御され、この
広がりによってオーミック電極間のチャネルに流れるキ
ャリアが制御される。ショットキー電極２６に高電圧が
印加されて空乏層２７がチャネル層２３内全体に拡がっ
た場合、図に示すように、キャリアはチャネルから閉め
出され、チャネルの下に位置するバッファ層２２内に漏
れ電流２８が流れるようになる。
【０００４】図７の（ａ）は、特開平３−１６１８３号
公報において提案された量子干渉素子の断面図である。
同図において、３１はＳ．Ｉ．ＧａＡｓ基板、３２はＧ
ａＡｓチャネル層、３３はｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給
層、３４はｎ−ＧａＡｓキャップ層、３５は、チャネル
を２つに分けるための高抵抗部、３６ａ、３６ｂはショ
ットキー電極である。なお、ソース電極とドレイン電極
は、紙面の手前と奥に配置されている。図７の（ｂ）、
（ｃ）は図示された断面における伝導帯ＥC の状態を示
す図である。ショットキー電極３６ａ、３６ｂに印加さ
れる電圧を制御してチャネル層３２に延びる空乏層を拡
げ、チャネル幅を電子のド・ブロイ波長程度に狭めると
点状チャネル３７ａ、３７ｂを通過する電子のエネルギ
ーは量子化され、量子準位が形成される。
公報において提案された量子干渉素子の断面図である。
同図において、３１はＳ．Ｉ．ＧａＡｓ基板、３２はＧ
ａＡｓチャネル層、３３はｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給
層、３４はｎ−ＧａＡｓキャップ層、３５は、チャネル
を２つに分けるための高抵抗部、３６ａ、３６ｂはショ
ットキー電極である。なお、ソース電極とドレイン電極
は、紙面の手前と奥に配置されている。図７の（ｂ）、
（ｃ）は図示された断面における伝導帯ＥC の状態を示
す図である。ショットキー電極３６ａ、３６ｂに印加さ
れる電圧を制御してチャネル層３２に延びる空乏層を拡
げ、チャネル幅を電子のド・ブロイ波長程度に狭めると
点状チャネル３７ａ、３７ｂを通過する電子のエネルギ
ーは量子化され、量子準位が形成される。
【０００５】いま、ショットキー電極３６ａ、３６ｂに
同一の電圧が印加されているものとすると、点状チャネ
ル３７ａ、３７ｂのチャネル断面積が等しくなるため、
図７の（ｂ）に示されるように、そこに形成されるサブ
バンドＥ01、Ｅ02は等しくなる。この場合、点状チャネ
ル３７ａ、３７ｂを通り抜ける電子波に位相差は生じな
い。ショットキー電極３６ｂ側の電位を、３６ａ側の電
位より低くすると（絶対値で大きくすると）、ショット
キー電極３６ｂ側の空乏層が相対的に大きく拡がり点状
チャネル３７ｂ側のチャネル幅が相対的に狭くなる。そ
のため点状チャネル３７ｂのサブバンドＥ02の方がサブ
バンドＥ01より高くなり、点状チャネル３７ａ、３７ｂ
を通り抜ける電子波に位相差が生じ、両電子波の干渉に
よりドレイン電流が変化する。
同一の電圧が印加されているものとすると、点状チャネ
ル３７ａ、３７ｂのチャネル断面積が等しくなるため、
図７の（ｂ）に示されるように、そこに形成されるサブ
バンドＥ01、Ｅ02は等しくなる。この場合、点状チャネ
ル３７ａ、３７ｂを通り抜ける電子波に位相差は生じな
い。ショットキー電極３６ｂ側の電位を、３６ａ側の電
位より低くすると（絶対値で大きくすると）、ショット
キー電極３６ｂ側の空乏層が相対的に大きく拡がり点状
チャネル３７ｂ側のチャネル幅が相対的に狭くなる。そ
のため点状チャネル３７ｂのサブバンドＥ02の方がサブ
バンドＥ01より高くなり、点状チャネル３７ａ、３７ｂ
を通り抜ける電子波に位相差が生じ、両電子波の干渉に
よりドレイン電流が変化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＭＥＳ
ＦＥＴでは、チャネル層下にｉ−ＡｌＧａＡｓバッファ
層を配置してキャリア閉じ込めを図っていたが、チャネ
ル層−バッファ層間にはバンドギャップ差程度の障壁が
形成されるだけであるため、キャリア閉じ込め効果が十
分ではなく、ゲート（ショットキー電極）に高電圧が印
加された場合にはキャリアがバッファ層側へ漏れ出し、
その結果、ピンチオフ近傍でのｇm が低下し、またショ
ートチャネル効果が現れやすくなり、そのためＦＥＴの
設計の自由度が制約を受けていた。
ＦＥＴでは、チャネル層下にｉ−ＡｌＧａＡｓバッファ
層を配置してキャリア閉じ込めを図っていたが、チャネ
ル層−バッファ層間にはバンドギャップ差程度の障壁が
形成されるだけであるため、キャリア閉じ込め効果が十
分ではなく、ゲート（ショットキー電極）に高電圧が印
加された場合にはキャリアがバッファ層側へ漏れ出し、
その結果、ピンチオフ近傍でのｇm が低下し、またショ
ートチャネル効果が現れやすくなり、そのためＦＥＴの
設計の自由度が制約を受けていた。
【０００７】また、従来の量子干渉素子でも、ゲート
（ショットキー電極）に高電圧が印加されると、キャリ
アが基板側へ漏れ出すという問題点があった（図７の
（ａ）において、漏れ電流領域を３８ａ、３８ｂで示
す）。特に、量子効果は、電子をその自由度を制限して
電子のド・ブロイ波長程度の空間に閉じ込めることによ
り得られる効果であるため、電子がチャネル外に漏れ出
すことは量子効果が損なわれることとなり、電子波の干
渉を利用する量子干渉素子としては致命的な欠点とな
る。
（ショットキー電極）に高電圧が印加されると、キャリ
アが基板側へ漏れ出すという問題点があった（図７の
（ａ）において、漏れ電流領域を３８ａ、３８ｂで示
す）。特に、量子効果は、電子をその自由度を制限して
電子のド・ブロイ波長程度の空間に閉じ込めることによ
り得られる効果であるため、電子がチャネル外に漏れ出
すことは量子効果が損なわれることとなり、電子波の干
渉を利用する量子干渉素子としては致命的な欠点とな
る。
【０００８】よって、本発明の目的とするところは、キ
ャリア閉じ込め効果の高いチャネル構造を提案し、もっ
て、ｇm 値が高くかつショートチャネル効果の現れにく
いＦＥＴを提供し、また量子効果デバイスにおいて量子
効果の発現性を高めその特性を安定化することである。
ャリア閉じ込め効果の高いチャネル構造を提案し、もっ
て、ｇm 値が高くかつショートチャネル効果の現れにく
いＦＥＴを提供し、また量子効果デバイスにおいて量子
効果の発現性を高めその特性を安定化することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、チャネルを構成する活性半
導体層と、該活性半導体層下に設けられた、該活性半導
体層を構成する半導体のエネルギーギャップより広いエ
ネルギーギャップの半導体からなるバリア半導体層と、
前記活性半導体層上に設けられた、前記チャネル内を通
過するキャリアに対して障壁となるバリア層と、前記チ
ャネルの両端に設けられた一対のオーミック電極と、前
記チャネルを挾むように、前記バリア半導体層、前記活
性半導体層および前記バリア層の側面に設けられた、前
記バリア半導体層および前記活性半導体層に対してショ
ットキー障壁を形成する一対のショットキー金属層と、
を備えている。そして、活性半導体層を完全には空乏化
することなく、バリア半導体層およびバリア層を完全に
空乏化するために、活性半導体層をｎ型化し、バリア半
導体層またはバリア半導体層およびバリア層を真性半導
体により構成する。
め、本発明の半導体装置は、チャネルを構成する活性半
導体層と、該活性半導体層下に設けられた、該活性半導
体層を構成する半導体のエネルギーギャップより広いエ
ネルギーギャップの半導体からなるバリア半導体層と、
前記活性半導体層上に設けられた、前記チャネル内を通
過するキャリアに対して障壁となるバリア層と、前記チ
ャネルの両端に設けられた一対のオーミック電極と、前
記チャネルを挾むように、前記バリア半導体層、前記活
性半導体層および前記バリア層の側面に設けられた、前
記バリア半導体層および前記活性半導体層に対してショ
ットキー障壁を形成する一対のショットキー金属層と、
を備えている。そして、活性半導体層を完全には空乏化
することなく、バリア半導体層およびバリア層を完全に
空乏化するために、活性半導体層をｎ型化し、バリア半
導体層またはバリア半導体層およびバリア層を真性半導
体により構成する。
【００１０】
【作用】図１の（ａ）は、本願発明の原理を説明するた
めの断面図であり、図１の（ｂ）、（ｃ）はそのエネル
ギー準位図である。図１の（ａ）に示されるように、チ
ャネル層となるｎ−ＧａＡｓ活性層４は、上下面をこれ
より広いエネルギーギャップを有するｉ−ＡｌＧａＡｓ
バリア層３ａ、３ｂに挟まれ、左右をショットキー金属
８、８に挟まれている。この構造において、キャリアは
紙面に垂直に流れる。図示された状態ではバリア層３
ａ、３ｂは完全に空乏化しておりまた活性層４は中央部
を残して空乏化している（空乏層を９にて示す）。この
状態ではキャリアはＧａＡｓの伝導帯の底に留まるが、
ＡｌＧａＡｓの伝導帯の底はショットキー金属層によっ
て持ち上げられ、ＡｌＧａＡｓは完全に空乏化している
ため、ｉ−ＡｌＧａＡｓバリア層３ａ、３ｂはＧａＡｓ
活性層４から見て高いバリアとなる。ＧａＡｓ活性層の
伝導帯の底は横方向においてショットキー金属に向かっ
て持ち上げられる。よって、キャリアは上下方向にも横
方向にも自由度を持たないようになり、チャネル層内に
閉じ込められる。この場合、活性層上に存在するのが絶
縁体あるいは真空準位を与えるものであっても同様であ
る。ここで、ショットキー金属に印加する電圧を調節す
ることにより、チャネル幅を電子のド・ブロイ波長程度
にまで狭めることができ、量子細線あるいは点状チャネ
ルを有する半導体装置を実現することができる。
めの断面図であり、図１の（ｂ）、（ｃ）はそのエネル
ギー準位図である。図１の（ａ）に示されるように、チ
ャネル層となるｎ−ＧａＡｓ活性層４は、上下面をこれ
より広いエネルギーギャップを有するｉ−ＡｌＧａＡｓ
バリア層３ａ、３ｂに挟まれ、左右をショットキー金属
８、８に挟まれている。この構造において、キャリアは
紙面に垂直に流れる。図示された状態ではバリア層３
ａ、３ｂは完全に空乏化しておりまた活性層４は中央部
を残して空乏化している（空乏層を９にて示す）。この
状態ではキャリアはＧａＡｓの伝導帯の底に留まるが、
ＡｌＧａＡｓの伝導帯の底はショットキー金属層によっ
て持ち上げられ、ＡｌＧａＡｓは完全に空乏化している
ため、ｉ−ＡｌＧａＡｓバリア層３ａ、３ｂはＧａＡｓ
活性層４から見て高いバリアとなる。ＧａＡｓ活性層の
伝導帯の底は横方向においてショットキー金属に向かっ
て持ち上げられる。よって、キャリアは上下方向にも横
方向にも自由度を持たないようになり、チャネル層内に
閉じ込められる。この場合、活性層上に存在するのが絶
縁体あるいは真空準位を与えるものであっても同様であ
る。ここで、ショットキー金属に印加する電圧を調節す
ることにより、チャネル幅を電子のド・ブロイ波長程度
にまで狭めることができ、量子細線あるいは点状チャネ
ルを有する半導体装置を実現することができる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図２の（ａ）は本発明の第１の実施例を示
す平面図であり、図２の（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の断面図
である。本実施例の半導体装置を製作するには、Ｓ．
Ｉ．ＧａＡｓ基板１の一主面上に、分子線エピタキシャ
ル成長法により、ノンドープＧａＡｓ（２）、ノンドー
プＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ（３ａ）、Ｓｉを不純物として
５×１０18ｃｍ-3程度含有するＧａＡｓ（４）、ノンド
ープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ（３ｂ）、Ｓｉを不純物とし
て３×１０18ｃｍ-3程度含有するＧａＡｓを成長させ
て、ｉ−ＧａＡｓバッファ層２、ｉ−ＡｌＧａＡｓバリ
ア層３ａ、ｎ−ＧａＡｓ活性層４、ｉ−ＡｌＧａＡｓバ
リア層３ｂ、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層（図示なし）を
形成する。
て説明する。図２の（ａ）は本発明の第１の実施例を示
す平面図であり、図２の（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の断面図
である。本実施例の半導体装置を製作するには、Ｓ．
Ｉ．ＧａＡｓ基板１の一主面上に、分子線エピタキシャ
ル成長法により、ノンドープＧａＡｓ（２）、ノンドー
プＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ（３ａ）、Ｓｉを不純物として
５×１０18ｃｍ-3程度含有するＧａＡｓ（４）、ノンド
ープＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ（３ｂ）、Ｓｉを不純物とし
て３×１０18ｃｍ-3程度含有するＧａＡｓを成長させ
て、ｉ−ＧａＡｓバッファ層２、ｉ−ＡｌＧａＡｓバリ
ア層３ａ、ｎ−ＧａＡｓ活性層４、ｉ−ＡｌＧａＡｓバ
リア層３ｂ、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層（図示なし）を
形成する。
【００１２】次に、オーミック領域５以外のｎ−ＧａＡ
ｓコンタクト層を除去し、オーミック領域５およびチャ
ネル領域６以外のバリア層３ａ、３ｂ、活性層４をエッ
チング除去してオーミック領域５およびチャネル領域６
をメサ状に加工する。次に、オーミック領域５上にＡｕ
Ｇｅ系金属でオーミック電極７を形成し、その後、真空
蒸着法によりＴｉ／Ａｕを堆積し、これを幅０．１５μ
ｍにパターニングしてショットキー金属層８を形成す
る。
ｓコンタクト層を除去し、オーミック領域５およびチャ
ネル領域６以外のバリア層３ａ、３ｂ、活性層４をエッ
チング除去してオーミック領域５およびチャネル領域６
をメサ状に加工する。次に、オーミック領域５上にＡｕ
Ｇｅ系金属でオーミック電極７を形成し、その後、真空
蒸着法によりＴｉ／Ａｕを堆積し、これを幅０．１５μ
ｍにパターニングしてショットキー金属層８を形成す
る。
【００１３】このように形成された半導体装置をＦＥＴ
として動作させるには、一対のオーミック電極７にソー
ス・ドレイン電位を与え、一対のショットキー金属層８
に同電位のゲート電位を与える。これによりゲート電位
に応じたドレイン電流が得られる。この場合、ゲートに
高電圧を印加しても、活性層４を挟むｉ−ＡｌＧａＡｓ
バリア層３ａ、３ｂは負電位のショットキー金属層に接
しておりかつ完全に空乏化しているため、活性層に対す
るバリアが高く、キャリアのチャネル外への漏れ出しは
抑止される。その結果、ピンチオフ近傍でのｇm の低下
は防止され、またショートチャネル効果も抑制される。
として動作させるには、一対のオーミック電極７にソー
ス・ドレイン電位を与え、一対のショットキー金属層８
に同電位のゲート電位を与える。これによりゲート電位
に応じたドレイン電流が得られる。この場合、ゲートに
高電圧を印加しても、活性層４を挟むｉ−ＡｌＧａＡｓ
バリア層３ａ、３ｂは負電位のショットキー金属層に接
しておりかつ完全に空乏化しているため、活性層に対す
るバリアが高く、キャリアのチャネル外への漏れ出しは
抑止される。その結果、ピンチオフ近傍でのｇm の低下
は防止され、またショートチャネル効果も抑制される。
【００１４】さらに、ショットキー金属層８に印加する
電圧を高くしてチャネル幅を１００Å程度にすると、チ
ャネル中の電子は量子化し、この半導体装置は量子細線
として機能する。ここで、ショットキー金属層の幅を
０．１μｍ程度に細くすると、点状チャネルが形成さ
れ、電子はこの領域をバリスティックに走行する。そし
てこの半導体装置では電子波は散乱を受けことなく進行
し位相がそろうため、この半導体装置を量子干渉素子の
要素として用いることが可能になる。
電圧を高くしてチャネル幅を１００Å程度にすると、チ
ャネル中の電子は量子化し、この半導体装置は量子細線
として機能する。ここで、ショットキー金属層の幅を
０．１μｍ程度に細くすると、点状チャネルが形成さ
れ、電子はこの領域をバリスティックに走行する。そし
てこの半導体装置では電子波は散乱を受けことなく進行
し位相がそろうため、この半導体装置を量子干渉素子の
要素として用いることが可能になる。
【００１５】上記実施例では、チャネル領域をメサエッ
チングにより形成していたが、これに代えチャネル領域
６およびオーミック領域５以外の領域に例えばＯ+ イオ
ンを注入してこの領域を絶縁化してもよい。また、ｎ−
ＧａＡｓ活性層４の不純物濃度は実施例以外の値にする
ことができ、特にノンドープとすることもできる。この
場合には、オーミック領域５にＳｉ+ をイオン注入して
この領域の活性層４の低抵抗化を図る必要がある。
チングにより形成していたが、これに代えチャネル領域
６およびオーミック領域５以外の領域に例えばＯ+ イオ
ンを注入してこの領域を絶縁化してもよい。また、ｎ−
ＧａＡｓ活性層４の不純物濃度は実施例以外の値にする
ことができ、特にノンドープとすることもできる。この
場合には、オーミック領域５にＳｉ+ をイオン注入して
この領域の活性層４の低抵抗化を図る必要がある。
【００１６】図３は、本発明の第２の実施例を示す断面
図である。同図において、図２の部分と同等の部分には
同一の参照番号が付されているので、重複した説明は省
略する。この実施例では、ｎ−ＧａＡｓ活性層４の上面
は真空準位に接しており、この構成でもキャリアは上面
には漏れ出さない。従って、本実施例も先の実施例と同
様の効果を有する。加えて、コンタクト層の下にｎ−Ａ
ｌＧａＡｓバリア層３ｂが存在していないため、オーミ
ック電極からチャネルまでの抵抗を低く抑えることがで
き、この半導体装置をＦＥＴ動作させたときに良好なキ
ャリア輸送特性が得られる。
図である。同図において、図２の部分と同等の部分には
同一の参照番号が付されているので、重複した説明は省
略する。この実施例では、ｎ−ＧａＡｓ活性層４の上面
は真空準位に接しており、この構成でもキャリアは上面
には漏れ出さない。従って、本実施例も先の実施例と同
様の効果を有する。加えて、コンタクト層の下にｎ−Ａ
ｌＧａＡｓバリア層３ｂが存在していないため、オーミ
ック電極からチャネルまでの抵抗を低く抑えることがで
き、この半導体装置をＦＥＴ動作させたときに良好なキ
ャリア輸送特性が得られる。
【００１７】図４の（ａ）は、本発明の第３の実施例を
示す平面図であり、図４の（ｂ）は、そのＹ−Ｙ線断面
図である。同図において、図２の部分と同等の部分には
同一の参照番号が付されているので、重複した説明は省
略する。この実施例では、チャネル領域６内に開孔が設
けられ、そこにショットキー金属層８が埋め込まれてい
る。この半導体装置において、全てのショットキー金属
層８に同一の電圧を印加すれば、これをＭＥＳＦＥＴと
して動作させることができる。また、左右のショットキ
ー金属層に別々の電圧を印加し、中央のショットキー金
属層に共通電位を印加するかあるいはこれをフローティ
ング状態としておくことにより、この半導体装置を量子
干渉素子として動作させることができる。
示す平面図であり、図４の（ｂ）は、そのＹ−Ｙ線断面
図である。同図において、図２の部分と同等の部分には
同一の参照番号が付されているので、重複した説明は省
略する。この実施例では、チャネル領域６内に開孔が設
けられ、そこにショットキー金属層８が埋め込まれてい
る。この半導体装置において、全てのショットキー金属
層８に同一の電圧を印加すれば、これをＭＥＳＦＥＴと
して動作させることができる。また、左右のショットキ
ー金属層に別々の電圧を印加し、中央のショットキー金
属層に共通電位を印加するかあるいはこれをフローティ
ング状態としておくことにより、この半導体装置を量子
干渉素子として動作させることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置では、チャネル層を、上下方向においてはエネルギー
ギャップの広い材料層によって挾み、横方向においては
一対のショットキー金属によって挟んでおり、かつバリ
ア半導体層をもショットキー金属層で挾んでいるので、
ピンチオフ近傍においてもキャリアをチャネル内に閉じ
込めておくことができる。従って、本発明によれば、ｇ
m 値の改善された、ショートチャネル効果が抑制された
ＭＥＳＦＥＴを提供することができる。また、本発明に
よれば、キャリアのコンファインメントを保ちつつチャ
ネル幅を狭めることが可能となったため、従来例の場合
に比較して容易にかつ安定に量子細線、点状チャネルを
実現することができる。
置では、チャネル層を、上下方向においてはエネルギー
ギャップの広い材料層によって挾み、横方向においては
一対のショットキー金属によって挟んでおり、かつバリ
ア半導体層をもショットキー金属層で挾んでいるので、
ピンチオフ近傍においてもキャリアをチャネル内に閉じ
込めておくことができる。従って、本発明によれば、ｇ
m 値の改善された、ショートチャネル効果が抑制された
ＭＥＳＦＥＴを提供することができる。また、本発明に
よれば、キャリアのコンファインメントを保ちつつチャ
ネル幅を狭めることが可能となったため、従来例の場合
に比較して容易にかつ安定に量子細線、点状チャネルを
実現することができる。
【図１】 本発明の原理を説明するための断面図とエネ
ルギー準位図。
ルギー準位図。
【図２】 本発明の第１の実施例を示す平面図と断面
図。
図。
【図３】 本発明の第２の実施例を示す断面図。
【図４】 本発明の第３の実施例を示す平面図と断面
図。
図。
【図５】 ＭＥＳＦＥＴのショックレー・モデルを示す
図。
図。
【図６】 従来のＭＥＳＦＥＴの断面図。
【図７】 従来の量子干渉素子の断面図と伝導帯の状態
を示す図。
を示す図。
１…Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板、 ２…ｉ−ＧａＡｓバッフ
ァ層、 ３ａ、３ｂ…ｉ−ＡｌＧａＡｓバリア層、 ４
…ｎ−ＧａＡｓ活性層、５…オーミック領域、６…チャ
ネル領域、 ７…オーミック電極、 ８…ショット
キー金属層、９…空乏層。
ァ層、 ３ａ、３ｂ…ｉ−ＡｌＧａＡｓバリア層、 ４
…ｎ−ＧａＡｓ活性層、５…オーミック領域、６…チャ
ネル領域、 ７…オーミック電極、 ８…ショット
キー金属層、９…空乏層。
Claims (5)
- 【請求項１】 チャネルを構成する活性半導体層と、該
活性半導体層下に設けられた、該活性半導体層を構成す
る半導体のエネルギーギャップより広いエネルギーギャ
ップの半導体からなるバリア半導体層と、前記活性半導
体層上に設けられた、前記チャネル内を通過するキャリ
アに対して障壁となるバリア層と、前記チャネルの両端
に設けられた一対のオーミック電極と、前記チャネルを
挾むように、前記バリア半導体層、前記活性半導体層お
よび前記バリア層の側面に設けられた、前記バリア半導
体層および前記活性半導体層に対してショットキー障壁
を形成する一対のショットキー金属層と、を備えた半導
体装置。 - 【請求項２】 前記バリア層が、前記活性半導体層を構
成する半導体のエネルギーギャップより広いエネルギー
ギャップを有する半導体、絶縁体もしくは真空準位を与
えるものであることを特徴とする請求項１記載の半導体
装置。 - 【請求項３】 前記活性半導体層がＧａＡｓにより構成
され、前記バリア半導体層または前記バリア半導体層お
よび前記バリア層がＡｌＧａＡｓにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記活性半導体層がｎ型不純物を含んで
おり、前記バリア半導体層または前記バリア半導体層お
よび前記バリア層が真性半導体により構成されているこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記チャネル内には、前記活性半導体層
および前記バリア半導体層を貫通するショットキー金属
層が埋め込まれ、これによりチャネルが分割されている
こと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 |
|---|---|---|---|
| JP4723693A JPH06244211A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4723693A JPH06244211A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244211A true JPH06244211A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12769582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4723693A Pending JPH06244211A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06244211A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01129468A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子干渉素子 |
| JPH01287969A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-20 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02122571A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子細線トランジスタ |
| JPH03263875A (ja) * | 1990-03-13 | 1991-11-25 | Sharp Corp | 量子干渉トランジスタ |
| JPH04324630A (ja) * | 1991-04-24 | 1992-11-13 | Canon Inc | 半導体装置およびその作成方法 |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP4723693A patent/JPH06244211A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01129468A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子干渉素子 |
| JPH01287969A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-20 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02122571A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子細線トランジスタ |
| JPH03263875A (ja) * | 1990-03-13 | 1991-11-25 | Sharp Corp | 量子干渉トランジスタ |
| JPH04324630A (ja) * | 1991-04-24 | 1992-11-13 | Canon Inc | 半導体装置およびその作成方法 |
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