JP2718511B2 - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- semiconductor device
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
- H10D30/43—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having 1D charge carrier gas channels, e.g. quantum wire FETs or transistors having 1D quantum-confined channels
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は極めて高速の移動度を有する電子を用いた化
合物半導体装置に関する。
合物半導体装置に関する。
（従来の技術） 従来、この種の化合物半導体装置として、高純度層
と、該高純度層より広い禁制帯幅を有する電子供給層を
接合させた場合、高純度層内に二次元的に極めて移動度
の高い電子を含む電子層が生じることを利用した電界効
果型トランジスタが知られている。この電界効果型トラ
ンジスタでは、大きな移動度を持つ高濃度二次元電子に
よって高い相互コンダクタンスを実現できることが報告
されている。
と、該高純度層より広い禁制帯幅を有する電子供給層を
接合させた場合、高純度層内に二次元的に極めて移動度
の高い電子を含む電子層が生じることを利用した電界効
果型トランジスタが知られている。この電界効果型トラ
ンジスタでは、大きな移動度を持つ高濃度二次元電子に
よって高い相互コンダクタンスを実現できることが報告
されている。
一方、電子を線状に、即ち、一次元的に閉じ込めるこ
とができれば、二次元的な電子層よりも、電子密度を高
くでき、相互コンダクタンスを更に高くできるものと考
えられる。しかしながら、従来の技術では、電子を一次
元的に閉じ込めることは非常に困難である。
とができれば、二次元的な電子層よりも、電子密度を高
くでき、相互コンダクタンスを更に高くできるものと考
えられる。しかしながら、従来の技術では、電子を一次
元的に閉じ込めることは非常に困難である。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、従来の化合物半導体装置に比べより高い相
互コンダクタンスを得ることができる化合物半導体装置
を提供することである。
互コンダクタンスを得ることができる化合物半導体装置
を提供することである。
本発明の他の目的は高濃度の電子を線状に閉じ込めて
一次元電子層を形成できる化合物半導体装置を提供する
ことを課題とする。
一次元電子層を形成できる化合物半導体装置を提供する
ことを課題とする。
（課題を解決するため手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る化合物半導
体装置は、面方位が（001）面である第１の面及び面方
位が（111）面であり、前記第１の面と境界を接するよ
うに設けられた第２の面を露出させたIII−Ｖ族化合物
半導体領域を備え、前記化合物半導体領域よりも広い禁
制帯幅を有する第１の化合物半導体結晶を前記第１の面
上に形成すると共に、前記第１の化合物半導体結晶より
も大きい禁制帯幅を有する第２の化合物半導体結晶を前
記第２の面上に形成したことを特徴とする。
体装置は、面方位が（001）面である第１の面及び面方
位が（111）面であり、前記第１の面と境界を接するよ
うに設けられた第２の面を露出させたIII−Ｖ族化合物
半導体領域を備え、前記化合物半導体領域よりも広い禁
制帯幅を有する第１の化合物半導体結晶を前記第１の面
上に形成すると共に、前記第１の化合物半導体結晶より
も大きい禁制帯幅を有する第２の化合物半導体結晶を前
記第２の面上に形成したことを特徴とする。
（作用） 本発明によれば、第１の化合物半導体結晶から、高純
度層に流入した電子は、それをとり囲むように形成され
た（111）Ｂ面上の広い禁制帯幅を有する層によって両
側から閉じこめられて、実効的に細い線状の一次元電子
層となる。この一次元電子層を用いて相互コンダクタン
スの大きい電界効果型トランジスタを構成することがで
きる。
度層に流入した電子は、それをとり囲むように形成され
た（111）Ｂ面上の広い禁制帯幅を有する層によって両
側から閉じこめられて、実効的に細い線状の一次元電子
層となる。この一次元電子層を用いて相互コンダクタン
スの大きい電界効果型トランジスタを構成することがで
きる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
（実施例１） 第１図を参照すると、本発明の一実施例に係る化合物
半導体装置は下地としてのGaAs層10を有し、このGaAs層
10は高純度層を形成している。GaAs層10の表面には、第
１の面方位する第１の面（以下、第１の方位面という）
として、（001）面11が線状に、即ち、一次元的に露出
されており、且つ、（001）面11の両側に、（001）面11
と境界を接するように設けられた第２の面方位を有する
第１の面（以下、第２の方位面という）としての（11
1）Ｂ面12が露出されている。ここで、GaAs層10はGaAs
基板であってもよく、また、エピタキシャル成長層であ
ってもよい。この関係で、GaAs層10はIII−Ｖ族化合物
半導体領域と呼ばれてもよい。上記した面方位が互いに
異なる第１および第２の方位面を露出させることはGaAs
層に通常の選択エッチングを施すことにより可能であ
る。
半導体装置は下地としてのGaAs層10を有し、このGaAs層
10は高純度層を形成している。GaAs層10の表面には、第
１の面方位する第１の面（以下、第１の方位面という）
として、（001）面11が線状に、即ち、一次元的に露出
されており、且つ、（001）面11の両側に、（001）面11
と境界を接するように設けられた第２の面方位を有する
第１の面（以下、第２の方位面という）としての（11
1）Ｂ面12が露出されている。ここで、GaAs層10はGaAs
基板であってもよく、また、エピタキシャル成長層であ
ってもよい。この関係で、GaAs層10はIII−Ｖ族化合物
半導体領域と呼ばれてもよい。上記した面方位が互いに
異なる第１および第２の方位面を露出させることはGaAs
層に通常の選択エッチングを施すことにより可能であ
る。
次に、（001）層11上に、電子供給層として第１のAlG
aAs層16を成長させると共に、（111）Ｂ面12上に第２の
AlGaAs層17を成長させる。ここで、第１及び第２のAlGa
As層16及び17には、不純物としてケイ素（Si）が添加さ
れており、これらAlGaAs層16及び17はGaAs層10より広い
禁制帯を有している。
aAs層16を成長させると共に、（111）Ｂ面12上に第２の
AlGaAs層17を成長させる。ここで、第１及び第２のAlGa
As層16及び17には、不純物としてケイ素（Si）が添加さ
れており、これらAlGaAs層16及び17はGaAs層10より広い
禁制帯を有している。
通常、（001）面11上のIII−Ｖ族化合物半導体に添加
したケイ素はドナーとなり、ｎ型ドーパントとして働く
が、（111）Ｂ面12上のIII−Ｖ族化合物半導体に添加し
た場合、アクセプタとなり、ｐ型ドーパントとして働く
ことが知られている。
したケイ素はドナーとなり、ｎ型ドーパントとして働く
が、（111）Ｂ面12上のIII−Ｖ族化合物半導体に添加し
た場合、アクセプタとなり、ｐ型ドーパントとして働く
ことが知られている。
また、高温でAlGaAs層を形成する場合、同一成長条件
下であっても、（111）Ｂ面12では（001）面11に比べ
て、Ga原子の脱離量が多く、結果として、（111）Ｂ面1
2には、（001）面11よりもAl組成の高いAlGaAs層が形成
されることが判明した。このことは、同一条件で生成さ
れた第１及び第２のAlGaAs層16及び17のうち、（111）
Ｂ面12上に形成された第２のAlGaAs層17は（001）面11
上に形成された第１のAlGaAs層16に比べて広い禁制帯幅
を有していることになる。
下であっても、（111）Ｂ面12では（001）面11に比べ
て、Ga原子の脱離量が多く、結果として、（111）Ｂ面1
2には、（001）面11よりもAl組成の高いAlGaAs層が形成
されることが判明した。このことは、同一条件で生成さ
れた第１及び第２のAlGaAs層16及び17のうち、（111）
Ｂ面12上に形成された第２のAlGaAs層17は（001）面11
上に形成された第１のAlGaAs層16に比べて広い禁制帯幅
を有していることになる。
以上述べた構成では、（001）面11上には、GaAs層10
より広い禁制帯幅を有する第１のAlGaAs層（ｎ型AlGaAs
層）16が形成され、GaAs層10とヘテロ接合をなし、GaAs
層10中に電子ガス層（以下、単に、電子層と呼ぶ）20を
生成する。また、（111）Ｂ面12上には、第１のAlGaAs
層16より更に禁制帯幅の広い第２のAlGaAs層（ｐ型AlGa
As層）17が形成されている。
より広い禁制帯幅を有する第１のAlGaAs層（ｎ型AlGaAs
層）16が形成され、GaAs層10とヘテロ接合をなし、GaAs
層10中に電子ガス層（以下、単に、電子層と呼ぶ）20を
生成する。また、（111）Ｂ面12上には、第１のAlGaAs
層16より更に禁制帯幅の広い第２のAlGaAs層（ｐ型AlGa
As層）17が形成されている。
上記した構成においては、GaAs層10の（001）面11近
傍領域では両側から禁制帯幅の広いｐ型AlGaAs層17によ
って挾まれており、このため、GaAs層10中にはｐ型AlGa
As層17に沿って空乏層が形成される。空乏層に挾まれた
電子層20は極めて細い線状、即ち、一次元の電子層とな
る。このような一次元電子層20に流れる電流は第２のAl
GaAs層17上に電圧を印加することによって制御できる。
傍領域では両側から禁制帯幅の広いｐ型AlGaAs層17によ
って挾まれており、このため、GaAs層10中にはｐ型AlGa
As層17に沿って空乏層が形成される。空乏層に挾まれた
電子層20は極めて細い線状、即ち、一次元の電子層とな
る。このような一次元電子層20に流れる電流は第２のAl
GaAs層17上に電圧を印加することによって制御できる。
第２図は第１図に示された電子層20中を流れる電流を
制御する系を説明するための模式図である。第２図で
は、GaAs層10の下部に、ｐ型AlGaAs層21が設けられてい
る。図示されたGaAs層10には、３つの（001）面と、各
（001）面に隣接した（111）Ｂ面が形成されており、各
（001）面及び（111）Ｂ面は、第１及び第２のAlGaAs層
16及び17によって被覆されている。この構成では、各第
１のAlGaAs層16下部のGaAs層10中には、電子層が第２図
の前方から後方へ延びる方向に形成されている。また、
第１のAlGaAs層16の前方端及び後方端は共通に接続され
て、前記共通領域22及び後方共通領域23を構成してい
る。これら前方及び後方共通領域22及び23はGaAs層10の
（001）面上に形成されているため、第１のAlGaAs層16
と同様に、ｎ型AlGaAs層であることは言うまでもない。
制御する系を説明するための模式図である。第２図で
は、GaAs層10の下部に、ｐ型AlGaAs層21が設けられてい
る。図示されたGaAs層10には、３つの（001）面と、各
（001）面に隣接した（111）Ｂ面が形成されており、各
（001）面及び（111）Ｂ面は、第１及び第２のAlGaAs層
16及び17によって被覆されている。この構成では、各第
１のAlGaAs層16下部のGaAs層10中には、電子層が第２図
の前方から後方へ延びる方向に形成されている。また、
第１のAlGaAs層16の前方端及び後方端は共通に接続され
て、前記共通領域22及び後方共通領域23を構成してい
る。これら前方及び後方共通領域22及び23はGaAs層10の
（001）面上に形成されているため、第１のAlGaAs層16
と同様に、ｎ型AlGaAs層であることは言うまでもない。
前方及び後方共通領域22及び23上には、電子層の延在
方向を横切る方向に第１及び第２の電極26及び27が設け
られている。
方向を横切る方向に第１及び第２の電極26及び27が設け
られている。
第２図では、第１及び第２の電極26及び27を用いて、
平行に延びる３本の電子層に一次元的に電流を流すこと
ができ、且つ、ｐ型AlGaAs層21に印加される電圧を調節
することによってAlGaAs層17に印加される電圧を制御す
ることができる。これにより、電子層の二次元的な広が
りを調節することができ、したがって、電子層に流れる
電流の大きさを制御できる。
平行に延びる３本の電子層に一次元的に電流を流すこと
ができ、且つ、ｐ型AlGaAs層21に印加される電圧を調節
することによってAlGaAs層17に印加される電圧を制御す
ることができる。これにより、電子層の二次元的な広が
りを調節することができ、したがって、電子層に流れる
電流の大きさを制御できる。
（実施例２） 第３図は、本発明の他の実施例に係る化合物半導体装
置を示し、第１図と同一の機能を有する部分には同一の
参照符号が付されている。この化合物半導体装置を製作
する場合、まず、下地のGaAs層10に選択エッチングを施
して溝部を形成し、溝部の底部に（001）面11及び溝部
の両側側面に（111）Ｂ面12を露出させる。次に、露出
させた（001）面11及び（111）Ｂ面12上に、ケイ素を不
純物としてAlGaAs層を成長させると、第１図の場合と同
様に、（001）面11上には、第１のAlGaAs層としてｎ型A
lGaAs層16が形成されると共に、（111）Ｂ面12上には、
第２のAlGaAs層としてｐ型AlGaAs層17が形成される。
置を示し、第１図と同一の機能を有する部分には同一の
参照符号が付されている。この化合物半導体装置を製作
する場合、まず、下地のGaAs層10に選択エッチングを施
して溝部を形成し、溝部の底部に（001）面11及び溝部
の両側側面に（111）Ｂ面12を露出させる。次に、露出
させた（001）面11及び（111）Ｂ面12上に、ケイ素を不
純物としてAlGaAs層を成長させると、第１図の場合と同
様に、（001）面11上には、第１のAlGaAs層としてｎ型A
lGaAs層16が形成されると共に、（111）Ｂ面12上には、
第２のAlGaAs層としてｐ型AlGaAs層17が形成される。
第３図の実施例では、上記したｎ型及びｐ型AlGaAs層
16及び17の成長後、更に、高純度のGaAs層30を成長させ
る。この場合、高純度の電子層20′が成長させたGaAs層
30内にも形成され、この電子層20′は第１図に示された
実施例の場合と同様に禁制帯幅の広いｐ型AlGaAs層17に
よって囲まれているため、細い線状となる。
16及び17の成長後、更に、高純度のGaAs層30を成長させ
る。この場合、高純度の電子層20′が成長させたGaAs層
30内にも形成され、この電子層20′は第１図に示された
実施例の場合と同様に禁制帯幅の広いｐ型AlGaAs層17に
よって囲まれているため、細い線状となる。
この構成において、電子層20′中に流れる電流を制御
するためには、GaAs層30の電子層20′に対応する位置に
ショットキー電極31を設ければよい。
するためには、GaAs層30の電子層20′に対応する位置に
ショットキー電極31を設ければよい。
上記した実施例では、GaAs層の（001）面と（111）Ｂ
面上にAlGaAs層を形成した場合についてのみ説明した
が、本発明は何等これに限定されることなく、他のIII
−Ｖ族化合物半導体（例えば、In,P等を含む化合物半導
体）を用いた場合、互いに異なる他の方位面（例えば、
（001）面と（311）面）を用いた場合、あるいは、Si以
外の不純物を用いた場合にも同様に適用できる。
面上にAlGaAs層を形成した場合についてのみ説明した
が、本発明は何等これに限定されることなく、他のIII
−Ｖ族化合物半導体（例えば、In,P等を含む化合物半導
体）を用いた場合、互いに異なる他の方位面（例えば、
（001）面と（311）面）を用いた場合、あるいは、Si以
外の不純物を用いた場合にも同様に適用できる。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、一次元的に高密
度の電子層を形成することにより、このため、高速で且
つ駆動能力の大きな電界効果トランジスタを実現するこ
とができる。
度の電子層を形成することにより、このため、高速で且
つ駆動能力の大きな電界効果トランジスタを実現するこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例に係る化合物半導体装置を示
す図。第２図は第１図の化合物半導体装置を具体的に説
明するための斜視図。第３図は本発明の他の実施例に係
る化合物半導体装置の断面図。 10…GaAs層、16…ｎ−AlGaAs、17…ｐ−AlGaAs、20,2
0′…一次元電子層、26,27…電極、30…GaAs層、31…シ
ョットキー電極。
す図。第２図は第１図の化合物半導体装置を具体的に説
明するための斜視図。第３図は本発明の他の実施例に係
る化合物半導体装置の断面図。 10…GaAs層、16…ｎ−AlGaAs、17…ｐ−AlGaAs、20,2
0′…一次元電子層、26,27…電極、30…GaAs層、31…シ
ョットキー電極。
Claims (5)
- 【請求項１】面方位が（001）面である第１の面及び面
方位が（111）面であり、前記第１の面と境界を接する
ように設けられた第２の面を露出させたIII−Ｖ族化合
物半導体領域を備え、前記化合物半導体領域よりも広い
禁制帯幅を有する第１の化合物半導体結晶を前記第１の
面上に形成すると共に、前記第１の化合物半導体結晶よ
りも大きい禁制帯幅を有する第２の化合物半導体結晶を
前記第２の面上に形成したことを特徴とする化合物半導
体装置。 - 【請求項２】前記第１及び第２の化合物半導体結晶中に
IV族元素を不純物として添加することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の化合物半導体装置。 - 【請求項３】第１及び第２の化合物半導体に添加するIV
族不純物元素として、ケイ素（Si）を用いることを特徴
とする特許請求の範囲第２項記載の化合物半導体装置。 - 【請求項４】前記第１の面上に、前記第１の化合物半導
体結晶を接合することによって第１の化合物半導体結晶
中に形成される電子層の両端に電極を設けると共に、前
記第２の化合物半導体結晶に電圧を印加することによ
り、前記電子層中に流れる電流を制御することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体装置。 - 【請求項５】予め定められた禁制帯幅を有する高純度層
と該高純度層より広い禁制帯幅を有し、且つ、前記高純
度層より純度の低い第１の化合物半導体層を結合した化
合物半導体装置において、前記高純度層は前記第１の化
合物半導体層との接合面と、当該接合面に隣接した側面
とを有し、前記側面には前記第１の化合物半導体層とは
極性の異なる第２の化合物半導体層が接合されているこ
とを特徴とする化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63149946A JP2718511B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63149946A JP2718511B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH023250A JPH023250A (ja) | 1990-01-08 |
| JP2718511B2 true JP2718511B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=15486035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63149946A Expired - Lifetime JP2718511B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2718511B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011114160A (ja) * | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、電子デバイスおよび半導体基板の製造方法 |
| JP5667360B2 (ja) * | 2009-12-21 | 2015-02-12 | 住友化学株式会社 | 半導体基板、電子デバイスおよび半導体基板の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0620039B2 (ja) * | 1985-03-15 | 1994-03-16 | ソニー株式会社 | 半導体装置の製法 |
| JP2533777B2 (ja) * | 1987-05-29 | 1996-09-11 | 日本電信電話株式会社 | 一次元量子細線の製造方法 |
-
1988
- 1988-06-20 JP JP63149946A patent/JP2718511B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH023250A (ja) | 1990-01-08 |
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