JPS61170070A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61170070A
JPS61170070A JP1009285A JP1009285A JPS61170070A JP S61170070 A JPS61170070 A JP S61170070A JP 1009285 A JP1009285 A JP 1009285A JP 1009285 A JP1009285 A JP 1009285A JP S61170070 A JPS61170070 A JP S61170070A
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JP
Japan
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semiconductor layer
channel
dimensional
layer
shaped grooves
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Application number
JP1009285A
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English (en)
Inventor
Yoshifumi Mori
森 芳文
Akira Ishibashi
晃 石橋
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/775Field effect transistors with one dimensional charge carrier gas channel, e.g. quantum wire FET

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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に超高速動作をなす電界効果ト
ランジスタ(PET)に係わる。
〔従来の技術〕
通常一般のFETにおいては、ゲート電圧によってその
チャンネル内キャリアの数を変化させることを基本動作
としている。この場合チャンネル内のキャリアは、3次
元の自由度をもつものであるがこれに対し高速動作をな
さしめるFETとしてGaAs等の化合物半導体による
FETにおいて、例えば電子のアキュムレーションによ
る2次元的層、いわゆる2次元に量子化された電子ガス
(20HG)を形成してチャンネル部において不純物の
ドーピングが行われないにも拘らず、高いキャリア濃度
が得られるようにして、高い電子移動度を得るようにし
て高速度化を図るようにした2次元電子ガス型FETが
提案された(例えば特開昭57−176773号)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような2DEG型のFETにおいて
もそのチャンネル内キャリア、即ち、例えばチャンネル
内電子は、2次元の自由度をもっていて、例えばイオン
化した不純物がチャンネル近傍にあればそれによる電子
散乱は3次元の場合とほとんど変らずこれによって電子
移動度が阻害されるので、より高い高速動作をなすFE
Tの開発の隘路となっている。
一方、チャンネル内キャリア、例えばチャンネル内電子
が1次元状態になると、イオン化不純物散乱のような弾
性散乱の確率は極めて小さくなり、キャリア、例えば電
子の移動度は極めて高くなること、即ち高移動度での走
行ができるようになるということが知られている。従っ
て、今、仮にゲート電圧によってチャンネル内キャリア
の自由度を変調できるとすれば、同時にキャリアの移動
度を極めて高速に、例えば電子の緩和時間を約1ピコ秒
程度即ち1000GHz程度に変調することができるこ
とになる。しかしながら、このようにチャンネル内キャ
リアを1次元状態に実現するFET構造の作製は至難で
あり、このようなFtlTは実現されるに至っていない
本発明においては、特殊の構造をとることによって上述
したようなゲート電圧の制御によってチャンネル内キャ
リアが1次元に量子化された状態を実現することができ
るようにして超高速動作をなすことができるようにした
新規なFETを提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、半絶縁性の第1の半導体層と、1の
導電型の第2の半導体層と、これと同導電型の第3の半
導体層とがソース及びドレインの配列方向に沿って夫々
延びる多数のほぼv字状断面溝が配列された凹凸面をも
って形成する。そして第3の半導体層の上面は平坦面と
してこの平坦面に例えばショットキゲート或いはPN接
合型ゲートを形成して、ゲート電圧の制御によって、上
述の平坦面とほぼ平行な空乏層を上述した凹凸面に向っ
て広げることができるようにする。
第3の半導体層は、第2の半導体層に比して不純物濃度
が大で且つエネルギーギャップが小さい半導体層より成
り、第3の半導体層の第2の半導体層との界面側に2次
元に量子化されたキャリアガス層が生じるようにして第
3の半導体層の各7字溝内にこの2次元キャリアガス屓
を含んだチャンネルを形成し、ゲート電圧の制御によっ
て空乏層の広がりを制御して、チャンネルの大きさを制
御する。つまり空乏層の広がりが比較的小さい状態では
、各溝内のチャンネルは、2次元キャリアガス層と共に
第3の半導体層の各部によってキャリアの3次元的法が
りを許容できるチャンネルとされるが、空乏層の広がり
を第3の半導体層の7字溝の底部近傍にまで及ぶように
広げることができるようにして、この状態ではチャンネ
ルが、各7字溝の底部、すなわち、7字溝のV字谷底の
狭隘部分に規制されるようにしてチャンネルは2次元キ
ャリアガス層内で、しかもソース及びドレイン間方向に
延びる7字溝によって制限されたしたがってキャリアが
実質的に1次元に量子化された状態にまで制御できるよ
うにする。
〔作用〕
上述したように、本発明によるFETは、ソース及びド
レイン間に延長するようにして設けられた微細の多数の
7字溝内に2次元に量子化されたキャリアガス層例えば
2次元電子ガス層を含む3次元に自由度を有するチャン
ネルを形成するものであるが、ゲート電圧の制御による
空乏層の広がりによって7字溝内の底部に向ってチャン
ネルを制御して2次元キャリアガス層と7字溝の形状を
利用することによって1次元に量子化された状態を実現
する。
〔実施例〕
次に、図面を参照して本発明によるPETの一例を詳細
に説明する。第1図は本発明によるFHTの路線的拡大
上面図で、第2図はそのA−A線上の要部の拡大断面図
を模式的に示したものである。
この例においては、半絶縁性のGaAs基板(1)を設
け、その−上面に微細7字溝(2)が多数平行配列され
た微細のV字状断面を有する凹凸面(3)を形成する。
この凹凸面(3)の形成は例えば第3図に示すようにG
aAs基板(1)の板面方向を(100)結晶面に選定
し、異方性エツチングによって行うことができる。即ち
GaAs基板(1)の(111)結晶面を有するl主面
上にその(110>結晶軸方向に延長する所定の幅とピ
ッチのストライプ状のパターンのエツチングマスク(4
)を、例えばフォトレジスト膜をホログラフィーによっ
て露光し、現像処理することによって形成する。そして
次にこのマスク(4)を通じて基板(11の主面(1a
)側から結晶学的異方性エツチングを行う。このように
すると側面に(111)結晶面が露呈した第3図中破線
によって図示するような微細の7字1(21が平行配列
された凹凸面(3)を形成することができる。この場合
、7字溝(2)の配列ピッチは例えば1000人程度以
下定し得る。
次に、第4図に示すように、マスク層(4)を除去して
基板(1)の凹凸面(3)上にこの凹凸面(3)の凹凸
を踏襲する凹凸面が生じるように、第1の半導体層(1
1)と第2の半導体層(12)をエピタキシャル成長し
、更にこれの上に第3の半導体N(13)を同様にエピ
タキシャル成長する。これら第1から第3の半導体層(
11)から(13)は、連続MOCVD(Metalo
rganic Chemical Vapor Dep
osition)によって連続エピタキシーして形成し
得る。そして、半導体層(13)の上面は例えばプラズ
マエツチング等の異方性を有しないエツチングによって
平坦な面(13a)とする。
第1の半導体層(11)は不純物がドープされない、例
えば^I GaAs或いはAlAs化合物半導体層によ
って、例えば厚さ5000Å以下に形成する。また第2
の半導体層(12)は1の導電型例えばドナーがドープ
されたn型の同様のAlGaAs或いはiAs半導体層
によって厚さ2000人程度以下に形成し、第3の半導
体層(13)は、この第2の半導体層(12)と同導電
型を有するも、これよりエネルギーバンドギャップ即ち
禁止帯幅が小さい例えばn型のGaAsの厚さ1.IJ
111以下の半導体層によって形成し得る。また、第2
の半導体層(12)の第3の半導体層(13)との界面
側にはノンドープの厚さ200人程以下薄いスペーサー
ff1i<12A)を形成することもできる。
そして、この第3の半導体層(13)上に、第1図及び
第2図に示すように、第3の半導体層(13)にたいし
てショットキ接合を形成するショットキ金属ゲート(1
4)を被着形成する。そして、このゲート電極(14)
によって第3の半導体層(13)の平坦上面(13a)
にほぼ平行な平坦な底面を有する空乏!(15)を形成
して、このゲート電極(14)に対する印加電圧によっ
て空乏層(15)が第3の半導体N(13)の第2の半
導体層(12)との界面側に形成された凹凸面に向って
広がるようにする。また第3の半導体層(13)の上面
には、ゲート電極(14)を挾んでその両側に上述した
多数の7字溝の延長方向を支えるように対向して夫々ソ
ース電極(16)及びドレイン電極(17)をオーミッ
クに被着形成する。
このような構造の本発明によるPETの厚さ方向のコン
ダクションバンド側のエネルギーバンドモデルは第5図
に示すようになる。つまり、今例えばゲート電極(14
)に電圧を印加しない状態では第2の半導体層(12)
と第3の半導体Ji(13)の界面における、第3の半
導体層(3)側に、したがって第2図に鎖線aをもって
示すように凹凸面に沿うように2次元電子ガス層20G
Bが形成される。このようにして第3の半導体層(■3
)のゲート電極(14)下の空乏層(15)の広がりに
よってソース及びドレイン間に延びる各7字溝内に、2
次元電子ガスチャンネル20EGを含む微細チャンネル
Cが形成される。そして、ゲート電極(14)に対する
印加電圧を第5図中鎖線図示のように負に深めることに
よって、空乏層(15)を第2図中矢印に示すように各
チャンネルCを狭める方向に、即ち7字溝の底部に向っ
て広げることによって、そのチャンネルを7字溝の底部
に閉じ込め2次元電子ガス層20EG内に、しかも7字
溝の狭隘部に閉じ込められてこれら7字溝の延長方向の
1次元状態にまで制御することができるようにする。
上述したように本発明によるFBTによれば、ゲート電
極に対するゲート電圧の制御によって空乏層(15)を
広げることによって電子を第3の半導体層(13)の7
字溝の底にのみ局在させることができ、このチャンネル
の大きさを電子のドブロイ波長即ち約250人よやも小
さくすることを可能にする。!!pち、この状態は電子
ガス層において更に7字溝の形状利用によって1次元に
量子化された状態を実現できる。
上述したように、本発明によるFETによれば、ゲート
電圧の制御によってチャンネルを第3の半導体層(13
)における7字溝内において3次元状態から高い電子移
動度を実現できる1次元状態にまで変調することができ
るのである。
尚、上述した例においては、本発明をAI GaAs系
化合物半導体によって構成した場合であるが、他の各種
化合物半導体例えばInPGa系等の化合物半導体によ
って構成することもできる。
又、上述し′たように第2の半導体J’1l(12)の
第3の半導体層(13)側にノンドープのスペーサ一層
(12^)を設ける場合は、2次元電子ガス層2DEG
の近傍のキャリアを分離することができ、より高いキャ
リアの移動度を得ることができる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によるPETによれば、チャンネ
ルの大きさをゲート電圧によって制御するものであるが
特にその制御をチャンネル内におけるキャリアを3次元
的自由状態から1次元自由状態に変調することができる
ものであって、キャリア移動度の高い状態での使用が可
能となるものであり、これによって超高速動作を行わし
めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体装置の一例の路線的拡大平
面図、第2図はそのA−A線上の要部の路線的拡大平面
図、第3図及び第4図は本発明による半導体装置の一例
の説明に供する製造工程図、第5図は本発明装置のエネ
ルギーバンドモデル図である。 (1)は基板、(11) 、  (12)及び(13)
は夫々第1、第2及び第3の半導体層、(14)はゲー
ト電極、(16)及び(17)はソース及びドレイン電
極、(15)は空乏層である。 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半絶縁性の第1の半導体層と、1の導電型の第2の半導
    体層と、これと同導電型の第3の半導体層とが、ソース
    及びドレインの配列方向に沿って夫々延びる複数のほぼ
    V字状断面の溝が配列された微細凹凸面をもって形成さ
    れ、上記第3の半導体層の上面は平坦面とされて該平坦
    面にゲート部が設けられて上記第3の半導体層の上記第
    2の半導体層側に2次元に量子化されたキャリアガス層
    を含むチャンネルが形成され、その大きさをゲート電圧
    によってキャリアが1次元に量子化された状態まで制御
    できるようにした半導体装置。
JP1009285A 1985-01-23 1985-01-23 半導体装置 Pending JPS61170070A (ja)

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JP1009285A JPS61170070A (ja) 1985-01-23 1985-01-23 半導体装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376380A (ja) * 1986-09-18 1988-04-06 Fujitsu Ltd 半導体装置
JPH04199519A (ja) * 1990-11-28 1992-07-20 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
WO1995028741A1 (de) * 1994-04-19 1995-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Mikroelektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5828076A (en) * 1994-04-19 1998-10-27 Siemens Aktiengesellschaft Microelectronic component and process for its production

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