JPH0786557A - 量子細線及びその製造方法並びに量子細線電界効果トランジスタ - Google Patents
量子細線及びその製造方法並びに量子細線電界効果トランジスタInfo
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- JPH0786557A JPH0786557A JP22724493A JP22724493A JPH0786557A JP H0786557 A JPH0786557 A JP H0786557A JP 22724493 A JP22724493 A JP 22724493A JP 22724493 A JP22724493 A JP 22724493A JP H0786557 A JPH0786557 A JP H0786557A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な量子効果を示し、且つ小面積に多数の
量子細線を設置できる量子細線構造及びその製造方法並
びに量子細線電界効果トランジスタを提供することを目
的とする。 【構成】 端部にドーピング部２ａ、２ａ、…を有する
の広禁止帯半導体層２、２、…と、該広禁止帯半導体層
２、２、…より禁止帯が狭い狭禁止帯半導体層３、３、
…とが、ドーピング部２ａ、２ａ、…と狭禁止帯半導体
層３、３、…とが離間して交互に積層された積層膜４を
備え、ドーピング部２ａ、２ａ、…の近傍の狭禁止帯半
導体層３、３、…と広禁止帯半導体層２、２、…とのヘ
テロ接合界面５及び該ヘテロ接合界面５に近接した狭禁
止帯半導体層３、３、…をチャネル部６、６、…とする
と共に、該チャネル部６、６、…の周囲を障壁部とす
る。
量子細線を設置できる量子細線構造及びその製造方法並
びに量子細線電界効果トランジスタを提供することを目
的とする。 【構成】 端部にドーピング部２ａ、２ａ、…を有する
の広禁止帯半導体層２、２、…と、該広禁止帯半導体層
２、２、…より禁止帯が狭い狭禁止帯半導体層３、３、
…とが、ドーピング部２ａ、２ａ、…と狭禁止帯半導体
層３、３、…とが離間して交互に積層された積層膜４を
備え、ドーピング部２ａ、２ａ、…の近傍の狭禁止帯半
導体層３、３、…と広禁止帯半導体層２、２、…とのヘ
テロ接合界面５及び該ヘテロ接合界面５に近接した狭禁
止帯半導体層３、３、…をチャネル部６、６、…とする
と共に、該チャネル部６、６、…の周囲を障壁部とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超高速ディジタル用素
子、マイクロ波用素子又は電子波を利用する量子効果素
子等の半導体素子に使用される量子細線及びその製造方
法並びに量子細線電界効果トランジスタに関する。
子、マイクロ波用素子又は電子波を利用する量子効果素
子等の半導体素子に使用される量子細線及びその製造方
法並びに量子細線電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】高度情報化社会の進展に伴い、超高速通
信システム及び超高速情報処理システムの要求が高まっ
ている。これらのシステムを構築するために、超高速動
作に優れるＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた半導体素
子の開発が進められてきた。特に最近では、さらに超高
速動作が期待される量子効果を積極的に利用した量子細
線をチャネルとした化合物半導体からなる素子の研究が
活発に行われている。
信システム及び超高速情報処理システムの要求が高まっ
ている。これらのシステムを構築するために、超高速動
作に優れるＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた半導体素
子の開発が進められてきた。特に最近では、さらに超高
速動作が期待される量子効果を積極的に利用した量子細
線をチャネルとした化合物半導体からなる素子の研究が
活発に行われている。
【０００３】この量子細線は、キャリアが走行する超微
細な細線構造のチャネル部と、このチャネル部に周設さ
れるキャリア閉じ込めのための障壁部とで構成される。
細な細線構造のチャネル部と、このチャネル部に周設さ
れるキャリア閉じ込めのための障壁部とで構成される。
【０００４】例えばＧａＡｓ系半導体からなるチャネル
部を有する量子細線では、チャネル部の断面の幅と厚み
を２００Å以下とし、且つこの幅と厚みの精度を数％以
内とした場合に、電子波のコヒーレンス長が長くなるの
で、電子が弾性散乱をほとんど受けなくなり、高い電子
移動度の実現が可能となる。この条件下では４Ｋの低温
での移動度は１０7ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上である。
部を有する量子細線では、チャネル部の断面の幅と厚み
を２００Å以下とし、且つこの幅と厚みの精度を数％以
内とした場合に、電子波のコヒーレンス長が長くなるの
で、電子が弾性散乱をほとんど受けなくなり、高い電子
移動度の実現が可能となる。この条件下では４Ｋの低温
での移動度は１０7ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上である。
【０００５】このような優れた特性を有する量子細線に
は、ｎ型半導体基板に収束イオンビームを用いて不純物
原子を打ち込んで外周部を絶縁体化して障壁部とすると
共に、その内部をチャネル部とした量子細線等がある。
は、ｎ型半導体基板に収束イオンビームを用いて不純物
原子を打ち込んで外周部を絶縁体化して障壁部とすると
共に、その内部をチャネル部とした量子細線等がある。
【０００６】この量子細線とその製造方法及び量子細線
を用いた素子は、例えば財団法人：新機能素子研究開発
協会発行の「量子化機能素子に関する研究報告書」（平
成元年６月）及び１９９２年応用物理学会秋季大会講演
予稿集16p-ZB-10,11に示されている。
を用いた素子は、例えば財団法人：新機能素子研究開発
協会発行の「量子化機能素子に関する研究報告書」（平
成元年６月）及び１９９２年応用物理学会秋季大会講演
予稿集16p-ZB-10,11に示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記半
導体基板に不純物原子を打ち込んで作製した量子細線は
チャネル部の幅を精度良く微細加工することが困難であ
り、この結果、前記チャネル部から前記障壁部へのキャ
リアの漏れが生じて良好な量子効果が得られないという
問題があった。
導体基板に不純物原子を打ち込んで作製した量子細線は
チャネル部の幅を精度良く微細加工することが困難であ
り、この結果、前記チャネル部から前記障壁部へのキャ
リアの漏れが生じて良好な量子効果が得られないという
問題があった。
【０００８】また、量子細線を素子のチャネルとして用
いる場合には、量子細線１本当りの電流量が極めて微弱
であるので、従来は多数の量子細線を平面的に並列配置
して構成する必要があり、この結果、素子面積が大きく
なるという問題もあった。
いる場合には、量子細線１本当りの電流量が極めて微弱
であるので、従来は多数の量子細線を平面的に並列配置
して構成する必要があり、この結果、素子面積が大きく
なるという問題もあった。
【０００９】本発明は斯る問題に鑑みて成されたもので
あり、良好な量子効果を示し、且つ小面積に多数の量子
細線を設置できる量子細線及びその製造方法並びに量子
細線電界効果トランジスタを提供することを目的とす
る。
あり、良好な量子効果を示し、且つ小面積に多数の量子
細線を設置できる量子細線及びその製造方法並びに量子
細線電界効果トランジスタを提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る量子細線
は、キャリアが走行する細線構造のチャネル部と、該チ
ャネル部を周設するキャリア閉じ込めのための障壁部
と、から構成された量子細線において、端部にドーピン
グ部を有する広禁止帯半導体層と、該広禁止帯半導体層
より禁止帯幅が狭く、且つ前記ドーピング部と離間して
なる狭禁止帯半導体層とが、交互に積層されてなる積層
膜を備え、前記チャネル部は前記狭禁止帯半導体層、及
び該狭禁止帯半導体層と前記広禁止帯半導体層とのヘテ
ロ接合界面のうち、前記各ドーピング部の近傍とするこ
とを特徴とする。
は、キャリアが走行する細線構造のチャネル部と、該チ
ャネル部を周設するキャリア閉じ込めのための障壁部
と、から構成された量子細線において、端部にドーピン
グ部を有する広禁止帯半導体層と、該広禁止帯半導体層
より禁止帯幅が狭く、且つ前記ドーピング部と離間して
なる狭禁止帯半導体層とが、交互に積層されてなる積層
膜を備え、前記チャネル部は前記狭禁止帯半導体層、及
び該狭禁止帯半導体層と前記広禁止帯半導体層とのヘテ
ロ接合界面のうち、前記各ドーピング部の近傍とするこ
とを特徴とする。
【００１１】また、本発明の電界効果トランジスタで
は、本発明の量子細線をチャネルとして利用したことを
特徴とする。
は、本発明の量子細線をチャネルとして利用したことを
特徴とする。
【００１２】更に、本発明に係る量子細線の製造方法
は、基板上に狭禁止帯半導体層と広禁止帯半導体層とを
交互に積層して積層膜を形成する工程と、エッチングに
より前記積層膜に一端面を形成する工程と、該端面にド
ナー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層と前記広禁
止帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形成する工程
と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と該ドーピン
グ部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を選択的エッ
チングを行って除去する工程と、を備えることを特徴と
する。
は、基板上に狭禁止帯半導体層と広禁止帯半導体層とを
交互に積層して積層膜を形成する工程と、エッチングに
より前記積層膜に一端面を形成する工程と、該端面にド
ナー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層と前記広禁
止帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形成する工程
と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と該ドーピン
グ部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を選択的エッ
チングを行って除去する工程と、を備えることを特徴と
する。
【００１３】
【作用】本発明の量子細線では、広禁止帯半導体層と狭
禁止帯半導体層とが交互に積層された積層膜における該
狭禁止帯半導体層の端部にチャネル部が形成されるの
で、小面積に多数のチャネル部を多重に構成することが
できる。
禁止帯半導体層とが交互に積層された積層膜における該
狭禁止帯半導体層の端部にチャネル部が形成されるの
で、小面積に多数のチャネル部を多重に構成することが
できる。
【００１４】また、前記狭禁止帯半導体層が前記広禁止
帯半導体層より電子親和力が大きいので、電子は前記広
禁止帯半導体層から前記狭禁止帯半導体層へ拡散され
る。この結果、斯る量子細線のチャネル部はこの広禁止
帯半導体層のドーピング部の電子が該ドーピング部近傍
の狭禁止帯半導体層及び前記ヘテロ接合界面へ拡散注入
されることによって構成される。従って、前記ドーピン
グ部と前記狭禁止帯半導体層との離間距離並びに電子の
拡散距離、即ち電子親和力の差を決定する前記広禁止帯
半導体層又は前記狭禁止帯半導体層を選択することによ
って前記チャネル部を小さくすることが可能であるの
で、幅と厚みが極めて小さいチャネル部を有する量子細
線を得ることができる。
帯半導体層より電子親和力が大きいので、電子は前記広
禁止帯半導体層から前記狭禁止帯半導体層へ拡散され
る。この結果、斯る量子細線のチャネル部はこの広禁止
帯半導体層のドーピング部の電子が該ドーピング部近傍
の狭禁止帯半導体層及び前記ヘテロ接合界面へ拡散注入
されることによって構成される。従って、前記ドーピン
グ部と前記狭禁止帯半導体層との離間距離並びに電子の
拡散距離、即ち電子親和力の差を決定する前記広禁止帯
半導体層又は前記狭禁止帯半導体層を選択することによ
って前記チャネル部を小さくすることが可能であるの
で、幅と厚みが極めて小さいチャネル部を有する量子細
線を得ることができる。
【００１５】本発明の電界効果トランジスタでは、本発
明の量子細線を電界効果トランジスタのチャネルに用い
るので、小面積に形成することができ、且つ電子移動度
を高くすることができる。
明の量子細線を電界効果トランジスタのチャネルに用い
るので、小面積に形成することができ、且つ電子移動度
を高くすることができる。
【００１６】本発明の量子細線の製造方法では、エッチ
ングにより前記積層膜に一端面を形成し、該端面にドナ
ー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層と前記広禁止
帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形成する工程
と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と該ドーピン
グ部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を選択的エッ
チングを行って除去する工程と、を備えることにより前
記一端面に露出する前記狭禁止帯半導体層の端部に前記
チャネル部を形成しているので、より小面積に多数の前
記チャネル部を多重に構成することができる。また、拡
散法によりドナー不純物を導入しているので、結晶欠陥
等が生じにくくなり、従ってこの結晶欠陥等による電子
の弾性散乱が極めて少なくなるので、良好な量子効果を
示す量子細線を作成することができる。
ングにより前記積層膜に一端面を形成し、該端面にドナ
ー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層と前記広禁止
帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形成する工程
と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と該ドーピン
グ部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を選択的エッ
チングを行って除去する工程と、を備えることにより前
記一端面に露出する前記狭禁止帯半導体層の端部に前記
チャネル部を形成しているので、より小面積に多数の前
記チャネル部を多重に構成することができる。また、拡
散法によりドナー不純物を導入しているので、結晶欠陥
等が生じにくくなり、従ってこの結晶欠陥等による電子
の弾性散乱が極めて少なくなるので、良好な量子効果を
示す量子細線を作成することができる。
【００１７】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照しつつ詳細に
説明する。図１は本実施例に係る量子細線の構造を示す
断面模式図である。
説明する。図１は本実施例に係る量子細線の構造を示す
断面模式図である。
【００１８】図１中、１は（１００）面を一主面とする
ＧａＡｓ単結晶基板である。該基板１の一主面上には、
一端部断面が鋭歯状のノンドープＡｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ
からなる広禁止帯半導体層２、２、…（層厚２００Å）
とノンドープＧａＡｓからなる狭禁止帯半導体層３、
３、…（層厚２００Å）とが、交互に積層されてなる一
端部断面略鋸歯状の積層膜４が形成されている。前記広
禁止帯半導体層２、２、…と前記狭禁止帯半導体層３、
３、…は夫々において上層になるに従って紙面横方向で
示すその幅を狭くなるようにして積層されている。
ＧａＡｓ単結晶基板である。該基板１の一主面上には、
一端部断面が鋭歯状のノンドープＡｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ
からなる広禁止帯半導体層２、２、…（層厚２００Å）
とノンドープＧａＡｓからなる狭禁止帯半導体層３、
３、…（層厚２００Å）とが、交互に積層されてなる一
端部断面略鋸歯状の積層膜４が形成されている。前記広
禁止帯半導体層２、２、…と前記狭禁止帯半導体層３、
３、…は夫々において上層になるに従って紙面横方向で
示すその幅を狭くなるようにして積層されている。
【００１９】この広禁止帯半導体層２、２、…の各鋭歯
状端部には、この鋭歯状端部表面から７００Åの幅でＳ
ｉを不純物としてドープしたｎ型Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ
（電子濃度１×１０18ｃｍ-3）からなる第１ドーピング
部２ａ、２ａ、…が、各狭禁止帯半導体層３、３、…と
約５０Åの距離で離間して形成されている。尚、積層膜
４の各広禁止帯半導体層２、２、…と狭禁止帯半導体層
３、３、…との各界面にはヘテロ接合界面５、５、…が
形成されている。
状端部には、この鋭歯状端部表面から７００Åの幅でＳ
ｉを不純物としてドープしたｎ型Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ
（電子濃度１×１０18ｃｍ-3）からなる第１ドーピング
部２ａ、２ａ、…が、各狭禁止帯半導体層３、３、…と
約５０Åの距離で離間して形成されている。尚、積層膜
４の各広禁止帯半導体層２、２、…と狭禁止帯半導体層
３、３、…との各界面にはヘテロ接合界面５、５、…が
形成されている。
【００２０】このヘテロ接合界面５、５、…及び狭禁止
帯半導体層３、３、…のうち、紙面に対して垂直な方向
に伸びる第１ドーピング部２ａ、２ａ、…の近傍部分、
即ち第１ドーピング部２ａ、２ａ、…と対向する狭禁止
帯半導体層３、３、…の上端部とそれに密接するヘテロ
接合界面５には、紙面に対して垂直な方向に延在する細
線構造のチャネル部６、６、…が構成される。このチャ
ネル部６、６、…の周囲の広禁止帯半導体層２、２、
…、狭禁止帯半導体層３、３、…及び空間（空気又は窒
素ガス等で満たされている）が量子細線の障壁部とな
る。
帯半導体層３、３、…のうち、紙面に対して垂直な方向
に伸びる第１ドーピング部２ａ、２ａ、…の近傍部分、
即ち第１ドーピング部２ａ、２ａ、…と対向する狭禁止
帯半導体層３、３、…の上端部とそれに密接するヘテロ
接合界面５には、紙面に対して垂直な方向に延在する細
線構造のチャネル部６、６、…が構成される。このチャ
ネル部６、６、…の周囲の広禁止帯半導体層２、２、
…、狭禁止帯半導体層３、３、…及び空間（空気又は窒
素ガス等で満たされている）が量子細線の障壁部とな
る。
【００２１】尚、チャネル部６、６、…は、端部にドー
ピング部を有する広禁止帯半導体層２、２、…と、該広
禁止帯半導体層２、２、…より禁止帯幅が狭く、且つ第
１ドーピング部２ａ、２ａ、…と離間してなる狭禁止帯
半導体層３、３、…とが、交互に積層されてなる積層膜
４を備えた構成にすると、狭禁止帯半導体層３、３、…
は広禁止帯半導体層２、２、…より電子親和力が大きい
ので、広禁止帯半導体層２、２、…の第１ドーピング部
２ａ、２ａ、…から前記近傍部分に電子（キャリア）が
拡散注入されて自然に形成されるのである。
ピング部を有する広禁止帯半導体層２、２、…と、該広
禁止帯半導体層２、２、…より禁止帯幅が狭く、且つ第
１ドーピング部２ａ、２ａ、…と離間してなる狭禁止帯
半導体層３、３、…とが、交互に積層されてなる積層膜
４を備えた構成にすると、狭禁止帯半導体層３、３、…
は広禁止帯半導体層２、２、…より電子親和力が大きい
ので、広禁止帯半導体層２、２、…の第１ドーピング部
２ａ、２ａ、…から前記近傍部分に電子（キャリア）が
拡散注入されて自然に形成されるのである。
【００２２】本実施例の場合、第１ドーピング部２ａ、
２ａ、…がＡｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓからなり、狭禁止帯半
導体層３、３、…がＧａＡｓからなるので、電子親和力
の差は０．２２ｅＶである。この時の第１ドーピング部
２ａ、２ａ、…からの電子の拡散距離は１５０Å程度と
なる。従って、第１ドーピング部２ａ、２ａ、…と狭禁
止帯半導体層３、３、…との離間距離は約５０Åなの
で、幅と厚みが夫々１００Å以下の極めて小さい量子細
線のチャネル部６、６、…を得ることができる。この結
果、良好な量子効果を示す量子細線を得ることができ
る。
２ａ、…がＡｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓからなり、狭禁止帯半
導体層３、３、…がＧａＡｓからなるので、電子親和力
の差は０．２２ｅＶである。この時の第１ドーピング部
２ａ、２ａ、…からの電子の拡散距離は１５０Å程度と
なる。従って、第１ドーピング部２ａ、２ａ、…と狭禁
止帯半導体層３、３、…との離間距離は約５０Åなの
で、幅と厚みが夫々１００Å以下の極めて小さい量子細
線のチャネル部６、６、…を得ることができる。この結
果、良好な量子効果を示す量子細線を得ることができ
る。
【００２３】斯る量子細線の構造では、チャネル部６、
６、…を基板１面に対して垂直方向に多重に構成するこ
とができるので、小面積に多数の量子細線を設置するこ
とができる。
６、…を基板１面に対して垂直方向に多重に構成するこ
とができるので、小面積に多数の量子細線を設置するこ
とができる。
【００２４】尚、本実施例においては量子細線の障壁部
となる広禁止帯半導体層２、２、…及び狭禁止帯半導体
層３、３、…をノンドープの半導体で構成することによ
り、チャネル部６、６、…から前記障壁部への電子の漏
れを最も少なくしている。
となる広禁止帯半導体層２、２、…及び狭禁止帯半導体
層３、３、…をノンドープの半導体で構成することによ
り、チャネル部６、６、…から前記障壁部への電子の漏
れを最も少なくしている。
【００２５】次に、斯る量子細線の製造方法について説
明する。図２はこの量子細線の製造工程を示す断面模式
図である。
明する。図２はこの量子細線の製造工程を示す断面模式
図である。
【００２６】まず、図２（ａ）に示すように、（１０
０）面を一主面とするＧａＡｓ単結晶基板１の一主面上
に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキ
シー）法により厚み２００Åの広禁止帯半導体層２、
２、…と、厚み２００Åの狭禁止帯半導体層３、３、…
とを交互にエピタキシャル成長させた後、最上層の広禁
止帯半導体層２の上に厚み７００Åの狭禁止帯半導体層
３ａをエピタキシャル成長させて積層膜４を形成する。
０）面を一主面とするＧａＡｓ単結晶基板１の一主面上
に、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキ
シー）法により厚み２００Åの広禁止帯半導体層２、
２、…と、厚み２００Åの狭禁止帯半導体層３、３、…
とを交互にエピタキシャル成長させた後、最上層の広禁
止帯半導体層２の上に厚み７００Åの狭禁止帯半導体層
３ａをエピタキシャル成長させて積層膜４を形成する。
【００２７】その後、図２（ｂ）に示すように、積層膜
４の上に所定の形状にフォトレジスト７を形成し、この
フォトレジスト７をマスクとして、ブロメタノール（重
量比Ｂｒ2：ＣＨ3ＯＨ＝１：１００）を用いて積層膜４
を異方性エッチングする。このブロメタノールをエッチ
ング液として用いることにより、積層膜４は面方位に依
存してエッチングされて広禁止帯半導体層２、２、…と
狭禁止帯半導体層３、３、…の（１１１）面が表出した
傾斜面４ａが形成される。
４の上に所定の形状にフォトレジスト７を形成し、この
フォトレジスト７をマスクとして、ブロメタノール（重
量比Ｂｒ2：ＣＨ3ＯＨ＝１：１００）を用いて積層膜４
を異方性エッチングする。このブロメタノールをエッチ
ング液として用いることにより、積層膜４は面方位に依
存してエッチングされて広禁止帯半導体層２、２、…と
狭禁止帯半導体層３、３、…の（１１１）面が表出した
傾斜面４ａが形成される。
【００２８】次に、図２（ｃ）に示すように、フォトレ
ジスト７を除去した後、積層膜４上及び傾斜面４ａ上に
プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的
気相成長）法により不純物のＳｉの拡散源であるＳｉＯ
X（Ｘ＜２）膜８及びＶ族原子拡散防止膜であるＳｉＮ
膜９をこの順に夫々以下の条件で形成する。
ジスト７を除去した後、積層膜４上及び傾斜面４ａ上に
プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的
気相成長）法により不純物のＳｉの拡散源であるＳｉＯ
X（Ｘ＜２）膜８及びＶ族原子拡散防止膜であるＳｉＮ
膜９をこの順に夫々以下の条件で形成する。
【００２９】 ＳｉＯX膜の成膜条件：ＳｉＨ4ガス流量１０sccm、Ｎ2
Ｏガス流量２０sccm、ＲＦパワー１５０Ｗ、成膜温度３
００℃、膜厚１５０Å ＳｉＮ膜の成膜条件：ＳｉＨ4ガス流量１５sccm、ＮＨ3
ガス流量２００sccm、ＲＦパワー２５０Ｗ、成膜温度３
００℃、膜厚４５０Å その後、８８０℃で５秒間の短時間熱処理によりＳｉＯ
X膜８のＳｉ原子を傾斜面４ａの表面から積層膜４内に
拡散させて第１ドーピング部２ａ、２ａ、…（幅７００
Å）、及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…（幅５００
Å）を形成する。
Ｏガス流量２０sccm、ＲＦパワー１５０Ｗ、成膜温度３
００℃、膜厚１５０Å ＳｉＮ膜の成膜条件：ＳｉＨ4ガス流量１５sccm、ＮＨ3
ガス流量２００sccm、ＲＦパワー２５０Ｗ、成膜温度３
００℃、膜厚４５０Å その後、８８０℃で５秒間の短時間熱処理によりＳｉＯ
X膜８のＳｉ原子を傾斜面４ａの表面から積層膜４内に
拡散させて第１ドーピング部２ａ、２ａ、…（幅７００
Å）、及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…（幅５００
Å）を形成する。
【００３０】最後に、図２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ
X膜８及びＳｉＮ膜９を緩衝フッ酸（ＨＦ：ＮＨ4Ｆ＝
１：６）によりエッチング除去した後、傾斜面４ａにＣ
Ｃｌ2Ｆ2とＨｅの混合ガス（混合比ＣＣｌ2Ｆ2：Ｈｅ＝
１：１、全圧０．１Ｔｏｒｒ）を用いたプラズマにより
エッチングを施し、狭禁止帯半導体層３ａ及び狭禁止帯
半導体層３、３、…を傾斜面４ａから７５０Å程度の幅
まで選択的に除去する。この工程で第１ドーピング部２
ａ、２ａ、…とこの選択的エッチング後の狭禁止帯半導
体層３、３、…とを離間させる。
X膜８及びＳｉＮ膜９を緩衝フッ酸（ＨＦ：ＮＨ4Ｆ＝
１：６）によりエッチング除去した後、傾斜面４ａにＣ
Ｃｌ2Ｆ2とＨｅの混合ガス（混合比ＣＣｌ2Ｆ2：Ｈｅ＝
１：１、全圧０．１Ｔｏｒｒ）を用いたプラズマにより
エッチングを施し、狭禁止帯半導体層３ａ及び狭禁止帯
半導体層３、３、…を傾斜面４ａから７５０Å程度の幅
まで選択的に除去する。この工程で第１ドーピング部２
ａ、２ａ、…とこの選択的エッチング後の狭禁止帯半導
体層３、３、…とを離間させる。
【００３１】斯る構成にすることにより、チャネル部
６、６、…を基板１表面に対して垂直方向に多重に形成
することができるので、小面積に多数の量子細線を設置
することができる。
６、６、…を基板１表面に対して垂直方向に多重に形成
することができるので、小面積に多数の量子細線を設置
することができる。
【００３２】また、この製造方法では、傾斜面４ａにＳ
ｉＯX 膜８及びＳｉＮ膜９をこの順に形成した後、熱処
理を行って傾斜面４ａにＳｉを拡散して第１ドーピング
部２ａ、２ａ、…及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…
を形成するので、前記界面近傍の広禁止帯半導体層２、
２、…及び狭禁止帯半導体層３、３、…に結晶欠陥等が
生じにくくなる。この結果、チャネル部６、６、…の結
晶欠陥等による電子の弾性散乱を極めて少なくできるの
で、高い電子移動度を有する量子細線を得ることができ
る。更に、第１ドーピング部２ａ、２ａ、…とドーピン
グされない広禁止帯半導体層２、２、…との界面及び第
２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…とドーピングされない狭
禁止帯半導体層３、３、…との界面のＳｉの分布の変化
が急峻になる。この結果、チャネル部６、６、…からこ
のチャネル部６、６、…の周囲の広禁止帯半導体層２、
２、…及び狭禁止帯半導体層３、３、…への電子の漏れ
を少なくできるので、より良好な量子効果を示す量子細
線を作成することができる。
ｉＯX 膜８及びＳｉＮ膜９をこの順に形成した後、熱処
理を行って傾斜面４ａにＳｉを拡散して第１ドーピング
部２ａ、２ａ、…及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…
を形成するので、前記界面近傍の広禁止帯半導体層２、
２、…及び狭禁止帯半導体層３、３、…に結晶欠陥等が
生じにくくなる。この結果、チャネル部６、６、…の結
晶欠陥等による電子の弾性散乱を極めて少なくできるの
で、高い電子移動度を有する量子細線を得ることができ
る。更に、第１ドーピング部２ａ、２ａ、…とドーピン
グされない広禁止帯半導体層２、２、…との界面及び第
２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…とドーピングされない狭
禁止帯半導体層３、３、…との界面のＳｉの分布の変化
が急峻になる。この結果、チャネル部６、６、…からこ
のチャネル部６、６、…の周囲の広禁止帯半導体層２、
２、…及び狭禁止帯半導体層３、３、…への電子の漏れ
を少なくできるので、より良好な量子効果を示す量子細
線を作成することができる。
【００３３】図３はこの量子細線をチャネルとして用い
た電界効果トランジスタの構造を示す模式的斜視図であ
る。斯る電界効果トランジスタは上述の図２（ｃ）に示
す工程の後、ゲート電極を設置する部分とその周辺のみ
に図２（ｄ）の工程を行った量子細線を用いていおり、
ゲート電極下の断面は図１と同じである。
た電界効果トランジスタの構造を示す模式的斜視図であ
る。斯る電界効果トランジスタは上述の図２（ｃ）に示
す工程の後、ゲート電極を設置する部分とその周辺のみ
に図２（ｄ）の工程を行った量子細線を用いていおり、
ゲート電極下の断面は図１と同じである。
【００３４】図３中、１０は断面が図１と同じ量子細線
部である。この量子細線部１０の第１ドーピング部２
ａ、２ａ、…上及び最上層の広禁止帯半導体層２上に
は、狭禁止帯半導体層３、３、…と離間した状態で、且
つ第１ドーピング部２ａ、２ａ、…の延在方向と垂直方
向にＴｉ−Ａｌ合金等からなるゲート電極１１が形成さ
れている。このゲート電極１１は量子細線部１０の第１
ドーピング部２ａ、２ａ、…及び最上層の広禁止帯半導
体層２とショットキ接触している。
部である。この量子細線部１０の第１ドーピング部２
ａ、２ａ、…上及び最上層の広禁止帯半導体層２上に
は、狭禁止帯半導体層３、３、…と離間した状態で、且
つ第１ドーピング部２ａ、２ａ、…の延在方向と垂直方
向にＴｉ−Ａｌ合金等からなるゲート電極１１が形成さ
れている。このゲート電極１１は量子細線部１０の第１
ドーピング部２ａ、２ａ、…及び最上層の広禁止帯半導
体層２とショットキ接触している。
【００３５】量子細線部１０の両側の第１ドーピング部
２ａ、２ａ、…上及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…
上には、夫々Ａｕ−Ｎｉ−Ｇｅ合金等からなるソース電
極１２、ドレイン電極１３が第１ドーピング部２ａ、２
ａ、…及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…とオーミッ
ク接触して配置されている。
２ａ、２ａ、…上及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…
上には、夫々Ａｕ−Ｎｉ−Ｇｅ合金等からなるソース電
極１２、ドレイン電極１３が第１ドーピング部２ａ、２
ａ、…及び第２ドーピング部３ｂ、３ｂ、…とオーミッ
ク接触して配置されている。
【００３６】斯る電界効果トランジスタは、チャネル部
６、６、…の結晶欠陥等による移動度の低下が極めて少
なく、且つ高い電子移動度を有する多重に構成された量
子細線をチャネルに用いているので、超高速動作と小型
化が可能となる。
６、６、…の結晶欠陥等による移動度の低下が極めて少
なく、且つ高い電子移動度を有する多重に構成された量
子細線をチャネルに用いているので、超高速動作と小型
化が可能となる。
【００３７】尚、上述の実施例では積層膜を構成する電
子親和力に差のある広禁止帯半導体と狭禁止帯半導体の
組み合わせとしてＡｌＧａＡｓ系とＧａＡｓ系のＡｌ
0.22Ｇａ0.78ＡｓとＧａＡｓを用いたが、この組み合わ
せの他、電子親和力の差が夫々０．５ｅＶ以下のＡｌＧ
ａＡｓ系とＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＡｓ系とＩｎＧａＡｓ
系、ＡｌＧａＡｓ系とＩｎＧａＡｓ系、ＧａＡｓ系とＩ
ｎＧａＡｓ系、及びＩｎＡｌＡｓ系とＩｎＰ系等の組み
合わせを適宜用いることは可能である。
子親和力に差のある広禁止帯半導体と狭禁止帯半導体の
組み合わせとしてＡｌＧａＡｓ系とＧａＡｓ系のＡｌ
0.22Ｇａ0.78ＡｓとＧａＡｓを用いたが、この組み合わ
せの他、電子親和力の差が夫々０．５ｅＶ以下のＡｌＧ
ａＡｓ系とＧａＡｓ系、ＩｎＡｌＡｓ系とＩｎＧａＡｓ
系、ＡｌＧａＡｓ系とＩｎＧａＡｓ系、ＧａＡｓ系とＩ
ｎＧａＡｓ系、及びＩｎＡｌＡｓ系とＩｎＰ系等の組み
合わせを適宜用いることは可能である。
【００３８】また、上述の実施例ではＶ族原子拡散防止
膜材料としてＳｉＮを用いたが、このＳｉＮの代わりに
ＡｌＮ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮを用いてもよい。
膜材料としてＳｉＮを用いたが、このＳｉＮの代わりに
ＡｌＮ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮを用いてもよい。
【００３９】
【発明の効果】本発明の量子細線の構成によれば、広禁
止帯半導体層と狭禁止帯半導体層とが、交互に積層され
た積層膜における該狭禁止帯半導体層の端部にチャネル
部が形成されるので、小面積に多数の前記チャネル部を
多重に構成することができる。従って、多数の量子細線
を必要とする動作電流の大きい素子に用いる場合に小型
化が可能となる。
止帯半導体層と狭禁止帯半導体層とが、交互に積層され
た積層膜における該狭禁止帯半導体層の端部にチャネル
部が形成されるので、小面積に多数の前記チャネル部を
多重に構成することができる。従って、多数の量子細線
を必要とする動作電流の大きい素子に用いる場合に小型
化が可能となる。
【００４０】また、斯る量子細線のチャネル部は、前記
広禁止帯半導体層と前記狭禁止帯半導体層との電子親和
力の差によって決定される前記広禁止帯半導体層のドー
ピング部から前記狭禁止帯半導体層への電子の拡散距離
と、前記ドーピング部と前記狭禁止帯半導体層との離間
距離との差により幅と厚みが決定されるので、前記広禁
止帯半導体層及び前記狭禁止帯半導体層を構成する半導
体物質の組み合わせを選択することによって前記チャネ
ル部を小さくすることが可能である。この結果、幅と厚
みが極めて小さいチャネル部を有する量子細線を得るこ
とができるので、良好な量子効果を示す量子細線を実現
できる。
広禁止帯半導体層と前記狭禁止帯半導体層との電子親和
力の差によって決定される前記広禁止帯半導体層のドー
ピング部から前記狭禁止帯半導体層への電子の拡散距離
と、前記ドーピング部と前記狭禁止帯半導体層との離間
距離との差により幅と厚みが決定されるので、前記広禁
止帯半導体層及び前記狭禁止帯半導体層を構成する半導
体物質の組み合わせを選択することによって前記チャネ
ル部を小さくすることが可能である。この結果、幅と厚
みが極めて小さいチャネル部を有する量子細線を得るこ
とができるので、良好な量子効果を示す量子細線を実現
できる。
【００４１】更に、この量子細線をチャネルに用いるこ
とにより、電界効果トランジスタは超高速動作と小型化
が可能となる。
とにより、電界効果トランジスタは超高速動作と小型化
が可能となる。
【００４２】本発明の量子細線の製造方法では、エッチ
ングにより前記積層膜に一端面を形成し、該端面にドナ
ー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層と前記広禁止
帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形成する工程
と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と該ドーピン
グ部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を選択的エッ
チングを行って除去する工程と、を備えることにより前
記一端面に露出する前記狭禁止帯半導体層の端部に前記
チャネル部を形成しているので、より小面積に多数の幅
と厚みが極めて小さい前記チャネル部を多重に構成する
ことができる。また、拡散法によりドナー不純物を導入
しているので、前記チャネル部に結晶欠陥等が生じにく
く、従ってこの結晶欠陥等による電子の弾性散乱が極め
て少なくなり、良好な量子効果を示す量子細線を作成す
ることができる。この結果、良好な量子効果を示す多数
の量子細線を有する素子をより小型化することが可能と
なる。
ングにより前記積層膜に一端面を形成し、該端面にドナ
ー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層と前記広禁止
帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形成する工程
と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と該ドーピン
グ部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を選択的エッ
チングを行って除去する工程と、を備えることにより前
記一端面に露出する前記狭禁止帯半導体層の端部に前記
チャネル部を形成しているので、より小面積に多数の幅
と厚みが極めて小さい前記チャネル部を多重に構成する
ことができる。また、拡散法によりドナー不純物を導入
しているので、前記チャネル部に結晶欠陥等が生じにく
く、従ってこの結晶欠陥等による電子の弾性散乱が極め
て少なくなり、良好な量子効果を示す量子細線を作成す
ることができる。この結果、良好な量子効果を示す多数
の量子細線を有する素子をより小型化することが可能と
なる。
【図１】本発明の一実施例に係る量子細線の構造を示す
断面模式図である。
断面模式図である。
【図２】上記実施例に係る量子細線の製造工程を示す断
面模式図である。
面模式図である。
【図３】上記実施例に係る量子細線をチャネルとして用
いた電界効果トランジスタの構造を示す模式的斜視図で
ある。
いた電界効果トランジスタの構造を示す模式的斜視図で
ある。
１ ＧａＡｓ単結晶基板 ２ 広禁止帯半導体層 ２ａ 第１ドーピング部（ｎ型Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ） ３ 狭禁止帯半導体層 ３ｂ 第２ドーピング部（ｎ型ＧａＡｓ） ４ 積層膜 ５ ヘテロ接合界面 ６ チャネル部
フロントページの続き (72)発明者 原田 八十雄 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 キャリアが走行する細線構造のチャネル
部と、該チャネル部に周設するキャリア閉じ込めのため
の障壁部と、から構成された量子細線において、端部に
ドーピング部を有する広禁止帯半導体層と、該広禁止帯
半導体層より禁止帯幅が狭く、且つ前記ドーピング部と
離間してなる狭禁止帯半導体層とが、交互に積層されて
なる積層膜を備え、前記チャネル部は前記狭禁止帯半導
体層、及び該狭禁止帯半導体層と前記広禁止帯半導体層
とのヘテロ接合界面の前記各ドーピング部の近傍に構成
されることを特徴とする量子細線。 - 【請求項２】 請求項１記載の量子細線をチャネルとし
て利用したことを特徴とする量子細線電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項３】 基板上に狭禁止帯半導体層と広禁止帯半
導体層とを交互に積層して積層膜を形成する工程と、エ
ッチングにより前記積層膜に一端面を形成する工程と、
該端面にドナー不純物を拡散して前記狭禁止帯半導体層
と前記広禁止帯半導体層の端部に夫々ドーピング部を形
成する工程と、前記狭禁止帯半導体層のドーピング部と
該ドーピング部に接する前記狭禁止帯半導体層の一部を
選択的エッチングを行って除去する工程と、を備えるこ
とを特徴とする量子細線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22724493A JPH0786557A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 量子細線及びその製造方法並びに量子細線電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22724493A JPH0786557A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 量子細線及びその製造方法並びに量子細線電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786557A true JPH0786557A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16857782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22724493A Pending JPH0786557A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 量子細線及びその製造方法並びに量子細線電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786557A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129473B2 (en) | 2003-05-16 | 2006-10-31 | Olympus Corporation | Optical image pickup apparatus for imaging living body tissue |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP22724493A patent/JPH0786557A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129473B2 (en) | 2003-05-16 | 2006-10-31 | Olympus Corporation | Optical image pickup apparatus for imaging living body tissue |
| US7427747B2 (en) | 2003-05-16 | 2008-09-23 | Olympus Corporation | Optical image pickup apparatus for imaging living body tissue |
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