JPS63205968A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JPS63205968A
JPS63205968A JP3873287A JP3873287A JPS63205968A JP S63205968 A JPS63205968 A JP S63205968A JP 3873287 A JP3873287 A JP 3873287A JP 3873287 A JP3873287 A JP 3873287A JP S63205968 A JPS63205968 A JP S63205968A
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channel region
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    • 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
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    • H01L29/775Field effect transistors with one dimensional charge carrier gas channel, e.g. quantum wire FET

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Abstract

PURPOSE:To obtain a miniaturized thin-wire-like channel structure by a method wherein a thin-wire-like high-concentration impurity doped region is formed in a layer having a weak electron affinity and another layer having a strong electron affinity is formed on the region. CONSTITUTION:An FET is constituted by a source electrode 7, a drain electrode 8 and a gate electrode 4. An undoped AlGaAs layer 2 grown by a molecular beam epitaxial method, a p-type GaAs layer 3 and an n-type impurity doped region 5 are formed on a semiinsulating GaAs substrate 1; the region 5 acts as a channel-inducing region. The region 5 is doped selectively; the spread of a region 6 in the transverse direction is prescribed by the spread of a potential generated by a space charge in the region 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、G a A sに代表される化合物半導体内
の電子の高速伝播作用を利用して、動作速度を極限にま
で高めた半導体素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a semiconductor device that maximizes the operating speed by utilizing the high-speed propagation effect of electrons in a compound semiconductor such as GaAs. It is related to.

さらに詳しくは、いわゆるHEMT(ハイ エレクトロ
ンモービリティ トランジスタ)構造に改良を加え、こ
のような断面構造を1次元FETおよび量子干渉型トラ
ンジスタ(QTT(クヮンタムインターフェアランス 
トランジスタ))に適用するのに好適な半導体素子に関
する。
More specifically, we have improved the so-called HEMT (High Electron Mobility Transistor) structure and applied this cross-sectional structure to one-dimensional FETs and quantum interference transistors (QTTs).
The present invention relates to a semiconductor device suitable for application to transistors).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から、半導体中における電子の高速伝播作用を利用
して高速半導体素子を構成する試みが多くなされている
Conventionally, many attempts have been made to construct high-speed semiconductor devices by utilizing the high-speed propagation effect of electrons in semiconductors.

特に、キャリアとなる電子を1次元内に閉じ込めること
により、従来型素子の特性を大幅に上回る素子が実現で
きる。例えば、電子の運動を1次元内に閉じ込め、散乱
の影響を低減化することによる電子の高移動度化を利用
した1次元FETが提案されている。(エイチ・サカキ
、 ジャパニーズジャーナルオブアプライド フィジッ
クス19.735(1980年)。エイチ・サカキ、プ
ロスイーディング1981インターナシヨナルシンポジ
ウムオンガリウムヒ素アンド リレイティドコンパウン
ド、 1981年、オーイソインスティテユート フィ
ジックスコンファレンスシリーズ63゜251(198
2年)(H,5akaki、 Jpn、 J、 App
l、 Phy、。
In particular, by confining electrons, which serve as carriers, in one dimension, it is possible to realize a device with characteristics that greatly exceed those of conventional devices. For example, a one-dimensional FET has been proposed that utilizes high electron mobility by confining the movement of electrons within one dimension and reducing the influence of scattering. (H. Sakaki, Japanese Journal of Applied Physics 19.735 (1980). H. Sakaki, Professional Sweating 1981 International Symposium on Gallium Arsenide and Related Compounds, 1981, Oiso Institute Physics Conference Series 63°251 (198
2nd year) (H, 5akaki, Jpn, J, App
l, Phy,.

19、735 (1980)、 H,5akaki、 
Proc、 1981 Int。
19, 735 (1980), H, 5akaki,
Proc., 1981 Int.

Symp、 on GaAs & Re1ated C
ompound、 1981.0iso。
Symp, on GaAs & Re1ated C
compound, 1981.0iso.

In5t、 Phys、 Conf、 Ser、、 6
3.251 (1982))このような素子の平面構造
を第6図(、)に示す。67はソース電極、68はドレ
イン電極、66は細線状のチャネル、64はゲート電極
である。断面構造は種々提案されているが、これについ
ては後で述べる。
In5t, Phys, Conf, Ser,, 6
3.251 (1982)) The planar structure of such an element is shown in FIG. 67 is a source electrode, 68 is a drain electrode, 66 is a thin channel, and 64 is a gate electrode. Various cross-sectional structures have been proposed, which will be discussed later.

また、電子の通過するチャネルを一度分岐して2つのチ
ャネルに分け、再び一つのチャネルに結合するチャネル
構造が実現できれば、2つに分けたチャネル間で電子の
位相差を起こし、結合部分で干渉を起こすことによって
生じるコンダクタンスの変化を用いて、トランジスタ作
用を得ることが提案されている。(ニス・ダッタ、エム
・アール・メロク、ニス・パンディオパドヤイ、および
エム・ニス・ランドストロム、アプライド フィジック
ス レターズ48,487(1986年)(S、 [1
atta。
In addition, if a channel structure in which the channel through which electrons pass is once branched, divided into two channels, and then recombined into one channel can be realized, a phase difference in the electrons will occur between the two divided channels, and interference will occur at the combined part. It has been proposed to obtain transistor action using the change in conductance caused by this. (Nith Dutta, M. R. Melok, N. Pandyopadhyay, and M. N. Lundstrom, Applied Physics Letters 48, 487 (1986) (S, [1
atta.

M、 R,Melloch、 S、 Bandyopa
dhyay、 and M、 S。
M., R. Melloch, S. Bandyopa.
dhyay, and M, S.

Lundstrom、 Appl、 Phys、 Le
tt、 48.487 (1986))このようなトラ
ンジスタを量子干渉型トランジスタ QITという。そ
の平面構造は第6図(b)に示すようになっている。6
7はソース電極、68はドレイン電極、64は2経路中
の一方にのみ形成されたゲート電極である。66は中間
部で2分割されたチャネルである。このようなQITは
、1次元FETとは全く動作原理が異なる。すなわち、
FETが電子の数を制御するのに対し、QITは電子の
位相を制御するものである。このため、制御すべきゲー
トに印加する電圧の絶対値もFETが数百mV程度であ
るのに対し、QITでは数mV程度である。このように
、FETとQITには動作原理上の違いがあるが、QI
Tにおいてもチャネル内の電子をより完全な1次元内に
閉じ込めることができれば、干渉作用はさらに完全なも
のとなり、素子特性を向上することができる。
Lundstrom, Appl, Phys, Le
TT, 48.487 (1986)) Such a transistor is called a quantum interference transistor (QIT). Its planar structure is shown in FIG. 6(b). 6
7 is a source electrode, 68 is a drain electrode, and 64 is a gate electrode formed only on one of the two paths. 66 is a channel divided into two at the middle. The operating principle of such a QIT is completely different from that of a one-dimensional FET. That is,
While FET controls the number of electrons, QIT controls the phase of electrons. For this reason, the absolute value of the voltage applied to the gate to be controlled is about several hundred mV for a FET, whereas it is about several mV for a QIT. In this way, there are differences in the operating principle between FET and QIT, but QI
If the electrons in the channel can be more completely confined in one dimension even at T, the interference effect will be more complete and the device characteristics can be improved.

このように、この種の超高速素子を実現するためには、
チャネル領域内で電子をドブロイ波長である数+nm以
下に1次元的に閉じ込めるポテンシャル構造と、分岐点
を持つ細線化チャネル領域を任意の形状に構成できるポ
テンシャル構造とを実現する必要がある。
In this way, in order to realize this type of ultra-high-speed device,
It is necessary to realize a potential structure that one-dimensionally confines electrons within the channel region to the de Broglie wavelength of several + nm or less, and a potential structure that allows a thinned channel region with branch points to be configured in an arbitrary shape.

さら、電気的特性を損なう重要な要因となる表面界面の
影響を低減化することが、微細化に伴い本質的に必要と
なる。
Furthermore, with miniaturization, it is essentially necessary to reduce the influence of surface interfaces, which are important factors that impair electrical characteristics.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来から、この種の素子実現のため多くの構造が提案さ
れているが、以下に説明するように、いずれも上記の要
求条件を満足する解決策は見い出されず、素子は実現さ
れていない。
Conventionally, many structures have been proposed for realizing this type of device, but as will be explained below, no solution has been found that satisfies the above requirements, and no device has been realized.

その最も大きな理由は、第6図(a)、(b)において
、aa’で示すゲート電極下の断面構造に基づく問題点
である。以下に従来例の問題点を詳細に説明する。
The biggest reason for this is a problem based on the cross-sectional structure under the gate electrode, indicated by aa' in FIGS. 6(a) and 6(b). The problems of the conventional example will be explained in detail below.

従来法による第1の例の断面構造を第6図(c)に示す
The cross-sectional structure of the first example according to the conventional method is shown in FIG. 6(c).

図において、61は半絶縁性GaAs基板、62はノン
ドープGaAs層、63はn型fiJL G a A 
s層、64はゲート電極、65は誘起されたキャリアガ
スである。
In the figure, 61 is a semi-insulating GaAs substrate, 62 is a non-doped GaAs layer, and 63 is an n-type fiJL GaA
s layer, 64 is a gate electrode, and 65 is an induced carrier gas.

この構造は、例えば、公知の方法に基づき、半絶縁性G
 a A s基板61上に、ノンドープGaAs層62
、n型An G a A s層63を順次、分子線エピ
タキシャル(MBE)結晶成長法によって形成し、さら
に、ゲート電極64を堆積し、所望の寸法に加工した後
、メサエッチングすることによって形成できる。n型A
fl G a A s層63に適度に不純物をドーピン
グしておくと、ノンドープG a A s層62内の、
n型A立GaAs層63との界面部分にキャリアガス6
5が誘起され、チャネル領域として作用する。゛この作
用は、いわゆるHEMT素子において公知の事実である
This structure can be constructed, for example, using a semi-insulating G
On the aAs substrate 61, a non-doped GaAs layer 62
, an n-type AnGaAs layer 63 is sequentially formed by molecular beam epitaxial (MBE) crystal growth method, a gate electrode 64 is further deposited, processed to desired dimensions, and then mesa-etched. . n-type A
When the fl Ga As layer 63 is appropriately doped with impurities, the non-doped Ga As layer 62 is
A carrier gas 6 is provided at the interface with the n-type A-vertical GaAs layer 63.
5 is induced and acts as a channel region. ``This effect is a well-known fact in so-called HEMT devices.

この構造における、電子を閉じ込めるポテンシャル構造
は、縦方向がノンドープG a A s層62、n型A
ft G a A s層63の電子親和力の差およびノ
ンドープGaAs層62内の空間電荷によって規定され
、横方向、すなわち、チャネルの幅Wがメサエッチング
によるノンドープG a A s層62の形状、すなわ
ちノンドープGaAs層62ど真空中の電子状態(エネ
ルギー準位)の差によって規定される。
In this structure, the potential structure for confining electrons consists of a non-doped GaAs layer 62 in the vertical direction and an n-type A
ft defined by the difference in electron affinity of the GaAs layer 63 and the space charge in the non-doped GaAs layer 62, and the width W of the channel in the lateral direction, that is, the width W of the channel, is determined by the shape of the non-doped GaAs layer 62 by mesa etching, that is, the non-doped GaAs layer 62. The GaAs layer 62 is defined by the difference in electronic states (energy levels) in vacuum.

しかし、この構造においては、メサエッチングによる横
方向のポテンシャル構造を規定する方法に問題があった
However, this structure has a problem with the method of defining the lateral potential structure by mesa etching.

この構造で、キャリアガス領域65の横方向の拡がりを
狭め、1次元的な閉じ込め効果を高めるためには、エツ
チング工程におけるマスクの微細化、サイドエツチング
の利用など、エツチング技術に依存することになり、数
十nm以下の微細化構造を実現するには大きな困難があ
った。
In this structure, in order to narrow the lateral spread of the carrier gas region 65 and enhance the one-dimensional confinement effect, it is necessary to rely on etching techniques such as miniaturization of the mask in the etching process and the use of side etching. However, there were great difficulties in realizing a fine structure of several tens of nanometers or less.

さらに、化合物半導体においては、表面あるいは界面の
安定化が困難であることは広く知られており、表面にト
ラップ準位が生じ、@流値にドリフト現象が見られるな
ど、電気特性が劣化する。
Furthermore, it is widely known that it is difficult to stabilize the surface or interface of a compound semiconductor, and trap levels are generated on the surface, causing deterioration of electrical properties such as a drift phenomenon in the current value.

したがって、もしエツチング技術を駆使して微細構造が
実現できたとしても1本構造の横方向が表面であるため
、その安定化を図る必要がある。しかし、現在、表面安
定化のための有効な手段が見い出されていないという問
題点があった。
Therefore, even if a fine structure can be realized by making full use of etching technology, since the horizontal direction of a single structure is the surface, it is necessary to stabilize it. However, there is a problem in that no effective means for surface stabilization has been found at present.

従来法による第2の例を第7図に示すJ71は半絶縁性
G a A s基板、72.75はノンドープAl1G
 a A s層、73はノンドープGaAs層、77は
混晶化領域、76は形成されたチャネル領域、74は不
純物ドープ用マスクを兼ねたゲート電極である。
A second example using the conventional method is shown in FIG. 7. J71 is a semi-insulating GaAs substrate, and 72.75 is a non-doped Al1G substrate.
73 is a non-doped GaAs layer, 77 is a mixed crystal region, 76 is a formed channel region, and 74 is a gate electrode which also serves as an impurity doping mask.

この構造は1例えば、公知の方法に基づき、半絶縁性G
aAs基板71上に、ノンドープAn G a A s
層72、ノンドープGaAs層73、ノンドープAn 
G a A s層75を順次MBE結晶成長法によって
形成した後、適当なマスク兼ゲート電極74を用いてS
i等を熱処理により熱拡散して、AflGaAs混晶領
域77を形成することによって得られる。または、イオ
ン注入技術を用いて77の領域にGa、Si等のイオン
注入を行ない、熱処理を行なうことによっても同様の構
造が得られる。
This structure can be constructed using, for example, a semi-insulating G
On the aAs substrate 71, non-doped AnGaAs
layer 72, non-doped GaAs layer 73, non-doped An
After forming the GaAs layer 75 sequentially by the MBE crystal growth method, an S layer is formed using an appropriate mask and gate electrode 74.
The AflGaAs mixed crystal region 77 is obtained by thermally diffusing the AflGaAs mixed crystal region 77 by heat treatment. Alternatively, a similar structure can be obtained by implanting ions of Ga, Si, etc. into the region 77 using ion implantation technology and performing heat treatment.

この例における電子を閉じ込めるポテンシャル構造では
、縦方向がノンドープAn G a A s層72.7
5とノンドープGaAs層73の電子親和力の差で規定
され、横方向が混晶領域77とGaAs層76の電子親
和力の差で規定される。
In the potential structure that confines electrons in this example, the vertical direction is a non-doped An Ga As layer 72.7
5 and the non-doped GaAs layer 73, and the lateral direction is defined by the difference in electron affinity between the mixed crystal region 77 and the GaAs layer 76.

この構造は、チャネル領域がすべてへテロ構造で囲まれ
ていて、製作工程中もチャネル領域が外部にさらされる
ことがないため、第1の従来例で指摘した、メサエッチ
ングによって生じる表面に対する安定化の困難さの問題
点は解決されている。
In this structure, the channel region is entirely surrounded by a heterostructure, and the channel region is not exposed to the outside during the manufacturing process, so it is stable against the surface caused by mesa etching, which was pointed out in the first conventional example. The problem of difficulty has been solved.

しかし、第1の従来例と同じく、この構造でチャネル領
域76の横方向の広がりを狭くするためには、熱拡散工
程またはイオン注入工程におけるマスクを微細化する必
要があり、数十nm以下の微細化構造を実現することに
は大きな困難があった。
However, like the first conventional example, in order to narrow the lateral extent of the channel region 76 in this structure, it is necessary to miniaturize the mask in the thermal diffusion process or ion implantation process, and There were great difficulties in realizing the miniaturized structure.

また、この構造には、熱処理による拡散現象に基づく混
晶化過程によってチャネル領域76の寸法を決めるため
、すなわち、第7図(b)にイオン注入した領域の不純
物濃度分布を示すように、境界部は濃度が低く、なだら
かな特性となっているため、チャネル領域と混晶領域と
の境界の急峻性を得ることが困難であり、横方向の広が
りが数十r+m以下の微細化構造を実現することを本質
的に困難にするという問題点があった。
In addition, in this structure, in order to determine the dimensions of the channel region 76 by the mixed crystal formation process based on the diffusion phenomenon caused by heat treatment, in other words, as shown in the impurity concentration distribution of the ion-implanted region in FIG. Since the concentration of the crystal region is low and the characteristics are gentle, it is difficult to obtain a sharp boundary between the channel region and the mixed crystal region, and a fine structure with a lateral extent of several tens of r+m or less is realized. The problem was that it was inherently difficult to do so.

従来法による第3の例を第8図に示す。A third example using the conventional method is shown in FIG.

81は半絶縁性GaAs基板、 82.85はノンドー
プAll G a A s ffJ、87はn型M G
 a A s層、83はノンドープGaAsJ5.86
は形成されたチャネル領域、84はゲート電極である。
81 is a semi-insulating GaAs substrate, 82.85 is a non-doped All GaAs ffJ, and 87 is an n-type MG.
a As layer, 83 is non-doped GaAsJ5.86
84 is a formed channel region, and 84 is a gate electrode.

この構造は、例えば、公知の方法に基づき、半絶縁性G
aAs基板81上に、ノンドープAnGaAs層82、
ノンドープGaAs層83、ノン1−−プAQ G a
 A s層85を順次MBE結晶成長法によって形成し
た後。
This structure can be constructed, for example, using a semi-insulating G
On the aAs substrate 81, a non-doped AnGaAs layer 82,
Non-doped GaAs layer 83, non-doped AQ Ga
After the As layer 85 is sequentially formed by the MBE crystal growth method.

メサ加工をして、さらにn型All G a A s層
87を再成長させ、ゲート電極84を堆積することによ
って得られる。n型ML G a A s層87に適度
に不純物をドーピングしておくと、ノンドープGaAs
層83内の、n型An G a A s層87との界面
部分にキャリアガスが誘起され、チャネル領域86とし
て作用する。
This is obtained by performing mesa processing, further growing an n-type All Ga As layer 87, and depositing a gate electrode 84. If the n-type ML GaAs layer 87 is appropriately doped with impurities, non-doped GaAs
A carrier gas is induced in the layer 83 at the interface with the n-type AnGaAs layer 87 and acts as a channel region 86 .

この例におけるポテンシャル構造では、縦方向がノンド
ープAn G a A s82.85とノンドープG 
a A s層83の電子親和力の差で規定され、横方向
はn型All G a A s層87とノンドープG 
a A s層83の電子親和力の差およびノンドープG
 a A s ljJ 83の空間電荷で規定される。
In the potential structure in this example, the vertical direction is composed of non-doped An Ga A s82.85 and non-doped G
It is defined by the difference in electron affinity between the a As layer 83, and in the lateral direction, the n-type All Ga As layer 87 and the non-doped G
a Difference in electron affinity of A s layer 83 and non-doped G
It is defined by the space charge of a A s ljJ 83.

この構造では、閉じ込め作用を持つポテンシャルが、積
層膜厚の制御精度のみにしか依存していないために、原
理的には数十nm以下の微細化構造を実現することが可
能であり、電子の特に横方向(図中Wで示す)の閉じ込
めに関して、前述の2例に比較して優れている。
In this structure, the potential that has the confinement effect depends only on the control accuracy of the laminated film thickness, so in principle it is possible to realize a fine structure of several tens of nanometers or less, and it is possible to Particularly regarding confinement in the lateral direction (indicated by W in the figure), it is superior to the above two examples.

しかし、この構造は、メサ加工をしたエッチ部分を利用
しているため、エツチングおよびn型AQGaAs層8
7の再成長の工程を必要とし、高度の製作技術を要する
という問題点があった。
However, since this structure utilizes the mesa-processed etched portion, the etching and n-type AQGaAs layer 8
There was a problem in that it required 7 regrowth steps and required advanced manufacturing technology.

また、エッチ部分を形成するため、工程中にチャネル領
域となるノンドープGaAs層83の端面がエツチング
雰囲気、大気等にさらされることから、端面部分の表面
安定化処理を行なう必要がある。
Furthermore, since the end face of the non-doped GaAs layer 83, which will become the channel region, is exposed to the etching atmosphere, atmosphere, etc. during the process to form the etched part, it is necessary to perform a surface stabilization treatment on the end face part.

しかし、第1の従来例でも述べた通り、化合物半導体に
おいて表面あるいは界面の安定化が困難であることは広
く知られており1表面にトラップ準位が生じ、電流値に
ドリフト現象が見られるなどの電気特性劣化現象があり
、現在、表面安定化のための有効な手段が見い出されて
いないという。
However, as mentioned in the first conventional example, it is widely known that it is difficult to stabilize the surface or interface of compound semiconductors, and trap levels occur on the surface, causing drift phenomena in the current value, etc. There is a phenomenon of deterioration of the electrical properties of the surface, and currently no effective means have been found to stabilize the surface.

重大な問題点があった。There was a serious problem.

さらに、この構造は端面に誘起されたチャネル領域を利
用しているため、チャネル領域86を例えばQITに適
用するために2つ以上のチャネルに分岐することは原理
的に不可能で、分岐点を持つ細線化チャネル領域を任意
の形状にポテンシャル構造を構成しようとすると、構造
の複雑さと製造技術の高度化が一層要求されるという問
題点があった。
Furthermore, since this structure utilizes a channel region induced on the end face, it is theoretically impossible to branch the channel region 86 into two or more channels for application to QIT, for example, and the branching point is When trying to construct a potential structure in an arbitrary shape using the thinned channel region, there are problems in that the structure is complicated and the manufacturing technology is required to be more sophisticated.

このように、従来構造においては、チャネルの幅Wの寸
法を電子レベルで見た場合に、1次元と見なせるほど狭
く形成することができなかった点が最大の解決すべき点
である。
As described above, in the conventional structure, the biggest problem to be solved is that the width W of the channel cannot be formed so narrow that it can be regarded as one-dimensional when viewed at the electronic level.

本発明の目的は、電子を閉じ込めるポテンシャル構造の
横方向寸法を1100n程度以下に微細化する場合の問
題点であった。微細化構造形成の困難さ、表面の安定化
処理の困難さ1分岐点形成の困難さの点を解決した微小
細線状チャネル構造を提供することにある。
The object of the present invention was to solve problems when the lateral dimension of a potential structure that confines electrons is made finer to about 1100 nm or less. The object of the present invention is to provide a fine linear channel structure that solves the difficulties of forming a fine structure, the difficulty of surface stabilization treatment, and the difficulty of forming one branch point.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、基板または基板上の成長層であって電子親和
力の小さな層中に、細線状の高濃度不純物ドープ領域を
設け、その上に電子親和力のより大きな層を設け、上記
不純物ドープ領域をチャネル誘起領域として機能させ、
その上の層の下面に、キャリア蓄積層またはキャリア反
転層からなるチャネル領域を誘起させる、いわゆるHE
MT構造(正確には逆HEMT構造)を断面構造として
有する1次元FET、またはQITを提案するものであ
る。
The present invention provides a thin line-shaped region doped with a high concentration of impurities in a substrate or a growth layer on the substrate that has a low electron affinity, and a layer with a higher electron affinity is provided on top of the thin line-like region, and the impurity doped region is function as a channel induction region,
A so-called HE that induces a channel region consisting of a carrier accumulation layer or a carrier inversion layer on the lower surface of the layer above it.
We propose a one-dimensional FET or QIT having an MT structure (more precisely, an inverted HEMT structure) as a cross-sectional structure.

さらに、1つの実施例においては、チャネルの幅を狭く
して、−次元チャネルを実現するために集束イオンビー
ム等を用いた微細加工技術を用いるとともに、不純物ド
ープ濃度分布が、中央部が高濃度である特徴を生かし、
この中央部分に対応するより幅の狭いチャネルを誘起で
きるようにしたものである。
Furthermore, in one embodiment, in order to narrow the width of the channel and realize a -dimensional channel, microfabrication technology using a focused ion beam or the like is used, and the impurity doping concentration distribution is changed so that the central part has a high concentration. Taking advantage of the characteristics of
It is possible to induce a narrower channel corresponding to this central portion.

〔作用〕[Effect]

このようにすれば、成長膜の膜厚方向(基板主面と垂直
な方向)には、公知の高精度膜厚制御技術により、極め
て微細な構造(+ヤネルの高さに相当)が実現できると
ともに、横、すなわち、チャネルの幅方向をも表面トラ
ップの悪影響を受けることなく極微細にでき、結果とし
て一次元チャネルが実現できる。したがって、FETま
たはQITに適用すれば電子の高速伝搬作用を最大限に
活用した高速素子が実現できる。
In this way, in the film thickness direction of the grown film (direction perpendicular to the main surface of the substrate), an extremely fine structure (equivalent to +Yarnel height) can be realized using known high-precision film thickness control technology. At the same time, the lateral, ie, channel width direction can also be made extremely fine without being adversely affected by surface traps, and as a result, a one-dimensional channel can be realized. Therefore, if applied to FETs or QITs, it is possible to realize high-speed devices that make maximum use of the high-speed propagation effect of electrons.

また、従来技術においては、チャネル誘起領域の最大幅
と等しいチャネル幅しか実現できなかったが、本発明の
1つの実施例によればチャネル誘起領域の不純物濃度分
布の凸形状を利用して物理的な最大幅よりも狭いチャネ
ル幅を実現できるという作用を有する。このため、チャ
ネル誘起領域の物理的加工限界以下のチャネル幅を実現
できるので、より容易に1次元チャネルを実現できる。
In addition, in the conventional technology, only a channel width equal to the maximum width of the channel induction region could be realized, but according to one embodiment of the present invention, the convex shape of the impurity concentration distribution of the channel induction region is used to realize a physical This has the effect of realizing a channel width narrower than the maximum width. Therefore, it is possible to realize a channel width that is less than the physical processing limit of the channel inducing region, and therefore it is possible to realize a one-dimensional channel more easily.

〔実施例〕〔Example〕

実施例 1 第1図(a)〜(c)は本発明の第1の実施例を示す図
である。なお、各図において、同一もしくは対応する符
号を付しであるものは、同一もしくは同様の部材を示す
Embodiment 1 FIGS. 1(a) to 1(c) are diagrams showing a first embodiment of the present invention. In each figure, the same or corresponding reference numerals indicate the same or similar members.

ただし、第1図(c)は断面構造のみを示し、第1図(
a)に示す1次元FET、または第1図(b)に示すQ
ITのaa’に沿う断面を示す。
However, Fig. 1(c) shows only the cross-sectional structure, and Fig. 1(c) shows only the cross-sectional structure.
One-dimensional FET shown in a) or Q shown in FIG. 1(b)
A cross section along aa' of IT is shown.

1次元FETとQITとは先に述べたように、構造、動
作原理は全く異なる素子であるが、1次元チャネルが形
成できれば、より性能が向上する点で共通するものであ
り、この観点に立てば、ゲート直下の断面構造が重要で
あり、換言すれば、この構造のみを特定すれば両者に容
易に適用できるものである。したがって、以下の実施例
においても断面構造の説明にとどめることとする。
As mentioned earlier, one-dimensional FET and QIT are elements with completely different structures and operating principles, but they have in common that if a one-dimensional channel can be formed, the performance will be further improved, and from this point of view, For example, the cross-sectional structure directly under the gate is important; in other words, if only this structure is specified, it can be easily applied to both. Therefore, in the following examples, the explanation will be limited to the cross-sectional structure.

なお、FETを示す第1図(a)およびQITを示す(
b)の平面図において、7,8はそれぞれソース電極、
およびドレイン電極であり1例えばn型Ge、n型In
GaAs等の材料で形成されるいわゆるノンアロイオー
ミック電極である。、4は例えばTi/Au、またはW
Siを厚さ0.3−程度堆積して得られるゲート電極で
ある。この構造によって、チャネル領域6中の電子の流
れをそれぞれゲート電極4に印加した信号で制御するこ
とが可能となり、FETあるいはQIT動作が得られる
Note that FIG. 1(a) shows the FET and (
In the plan view of b), 7 and 8 are source electrodes, respectively.
and drain electrode 1, for example, n-type Ge, n-type In
This is a so-called non-alloy ohmic electrode formed of a material such as GaAs. , 4 are, for example, Ti/Au or W
This is a gate electrode obtained by depositing Si to a thickness of about 0.3 mm. This structure allows the flow of electrons in the channel region 6 to be controlled by signals applied to the respective gate electrodes 4, resulting in FET or QIT operation.

なお、以下の説明で詳しく述べるが、本発明による構造
においてはチャネル領域6の幅を1100n以下に低減
化できるため、電子が1次元的に閉じ込められ、電子の
移動度が増大し、FETあるいはQITの相互コンダク
タンスも増大する。
As will be described in detail in the following explanation, in the structure according to the present invention, the width of the channel region 6 can be reduced to 1100 nm or less, so electrons are confined one-dimensionally and the mobility of electrons is increased. The transconductance of is also increased.

第1図(c)の断面図において、1は半絶縁性GaAs
基板、2は半絶縁性GaAs基板]上に分子線エピタキ
シャル法(MBE法)によって成長させたノンドープA
n G a A s層で、晟の組成比は任意であるが、
0.2〜0.5程度が望ましい。3はさらにノンドープ
Afl G a A s層2上にMBE法によって成長
させたノンドープまたはp型のGaAs層、5は、ノン
ドープまたはp型GaAs層3の成長に先立ち。
In the cross-sectional view of FIG. 1(c), 1 is semi-insulating GaAs.
2 is a semi-insulating GaAs substrate] and non-doped A grown by molecular beam epitaxial method (MBE method).
In the nGaAs layer, the composition ratio of 晟 is arbitrary, but
About 0.2 to 0.5 is desirable. 3 is a non-doped or p-type GaAs layer grown by the MBE method on the non-doped Afl Ga As layer 2; 5 is a non-doped or p-type GaAs layer grown prior to the growth of the non-doped or p-type GaAs layer 3;

10”/cm’以上の濃度のn型不純物例えばSiを選
択的にドーピングしたn型不純物ドープ領域であり、チ
ャネル誘起領域として作用する。
This is an n-type impurity doped region selectively doped with an n-type impurity such as Si at a concentration of 10''/cm' or more, and acts as a channel inducing region.

n型不純物ドープ領域5の部分に、選択的に不純物のド
ーピングを行なうには、例えば、マスクを用いる通常の
イオン注入法、熱拡散法等の方法の他に、より望ましい
製作方法として、真空を破らずに搬送できるように結合
された集束イオンビーム装置と分子線エピタキシャル装
置を用いて、ノンドープM G a A s層2の成長
後、真空を破らずに集束イオンビーム装置へ搬送し、集
束イオンビーム装置により発生させたイオンビームによ
る5の領域へのイオン注入を行ない、さらに、真空を破
らずに再び分子線エピタキシャル装置へ搬送してノンド
ープまたはp型GaAsJli3を再成長させる方法が
ある。
In order to selectively dope the n-type impurity doped region 5 with impurities, for example, in addition to the usual ion implantation method using a mask, thermal diffusion method, etc., a more desirable manufacturing method is to use a vacuum. Using a focused ion beam device and a molecular beam epitaxial device that are combined so that they can be transported without breaking, after the non-doped M Ga As layer 2 is grown, the focused ion beam device is transported to the focused ion beam device without breaking the vacuum, and the focused ion beam is transferred to the focused ion beam device without breaking the vacuum. There is a method in which ions are implanted into the region 5 using an ion beam generated by a beam device, and then the undoped or p-type GaAsJli3 is regrown by transferring the region to the molecular beam epitaxial device again without breaking the vacuum.

6は、n型不純物ドープ領域5によってノンドープまた
はp型G a A s層3内に誘起されたチャネル領域
であり、第1図(a)、(b)における6に相当する。
Reference numeral 6 denotes a channel region which is non-doped or induced in the p-type GaAs layer 3 by the n-type impurity doped region 5, and corresponds to 6 in FIGS. 1(a) and 1(b).

ノンドープAn G a A s層2よりノンドープま
たはp型GaAs層3の電子親和力が大きいため、n型
不純物ドープ領域5の不純物濃度が101G /am−
3以上であれば、ドーピングによってn型不純物ドープ
領域5へ供給された電子は、AfJ、 G aAs層5
からGaAs層3へ移動し、キャリア蓄積層またはキャ
リア反転層からなるチャネル領域6を形成する。この機
構は、HEMTおよび逆HEMTデバイス等で良く知ら
れている。P型GaAs層3に高純度層を利用すること
により、チャネル領域6内を走行する電子の不純物散乱
に起因する平均自由工程は増大し、電気的特性が大幅に
改善されることは、HEMTにおいて公知の事実である
。すなわち、平面図第1図(、)、(b)に基づいて説
明すれば、ソース電極7およびドレイン電極8は、n型
Ge、n型InGaAs等の材料で形成されるいわゆ□
るノンアロイオーミック電極であるため、電極は基板中
に深く広がらない。このため、ソース、ドレイン間の電
流が断面構造図の第1図(C)で見るとチャネル領域6
に集中し、チャネル誘起領域5には流れない。
Since the electron affinity of the non-doped or p-type GaAs layer 3 is greater than that of the non-doped AnGaAs layer 2, the impurity concentration of the n-type impurity doped region 5 is 101 G/am-
3 or more, the electrons supplied to the n-type impurity doped region 5 by doping are AfJ, GaAs layer 5
From there to the GaAs layer 3, a channel region 6 consisting of a carrier accumulation layer or a carrier inversion layer is formed. This mechanism is well known for HEMT and reverse HEMT devices. In HEMT, by using a high purity layer for the P-type GaAs layer 3, the mean free path caused by impurity scattering of electrons traveling in the channel region 6 increases, and the electrical characteristics are significantly improved. This is a known fact. That is, if it is explained based on the plan view of FIGS. 1(,) and 1(b), the source electrode 7 and the drain electrode 8 are formed of a material such as n-type Ge or n-type InGaAs.
Since it is a non-alloy ohmic electrode, the electrode does not extend deep into the substrate. Therefore, when looking at the cross-sectional structure diagram of FIG. 1(C), the current between the source and drain is shown in the channel region 6.
and does not flow into the channel inducing region 5.

この構造の大きな特長は、n型不純物ドープ領域5のド
ーピングが選択的に行なわれていることで、チャネル領
域6の横方向の広がり(第1図(a)、(b)のW。)
が、n型不純物ドープ領域5の空間電荷によって生じる
ポテンシャルの広がりによって規定されている点である
。さらに、その形成過程および最終的な構造において、
結晶の表面が、大気、エツチング雰囲気等に露出されな
いため、表面の安定化処理が必要ないことも、この構造
によってもたらされた大きな効果の1つである。さらに
、マスクパターン、あるいは、集束イオンビームの走査
方法の変調によって、分岐を含む任意の形状のチャネル
領域を形成できる。また、選択的に形成する領域の寸法
はイオン注入時のマスク寸法、または、集束イオンビー
ムの集束幅で決まるが、現在の技術では0.1−程度ま
で微細化できることが知られており、少なくとも0.1
層程度のチャネル領域までは本方法で形成できる。
A major feature of this structure is that the n-type impurity doped region 5 is selectively doped, so that the channel region 6 expands in the lateral direction (W in FIGS. 1(a) and 1(b)).
is defined by the potential spread caused by the space charge in the n-type impurity doped region 5. Furthermore, in its formation process and final structure,
One of the major effects brought about by this structure is that the surface of the crystal is not exposed to the atmosphere, etching atmosphere, etc., so that no surface stabilization treatment is required. Further, by modulating the mask pattern or the scanning method of the focused ion beam, a channel region of any shape including branches can be formed. Furthermore, the dimensions of the selectively formed region are determined by the mask dimensions during ion implantation or the focusing width of the focused ion beam, but it is known that current technology can miniaturize the region to about 0.1-. 0.1
Channel regions up to the layer size can be formed by this method.

本発明の効果を得るためには、チャネル領域の幅は0.
57m以下であることが必要であるが、一層の特性向上
を実現すためには、ドブロイ波長程度またはそれ以下、
すなわち、数十nm以下であることが望ましい。
In order to obtain the effects of the present invention, the width of the channel region should be 0.
It is necessary that the wavelength be 57 m or less, but in order to further improve the characteristics, it is necessary to
That is, it is desirable that the thickness be several tens of nanometers or less.

実施例 2 第2図は、本発明の第2の実施例を示す断面図である。Example 2 FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the invention.

同一部分には第1の実施例(第1図(C))と対応する
符号を付けである。第1の実施例と異なる点は第1図の
層3が、23aと23bの2層から構成されている点に
ある。すなわち、21は半絶縁性GaAs基板、22は
ノンドープAn G a A s層、23aはノンドー
プまたはp型のGaAs層、23bは23aより電子親
和力の小さいノンドープAfL G a A sM。
Identical parts are given the same reference numerals as in the first embodiment (FIG. 1(C)). The difference from the first embodiment is that layer 3 in FIG. 1 is composed of two layers 23a and 23b. That is, 21 is a semi-insulating GaAs substrate, 22 is a non-doped AnGaAs layer, 23a is a non-doped or p-type GaAs layer, and 23b is a non-doped AfL GaAs sM having a lower electron affinity than 23a.

24はゲート電極、25はn型不純物ドープ領域、26
はチャネル領域である。ここでは、23a層を膜厚10
nm程度以下にして、23a層上にさらに23a層より
電子親和力の小さい、例えばAn G a A s層を
MBE法で成長させた二重へテロ構造を形成し、23層
を複層とし、いわゆる量子井戸として、チャネル領域2
6を膜厚寸法dを小さく限定できる構造を実現すること
により、さらに効果的に閉じ込めることによって、さら
に1次元に近いチャネルを実現できる。
24 is a gate electrode, 25 is an n-type impurity doped region, 26
is the channel region. Here, the layer 23a has a thickness of 10
nm or less, and a double heterostructure is formed by growing on the 23a layer, for example, an An Ga As layer with a smaller electron affinity than the 23a layer, by the MBE method, and the 23 layer is made into a multilayer, so-called Channel region 2 as a quantum well
By realizing a structure in which the film thickness dimension d of 6 can be limited to a small value, a channel that is even more nearly one-dimensional can be realized by confining the channel more effectively.

なお、本実施例の概念を本発明の他の実施例と任意に組
み合わせることも可能である。
Note that it is also possible to arbitrarily combine the concept of this embodiment with other embodiments of the present invention.

実施例 3 第3図は、本発明の第3の実施例を示す断面図である。Example 3 FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.

同一部分には第1の実施例(第1図(c))と対応する
符号を付けである。第1の実施例と異なる点は、32層
と33層の間に、39層が設けである点にある。層39
は、32層と33層との間に介在させたいわゆるスペー
サ層で、ノンドープAn G a A s層である。す
なわち、31は半絶縁性G a A s基板、32はノ
ンドープM G a A s層、33はノンドープまた
はP型のG a A s層、39はノンドープM G 
a A s層、34はゲート電極、35はn型不純物ド
ープ領域、36はチャネル領域である。不純物層ドープ
領域35が存在するノンドープAll G a A s
層32と、その上のノンドープAn G a A s層
39と、さらにその上のノンドープまたはp型GaAs
層33の電子親和力の関係は小、小、大という関係にな
っており、この中間層39はスペーサ層として作用し、
’HEMT動作における電子輸送特性を改善できること
は公知であるので、説明は省略する。
The same parts are given the same reference numerals as in the first embodiment (FIG. 1(c)). The difference from the first embodiment is that 39 layers are provided between the 32nd and 33rd layers. layer 39
is a so-called spacer layer interposed between the 32nd layer and the 33rd layer, and is a non-doped AnGaAs layer. That is, 31 is a semi-insulating GaAs substrate, 32 is a non-doped MGaAs layer, 33 is a non-doped or P-type GaAs layer, and 39 is a non-doped MGAs layer.
34 is a gate electrode, 35 is an n-type impurity doped region, and 36 is a channel region. Non-doped All Ga As in which impurity layer doped region 35 exists
layer 32, a non-doped AnGaAs layer 39 thereon, and a non-doped or p-type GaAs layer 39 thereon.
The relationship between the electron affinities of the layer 33 is small, small, and large, and this intermediate layer 39 acts as a spacer layer,
'It is well known that the electron transport characteristics in HEMT operation can be improved, so the explanation will be omitted.

なお、本実施例の概念を1本発明の他の実施例と任意に
組み合わせることも可能である。
Note that it is also possible to arbitrarily combine the concept of this embodiment with other embodiments of the present invention.

実施例 4 第4図(a)、(b)は、本発明の第4の実施例を示す
図であって、同一部分には第1の実施例(第1図(C)
)と対応する符号を付けである。
Embodiment 4 FIGS. 4(a) and 4(b) are diagrams showing a fourth embodiment of the present invention, and the same parts as those of the first embodiment (FIG. 1(C)
) with the corresponding sign.

第1の実施例と異なる点は、不純物ドープされたチャネ
ル誘起領域45bと45bを中央部を重畳させて形成し
である点にある。すなわち、41は半絶縁性GaAs基
板、42はノンドープAI G a A s層、7I3
はノンドープまたはp型のGaAs層、44はゲート電
極、45a、45bはn型不純物ドープ領域(チャネル
誘起領域)、46はチャネル領域である。
The difference from the first embodiment is that impurity-doped channel inducing regions 45b and 45b are formed with their central portions overlapping each other. That is, 41 is a semi-insulating GaAs substrate, 42 is a non-doped AI GaAs layer, and 7I3
44 is a gate electrode, 45a and 45b are n-type impurity doped regions (channel induction regions), and 46 is a channel region.

45a、45bを有する構造は、例えば、集束イオンビ
ーム発生装置を用いたイオン注入で、イオンビームの走
査を2回、相互に微小間隔を隔てて行なえば得られる。
The structure having 45a and 45b can be obtained, for example, by performing ion implantation using a focused ion beam generator and scanning the ion beam twice at a small distance from each other.

このような構造になっているため、45aと45bの重
なり部分の不純物濃度は、45dと45bの領域の中の
他の部分と比へて高く、チャネル誘起領域全体では不純
物濃度が第4図(b)に示すように、凸形の濃度分布を
持つ。本構造では、45aと45bの濃度を適切に選び
、重なった部分すなわち凸形の濃度分布の極大点のみを
実効的なチャネル誘起領域として作用させることが可能
である。46はこのようにして生じたチャネル領域であ
る。
Because of this structure, the impurity concentration in the overlapping part of 45a and 45b is higher than in other parts of the region 45d and 45b, and the impurity concentration in the entire channel induction region is as shown in FIG. As shown in b), it has a convex concentration distribution. In this structure, by appropriately selecting the concentrations of 45a and 45b, it is possible to cause only the overlapping portion, that is, the maximum point of the convex concentration distribution, to act as an effective channel inducing region. 46 is the channel region thus produced.

45aと45bの微小間隔の調節は、例えば最近の集束
イオンビーム発生装置によれば、0.057/I11以
下にすることが可能なため、この構造によっても、0.
1ρ以下のチャネル領域が形成できる。
For example, according to recent focused ion beam generators, it is possible to adjust the minute distance between 45a and 45b to 0.057/I11 or less.
A channel region with a thickness of 1ρ or less can be formed.

実施例 5 第5図は、本発明の第5の実施例を示す断面図である。Example 5 FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

図において、51は半絶縁性GaAs基板、100はノ
ンドープGaAs層、52はノンドープAfl G a
As層、53はノンドープまたはp型GaAs層、54
はゲート電極、55はn型不純物ドープ領域(チャネル
誘起領域)、56a、56b、56cはそれぞれn型不
純物ドープ領域によって誘起されるチャネル領域、10
2はオーミック電極、101はn型不純物ドープ領域(
導電領域)である。
In the figure, 51 is a semi-insulating GaAs substrate, 100 is a non-doped GaAs layer, and 52 is a non-doped Afl Ga
As layer, 53 is non-doped or p-type GaAs layer, 54
10 is a gate electrode, 55 is an n-type impurity doped region (channel induction region), 56a, 56b, and 56c are channel regions induced by the n-type impurity doped region, respectively;
2 is an ohmic electrode, 101 is an n-type impurity doped region (
conductive area).

本構造の特徴は、導電領域101を介してオーミック電
極102に加えた制御用電位をチャネル誘起領域55へ
伝達して、チャネル誘起領域55のバイアス電位によっ
て、チャネル領域を実際のチャネル誘起領域55の寸法
から、任意の寸法に変化できる効果を併用させたもので
ある。
The feature of this structure is that the control potential applied to the ohmic electrode 102 is transmitted to the channel induction region 55 via the conductive region 101, and the channel region is changed from the actual channel induction region 55 by the bias potential of the channel induction region 55. It combines the effect of being able to change the size to any desired size.

オーミック電極102は、このような目的を達成するた
めに、GaAs層100上に設けた不純物ドープ領域1
01のバイアス用の電極である。
In order to achieve this purpose, the ohmic electrode 102 is an impurity doped region 1 provided on the GaAs layer 100.
01 bias electrode.

一方、ゲート電極54は、このようにして形成されたチ
ャネル領域中をソースからドレインに向かう電子の制御
をするための電極であり、第1図(a)に示したFET
、および第1図(b)に示したQITにおいては4に相
当する。このゲート電極54に加える制御信号によりチ
ャネル領域中を流れる電子に対し、FETにおいてはそ
の数を、QITにおいてはその位相を制御し、各々トラ
ンジスタとして動作させるものである。
On the other hand, the gate electrode 54 is an electrode for controlling electrons traveling from the source to the drain in the channel region formed in this way, and is used in the FET shown in FIG. 1(a).
, and corresponds to 4 in the QIT shown in FIG. 1(b). A control signal applied to the gate electrode 54 controls the number of electrons flowing in the channel region in a FET and the phase in a QIT, so that each transistor operates as a transistor.

なお、この構造では、基板51上にGaAs層100を
設けた後に、このGaAs層100内に導電領域101
を形成したが、GaAs層100を省き、基板51中に
直接導電領域101を形成し、基板51上にオーミック
電極102を形成しても効果は同様である。
Note that in this structure, after the GaAs layer 100 is provided on the substrate 51, a conductive region 101 is formed in this GaAs layer 100.
However, the same effect can be obtained even if the GaAs layer 100 is omitted, the conductive region 101 is formed directly in the substrate 51, and the ohmic electrode 102 is formed on the substrate 51.

本構造によれば、オーミック電極102に種々の電位を
与えることにより、チャネル領域の断面寸法を変化させ
ることができる。すなわち、電極102に正のバイアス
電位を印加するとチャネル領域は56cに示すように5
6bに比べて広がり、負のバイアスを印加すると56a
に示すように狭くなる。
According to this structure, by applying various potentials to the ohmic electrode 102, the cross-sectional dimension of the channel region can be changed. That is, when a positive bias potential is applied to the electrode 102, the channel region becomes 5 as shown at 56c.
It spreads out compared to 6b, and when a negative bias is applied, it becomes 56a.
becomes narrower as shown in .

したがって、電極102のバイアス電位はチャネル領域
を変化できる機能を有し、特に負バイアスを印加するこ
とで、物理的な不純物ドープ領域55の幅より狭い、チ
ャネル領域が実現でき、0.1μm以下のチャネル領域
が形成できることとなった。
Therefore, the bias potential of the electrode 102 has the function of changing the channel region. In particular, by applying a negative bias, a channel region narrower than the physical width of the impurity doped region 55 can be realized, with a width of 0.1 μm or less. A channel region can now be formed.

以上本発明の実施例について説明したが、上記実施例に
おいては、化合物半導体層としてGaAs、All G
 a A s層を用いたが、電子親和力の大小関係がこ
の組み合わせと同様のへテロ構造、例えば、InP/I
nGaAs、InGaAs/InAnAs等を利用して
も同様の効果が得られることは明らかである。
The embodiments of the present invention have been described above. In the above embodiments, GaAs, All G
Although the aA s layer is used, a heterostructure with the same electron affinity size relationship as this combination, such as InP/I
It is clear that similar effects can be obtained by using nGaAs, InGaAs/InAnAs, and the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明においては、断面構造の一
部がいわゆるHEMT (あるいは逆HEMT)こうぞ
うであり、かつ、チャネル誘起領域のドーピングが1次
元的に選択的に行なうことができ、チャネル領域の横方
向の広がりが、チャネル誘起領域が誘起するポテンシャ
ルの広がりによ−って規定されているため。
As explained above, in the present invention, a part of the cross-sectional structure has a so-called HEMT (or reverse HEMT) structure, and the channel inducing region can be selectively doped in one dimension, and the channel This is because the lateral extent of the region is defined by the extent of the potential induced by the channel-induced region.

(1)数十nmのチャネル領域まで形成可能である。(1) A channel region up to several tens of nm thick can be formed.

(2)形成過程および最終的な構造において結晶の表面
が、大気、エツチング雰囲気等に露出されない構造であ
り、表面の安定化処理が必要ない。
(2) The surface of the crystal is not exposed to the atmosphere, etching atmosphere, etc. during the formation process and final structure, and surface stabilization treatment is not required.

(3)マスクパターン、あるいは、集束イオンビームの
走査方法の変調によって、分岐を含む任意の形状のチャ
ネル領域を形成できる。
(3) By modulating the mask pattern or the scanning method of the focused ion beam, a channel region of any shape including branches can be formed.

したがって、本発明の半導体構造を1次元FET、ある
いはQIT等に応用すれば、超高速素子を実現すること
が可能となる。
Therefore, by applying the semiconductor structure of the present invention to a one-dimensional FET, QIT, etc., it becomes possible to realize an ultrahigh-speed device.

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

第1図(a)は本発明による1次元FETの平面図、第
1図(b)は本発明によるQITの平面図、第1図(c
)は本発明の第1の実施例のゲート電極近傍の断面図、
第2図は本発明の第2の実施例を示す断面図、第3図は
本発明の第3の実施例を示す断面図、第4図(a)は本
発明の第4の実施例を示す断面図、第4図(b)は第4
図(a)のチャネル誘起領域の不純物濃度分布を示す図
、第5図は本発明の第5の実施例を示す断面図、第6図
(a)は従来の1次元FETの平面図、第6図(b)は
従来のQITの平面図、第6図(c)は従来の第1の例
のゲート電極近傍の断面図、第7図(a)、(b)は従
来の第2の例を示す図、第8図は従来の第3の例を示す
断面図である。 1.21.31.41.51.61.71.81・・・
半絶縁性GaAs基板 2.22.32.42.52 ・・・ノンドープAnG a A s層3.23a、3
3.43%53 ・・・ノンドープまたはp型GaAs層4.24.34
.44.54.64.74.84・・ゲート電極 5、25.35.45a、45b、55・・・n型不純
物ドープ領域(チャネル誘起領域)6.6a、6b、2
6.36.46.56a、56b、56c、66.66
a、66b、76.86 ・・チャネル領域 7.67・・・ソース電極 8.68・・・ドレイン領域 23b、82.85−・・ノンドープAn G a A
 s層39・・・ノンドープA立GaAs層(スペーサ
M)62.73.83.10!1−、ノンドープGaA
s層63.85−n型An G a A s層65・・
・誘起キャリアガス 72.75−・・ノンドープAQ G a A s層7
7・・・混晶化領域 101・・・n型不純物ドープ領域(導電領域)102
・・・オーミック電極 図面の浄Z 第4図 (久) (b) 距離(詞グf値) 手続補正書彷式) 昭和62年 5月 6日 特許庁長官 黒 1)明 雄 殿 1、事件の表示   昭和62年特許願第38732号
2、発明の名称   半導体素子 3、補正をする者 事件との関係     特許出願人 名  称   (422)日本電信電話 株式会社5、
補正命令の日付   昭和62年 4月28日6、補正
の対象   図 面
FIG. 1(a) is a plan view of a one-dimensional FET according to the present invention, FIG. 1(b) is a plan view of a QIT according to the present invention, and FIG.
) is a sectional view near the gate electrode of the first embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the invention, Fig. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the invention, and Fig. 4(a) is a sectional view showing a fourth embodiment of the invention. The cross-sectional view shown in FIG. 4(b) is the fourth
Figure 6(a) is a diagram showing the impurity concentration distribution of the channel induction region, Figure 5 is a cross-sectional view showing the fifth embodiment of the present invention, Figure 6(a) is a plan view of a conventional one-dimensional FET, FIG. 6(b) is a plan view of a conventional QIT, FIG. 6(c) is a cross-sectional view near the gate electrode of the first conventional example, and FIGS. 7(a) and (b) are a plan view of a conventional QIT. FIG. 8 is a sectional view showing a third conventional example. 1.21.31.41.51.61.71.81...
Semi-insulating GaAs substrate 2.22.32.42.52...Non-doped AnGaAs layer 3.23a, 3
3.43%53...Non-doped or p-type GaAs layer4.24.34
.. 44.54.64.74.84...Gate electrode 5, 25.35.45a, 45b, 55...N-type impurity doped region (channel induction region) 6.6a, 6b, 2
6.36.46.56a, 56b, 56c, 66.66
a, 66b, 76.86...Channel region 7.67...Source electrode 8.68...Drain region 23b, 82.85-...Non-doped An Ga A
s layer 39...Non-doped A vertical GaAs layer (spacer M) 62.73.83.10!1-, non-doped GaA
s layer 63.85-n type An Ga As s layer 65...
・Induced carrier gas 72.75-...Non-doped AQ Ga As layer 7
7... Mixed crystal region 101... N-type impurity doped region (conductive region) 102
...Diagram of Ohmic Electrode Diagram 4 (Ku) (b) Distance (F-value) Procedural Amendment Form) May 6, 1988 Commissioner of the Japan Patent Office Kuro 1) Akio Tono 1, Incident Indication: Patent Application No. 38732 of 1988 2, Title of invention: Semiconductor device 3, Relationship with the case of the person making the amendment: Name of patent applicant (422) Nippon Telegraph and Telephone Corporation 5,
Date of amendment order: April 28, 1986 6. Subject of amendment: Drawing

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板(1)上に形成した第1の半導体層(2
)と、上記第1の半導体層上に形成した該第1の半導体
層より電子親和力の大きい第2の半導体層(3)と、上
記第1の半導体層の上面から該第1の半導体層中に所定
の深さを有し、細線状に形成された高濃度不純物ドープ
領域(5)と、上記第2の半導体層中に、上記高濃度不
純物ドープ領域と接して誘起形成されるチャネル領域(
6)と、該チャネル領域上で該チャネル領域に電気力線
の及ぶ所定の位置に形成した第1の電極(4)と、該第
1の電極を間に置き、上記チャネル領域の両端もしくは
上記チャネル領域上に設けられた第2の電極(7)およ
び第3の電極(8)とを具備し、上記第2の電極と第3
の電極との間の上記チャネル領域を流れる電流を、上記
第1の電極に印加する電気信号により制御するようにな
っていることを特徴とする半導体素子。 2、上記第2の半導体層上に、該第2の半導体層より電
子親和力の小さい第3の半導体層が、該第2の半導体層
に接して形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の半導体素子。 3、上記高濃度不純物ドープ領域の平面形状が、両端部
が1本の細線状をなし、中間部において2本の経路に分
岐されており、それに伴って上記チャネル領域も該高濃
度不純物ドープ領域と同一形状に誘起形成されることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体素子。 4、上記高濃度不純物ドープ領域の不純物濃度が10^
1^6/cm^3以上であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項または第3項記載の半導体素子。 5、上記高濃度不純物ドープ領域の幅方向の断面の不純
物濃度分布が凸状をなし、該凸状濃度分布の中央部に対
応する高濃度部分にのみ上記チャネル領域が誘起される
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第3項記
載の半導体素子。
[Claims] 1. A first semiconductor layer (2) formed on a semiconductor substrate (1)
), a second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer and having a higher electron affinity than the first semiconductor layer; a heavily doped region (5) having a predetermined depth and formed in a thin line shape, and a channel region (5) induced to be formed in the second semiconductor layer in contact with the highly doped region (5);
6), a first electrode (4) formed on the channel region at a predetermined position where lines of electric force extend to the channel region, and the first electrode (4) placed between both ends of the channel region or above. a second electrode (7) and a third electrode (8) provided on the channel region;
A semiconductor device characterized in that a current flowing through the channel region between the electrode and the first electrode is controlled by an electric signal applied to the first electrode. 2. A third semiconductor layer having a lower electron affinity than the second semiconductor layer is formed on the second semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer. A semiconductor device according to scope 1. 3. The planar shape of the high concentration impurity doped region is such that both ends are in the form of a single thin line, and the middle portion is branched into two paths, and accordingly, the channel region is also connected to the high concentration impurity doped region. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is induced to have the same shape as . 4. The impurity concentration of the above-mentioned high concentration impurity doped region is 10^
3. The semiconductor device according to claim 1 or 3, characterized in that it is 1^6/cm^3 or more. 5. The impurity concentration distribution in the cross section in the width direction of the high concentration impurity doped region is convex, and the channel region is induced only in the high concentration portion corresponding to the center of the convex concentration distribution. A semiconductor device according to claim 1 or 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5479027A (en) * 1992-12-24 1995-12-26 International Business Machines Corporation Semiconductor device having a channel for a zero-or one-dimensional carrier gas

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