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JPH0724309B2 - Semiconductor element - Google Patents
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JPH0724309B2 - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JPH0724309B2
JPH0724309B2 JP62035719A JP3571987A JPH0724309B2 JP H0724309 B2 JPH0724309 B2 JP H0724309B2 JP 62035719 A JP62035719 A JP 62035719A JP 3571987 A JP3571987 A JP 3571987A JP H0724309 B2 JPH0724309 B2 JP H0724309B2
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/43FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having one-dimensional [1D] charge carrier gas channels, e.g. quantum wire FETs or transistors having 1D quantum-confined channels

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、GaAs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、動作速度を高めた半導体素子に
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device in which an operating speed is increased by utilizing a high speed electron propagation effect in a compound semiconductor represented by GaAs.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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従来から多くなされてい
る。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。(H.Sakaki:日本
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス(Jpn.J.Ap
pl.Phy.)19,735(1980),H.Sakaki:1981度GaAsと関連
化合物についての国際シンポジウム、1981(Proc.1981
Int.Symp.on GaAs&Related Compound)。
Conventionally, many attempts have been made to construct a high-speed semiconductor device by utilizing the high-speed propagation effect of electrons in a semiconductor. In particular, by confining the electrons serving as carriers in one dimension, it is possible to realize an element that greatly exceeds the characteristics of conventional elements. For example, confine the movement of electrons in one dimension,
One-dimensional FETs have been proposed that utilize electron mobility enhancement by reducing the effect of scattering. (H.Sakaki: Japan Journal of Applied Physics (Jpn.J.Ap
pl.Phy.) 19,735 (1980), H. Sakaki: 1981 International Symposium on GaAs and related compounds, 1981 (Proc. 1981).
Int.Symp.on GaAs & Related Compound).

上記のような素子の平面構造を第6図(a)に示す。図
において、1011はソース電極、1013はドレイン電極、10
14は細線状のチャネル、1012はゲート電極である。上記
素子の断面構造は種々提案されているが、これについて
は後述する。また、電子が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1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し、結合部分で干渉を起すこと
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(S.Datta,M.R.
Melloch,S.Bandyopadhyay,and M.S.Lundstrom:アプライ
ド・フィジクス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)48,487
(1986))。上記のようなトランジスタを量子干渉型ト
ランジスタ(QIT)といい、平面構造は第6図(b)に
示すようになっている。ここで、1021はソース電極、10
23はドレイン電極、1022は2経路のチャネル中の一方に
だけ形成されたゲート電極である。1024は中間部で2分
割されたチャネルである。このようなQITトランジスタ
は、1次元FETとは全く動作原理が異なる。すなわち、F
ETが電子の数を制御するのに対し、上記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。
A plane structure of the above element is shown in FIG. In the figure, 1011 is a source electrode, 1013 is a drain electrode,
Reference numeral 14 is a thin line channel, and 1012 is a gate electrode. Various cross-sectional structures of the above-mentioned element have been proposed, which will be described later. Also, if a channel structure can be realized in which the channel through which electrons pass is split into two channels and then combined into one channel again, a phase difference of electrons is generated between the two separated channels, and at the combined portion. It has been proposed to obtain a transistor action by using the change in conductance caused by causing interference (S. Datta, MR
Melloch, S.Bandyopadhyay, and MS Lundstrom: Applied Physics Letters (Appl.Phys.Lett.) 48,487
(1986)). The above transistor is called a quantum interference transistor (QIT), and its planar structure is as shown in FIG. 6 (b). Here, 1021 is a source electrode, 10
Reference numeral 23 is a drain electrode, and 1022 is a gate electrode formed only in one of the channels of two paths. 1024 is a channel divided into two in the middle part. The operating principle of such a QIT transistor is completely different from that of a one-dimensional FET. That is, F
The ET controls the number of electrons, while the QIT controls the electron phase. Therefore, the absolute value of the voltage applied to the gate to be controlled is about several hundred mV for the FET, whereas it is about several mV for the QIT.

上記のように、FETとQITには動作原理上の違いがある
が、QIT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、素子特性は向上する。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十nm以下に1次元的に閉
じ込めるポテンシャル構造と、分岐点をもつ細線化チャ
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。さらに、電気的特性を損なう重
要な要因に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になる。
As mentioned above, there is a difference in operation principle between FET and QIT, but even in QIT, the electrons in the channel are more completely
If it can be confined within a dimension, the interference effect will be more complete and the device characteristics will be improved. Thus, in order to realize this kind of ultra-high-speed device, a potential structure that confines electrons one-dimensionally within several tens of nm, which is the de Broglie wavelength within the channel region, and a thinned channel region with branch points are optional. It is necessary to realize a potential structure that can be formed in the shape of. Furthermore, it is essentially necessary to reduce the influence of the surface interface, which is an important factor that impairs the electrical characteristics, along with the miniaturization.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記の素子実現のため、従来から多くの構造が提案され
ているが、つぎに説明するように、いずれも上記要求条
件を満足する解決策は見いだされず、目的とする素子は
実現されていない。その最も大きな理由は、第6図
(a)、(b)において、A-A′で示すゲート電極下の
断面構造に基づく欠点によるものである。つぎに、従来
例による欠点を詳細に説明する。
Many structures have been proposed in the past for realizing the above-mentioned device, but as will be described below, any solution satisfying the above requirements has not been found, and the intended device has not been realized. The largest reason is due to a defect based on the sectional structure under the gate electrode indicated by AA 'in FIGS. 6 (a) and 6 (b). Next, the drawbacks of the conventional example will be described in detail.

上記従来例のゲート電極下の断面構造を第7図に示す。
第7図において、101はGaAs基板、102はGaAs層、103はA
lGaAs層、104はゲート電極、105は誘起されたキャリア
ガスである。上記構造は、例えば公知の方法に基づき、
GaAs基板101上に、GaAs層102、AlGaAs層103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104を堆積し所望の寸法に加工したの
ち、メサエッチングすることによって形成できる。AlGa
As層103に適当な不純物をドーピングしておくとGaAs層1
02内の上記AlGaAs層103との界面部分にキャリアガス105
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。上記構造
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GaAs層102、AlGaAs層103の電子親和力の差およびGaAs
層102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GaAs層102の
形状すなわちGaAs層102と真空との電子状態の差によっ
て規定される。しかし、上記構造で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。上記構造でキャリアガス領域105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、エッチング工程におけるマスクを微細化すること
と、サイドエッチングを利用することなどのエッチング
技術に依存することになり、数十nm以下の微細化構造を
実現することには大きな困難があった。
FIG. 7 shows a sectional structure under the gate electrode of the above-mentioned conventional example.
In FIG. 7, 101 is a GaAs substrate, 102 is a GaAs layer, and 103 is A.
lGaAs layer, 104 is a gate electrode, and 105 is an induced carrier gas. The above structure is based on, for example, a known method,
A GaAs layer 102 and an AlGaAs layer 103 are sequentially formed on a GaAs substrate 101 by a molecular beam epitaxial (MBE) crystal growth method,
Further, it can be formed by depositing the gate electrode 104, processing it into a desired dimension, and then performing mesa etching. AlGa
If the As layer 103 is doped with appropriate impurities, the GaAs layer 1
Carrier gas 105 is formed at the interface with the AlGaAs layer 103 in 02.
Is induced and acts as a channel region. This action is a known fact in so-called HEMT devices. In the potential structure for confining electrons in the above structure, the difference in electron affinity between the GaAs layer 102 and the AlGaAs layer 103 in the vertical direction and GaAs
It is defined by the space charge in layer 102 and laterally, that is, the width W of the channel is defined by the shape of GaAs layer 102 by mesa etching, that is, the difference in electronic state between GaAs layer 102 and the vacuum. However, the above structure has a problem in the method for defining the lateral potential structure by mesa etching. In the above structure, in order to narrow the lateral expansion of the carrier gas region 105 and enhance the one-dimensional confinement effect, it is necessary to make the mask fine in the etching process and to use side etching and other etching techniques. Therefore, it has been very difficult to realize a miniaturized structure of several tens of nm 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、電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。したがって、もしエッチング
技術を駆使して微細構造が実現できたとしても、本構造
の横方向が表面であるために、その安定化をはかる必要
があるが、現在、表面安定化のための有効な手段が見い
だされていないという問題点があった。
Further, 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, which causes a drift phenomenon in the current value and deteriorates electrical characteristics. Therefore, even if a fine structure can be realized by making full use of etching technology, it is necessary to stabilize it because the lateral direction of this structure is the surface, but at present, it is effective for surface stabilization. There was a problem that no means was found.

従来技術による第2例を第8図に示す。第8図(a)に
おいて、201はGaAs基板、202および204はAlGaAs層、203
はGaAs層、205は混晶化領域、206は形成されたチャネル
領域、207はマスクである。上記構造は、例えば公知の
方法に基づき、GaAs基板201上に、AlGaAs層202、GaAs層
203、AlGaAs層204を順次MBE結晶成長法によって形成し
たのち、適当なマスク207を用いてSi等を熱処理により
熱拡散し、AlGaAs混晶領域205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AlGaAs混晶
領域205とすべき領域にGa、Si等のイオン注入を行って
熱処理することによっても同様の構造が得られる。最後
にマスク207を除去したあとにゲート電極を設けて、上
記素子を機能させる。
A second example of the prior art is shown in FIG. In FIG. 8A, 201 is a GaAs substrate, 202 and 204 are AlGaAs layers, and 203.
Is a GaAs layer, 205 is a mixed crystal region, 206 is a formed channel region, and 207 is a mask. The above structure is based on, for example, a known method, on the GaAs substrate 201, the AlGaAs layer 202 and the GaAs layer.
After the 203 and the AlGaAs layer 204 are sequentially formed by the MBE crystal growth method, Si or the like is thermally diffused by heat treatment using an appropriate mask 207 to form the AlGaAs mixed crystal region 205. Alternatively, a similar structure can be obtained by implanting ions of Ga, Si, or the like into a region to be the AlGaAs mixed crystal region 205 by using the ion implantation technique and performing heat treatment. Finally, after removing the mask 207, a gate electrode is provided so that the above-described element functions.

上記例におけるポテンシャル構造では、縦方向がAlGaAs
層202、204とGaAs層203との電子親和力の差で規定さ
れ、横方向が混晶領域205とGaAs層206との電子親和力の
差で規定される。上記構造はチャネル領域がすべてヘテ
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、上記第1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。しかし、上記第1
例と同じく、上記構造でチャネル領域206の横方向の拡
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。
In the potential structure in the above example, the vertical direction is AlGaAs.
It is defined by the difference in electron affinity between the layers 202 and 204 and the GaAs layer 203, and the lateral direction is defined by the difference in electron affinity between the mixed crystal region 205 and the GaAs layer 206. In the above structure, since the channel region is entirely surrounded by the hetero structure and the channel region is not exposed to the outside during the manufacturing process, it is difficult to stabilize the surface caused by the mesa etching, which is pointed out in the first example. The problem of is solved. However, the first
As in the above example, in order to reduce the lateral expansion of the channel region 206 in the above structure, it is necessary to miniaturize the mask in the thermal diffusion process or the ion implantation process, and a miniaturized structure of several tens nm or less is realized. There was great difficulty in that.

また、上記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206の寸法を決めるため、
すなわち、第8図(b)にイオン注入した領域の不純物
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、横方向の拡がりが数
十nm以下の微細化構造を実現することを、本質的に困難
にするという問題があった。
Further, in the above structure, the dimensions of the channel region 206 are determined by the mixed crystal process based on the diffusion phenomenon by the heat treatment,
That is, as shown in FIG. 8 (b), which shows the impurity distribution in the ion-implanted region, since the boundary portion has a low concentration and has a gentle characteristic, the steepness of the boundary between the channel region and the mixed crystal region is It is difficult to obtain, and there is a problem that it is essentially difficult to realize a miniaturized structure having a lateral spread of several tens nm or less.

従来技術による第3例を第9図に示す。図において、Ga
As基板301上にAlGaAs層302、GaAs層303、AlGaAs層304を
順次MBE結晶成長法によって形成したのち、メサエッチ
ング加工をしてAlGaAs層305を再成長させ、ゲート電極3
07を堆積することによって得られる。上記AlGaAs層305
に適度に不純物をドーピングしておくと、GaAs層303内A
lGaAs層305との界面部分にキャリアガスが誘起され、チ
ャネル領域306として作用する。
A third example of the prior art is shown in FIG. In the figure, Ga
After the AlGaAs layer 302, the GaAs layer 303, and the AlGaAs layer 304 are sequentially formed on the As substrate 301 by the MBE crystal growth method, mesa etching is performed to re-grow the AlGaAs layer 305, and the gate electrode 3
Obtained by depositing 07. AlGaAs layer 305 above
If a suitable amount of impurities is doped in the GaAs layer 303,
Carrier gas is induced at the interface with the lGaAs layer 305 and acts as a channel region 306.

上記例におけるポテンシャル構造では、縦方向がAlGaAs
層302、304とGaAs層303との電子親和力の差で規定さ
れ、横方向はAlGaAs層305とGaAs層303との電子親和力の
差、およびGaAs層303の空間電荷で規定される。
In the potential structure in the above example, the vertical direction is AlGaAs.
It is defined by the difference in electron affinity between the layers 302 and 304 and the GaAs layer 303, and the lateral direction is defined by the difference in electron affinity between the AlGaAs layer 305 and the GaAs layer 303 and the space charge of the GaAs layer 303.

上記構造では閉じ込め作用をもつポテンシャルが、積層
膜厚の制御制度だけ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(図にWで示す)の閉じ込めに
関して、前記2例に比較してすぐれている。しかし、上
記構造はメサエッチング加工をしたエッジ部分を利用し
ているため、エッチングおよびAlGaAs層305の再成長工
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。
In the above structure, the potential of confinement depends only on the control accuracy of the laminated film thickness, so it is possible in principle to realize a miniaturized structure of several tens of nm or less. The lateral confinement (indicated by W in the figure) is superior to the previous two examples. However, since the above structure uses the edge portion subjected to the mesa etching process, there is a problem that etching and a re-growth process of the AlGaAs layer 305 are required, which requires a high-level manufacturing technique.

また、エッジ部分を形成するため、工程中にチャネル領
域となるGaAs層303の端面がエッチング雰囲気、大気等
にさらされることから、上記端面部分の表面安定化処理
を行う必要がある。しかし、第1例でも記したとおり、
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、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
手段が見いだされていないという重大な問題点があっ
た。さらに上記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306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。
In addition, since the edge portion is formed, the end surface of the GaAs layer 303, which will be the channel region, is exposed to the etching atmosphere, the atmosphere, etc. during the process. Therefore, it is necessary to perform the surface stabilization treatment on the end surface portion. However, as noted in the first example,
In compound semiconductors, it is widely known that it is difficult to stabilize the surface or interface, and trap levels occur on the surface, and there is a phenomenon of electrical characteristic deterioration such as a drift phenomenon in the current value. The serious problem is that no effective means for surface stabilization has been found. Furthermore, since the above structure utilizes the channel region induced at the end face, it is theoretically impossible to branch the channel region 306 into two or more channels in order to apply to QIT, for example. There is a problem in that, if an attempt is made to construct a potential structure in which the thinned channel region having the above is formed into an arbitrary shape, the complexity of the structure and the sophistication of the manufacturing technique are further required.

上記のように、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次元とみなせるほ
ど狭く形成することができなかった点が、最大の解決す
るべき点である。
As described above, in the conventional structure, the channel width (W)
The largest point to be solved is that, when viewed at the electronic level, the dimension of could not be formed so narrow as to be regarded as one-dimensional.

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100nm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、分岐点形成の困難さ、の点を解決した微小細
線チャネル構造を提供することにある。
The object of the present invention was a problem when miniaturizing the lateral dimension of the potential structure for confining electrons to about 100 nm or less, difficulty in forming a fine structure, difficulty in stabilizing the surface, branching point It is to provide a fine wire channel structure that solves the difficulty of formation.

〔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
力が大きい層中に、細線状の不純物ドープ領域を設け、
その上に電子親和力がより小さな層を介して、さらにそ
の上に電子親和力が大きな層を設けるとともに、不純物
ドープ領域に連接させた電極を設けて所定の電位を印加
することにより、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、最上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MIS-like FET構造を断面構造として有する
1次元FETまたは量子干渉型トランジスタ(QIT)を提案
するものである。さらにチャネル幅を狭くして、1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、不純物ドープ分布の中
央部が高濃度である特徴を生かし、上記中央部分に対応
する、より幅が狭いチャネルを誘起できるようにしたも
のである。
The present invention provides a thin-line impurity-doped region in a substrate or a growth layer on the substrate having a large electron affinity,
The impurity-doped region is formed by providing a layer having a larger electron affinity, a layer having a larger electron affinity, and an electrode connected to the impurity-doped region and applying a predetermined potential to the layer. 1-dimensional FET or quantum interference transistor (QIT) having a so-called MIS-like FET structure as a cross-sectional structure, which causes a channel region composed of a carrier storage layer or a carrier inversion layer to function as a channel inducing region and induces a channel region composed of a carrier accumulation layer or a carrier inversion layer on the lower surface of the uppermost layer Is proposed. Furthermore, in order to realize a one-dimensional channel with a narrower channel width, we use a microfabrication technology that uses a focused ion beam, etc. It enables the induction of narrower channels.

〔作用〕[Action]

上記手段によれば、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(チャネルの高さに相当)が実現できるとと
もに、横すなわちチャネルほ幅方向も、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1
次元チャネルを実現することができ、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
素子を実現できる。
According to the above means, an extremely fine structure (corresponding to the height of the channel) can be realized in the film thickness direction of the growth film (direction perpendicular to the main surface of the substrate) by the known high-precision film thickness control technique. In the lateral direction, that is, in the width direction of the channel, it can be made extremely fine without being adversely affected by the surface trap, resulting in 1
Dimensional channels can be realized, and if applied to FETs or QITs, high-speed devices that maximize the high-speed electron propagation effect can be realized.

さらに従来は、誘起されるチャネルの幅を電気的に制御
することができず、したがって、チャネル誘起領域の幅
と等しいチャネル幅しか実現できなかったが、本発明に
おいては、チャネル誘起領域の物理的な幅よりも狭いチ
ャネル幅を、電気的制御によって実現できるという作用
を有している。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させることができる。
Further, in the past, the width of the induced channel could not be electrically controlled, and therefore only a channel width equal to the width of the channel induced region could be realized. It has an effect that a channel width narrower than a certain width can be realized by electrical control. Therefore, a channel width less than the physical processing limit of the channel inducing region can be realized, so that a one-dimensional channel can be realized more easily.

〔実施例〕〔Example〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第1図
は本発明による半導体素子の第1実施例を示す図で、
(a)は1次元FETを示す平面図、(b)は量子干渉型
素子(QIT)を示す平面図、(c)は要部断面図、第2
図は本発明による第2実施例の要部断面図、第3図は本
発明による第3実施例の要部断面図、第4図は本発明の
第4実施例を示す図で、(a)は要部断面図、(b)は
不純物濃度分布を示す模式図、第5図は本発明の第5実
施例を示す断面図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention,
(A) is a plan view showing a one-dimensional FET, (b) is a plan view showing a quantum interference device (QIT), (c) is a cross-sectional view of an essential part, second
FIG. 4 is a sectional view of a main part of a second embodiment according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view of a main part of a third embodiment according to the present invention, and FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the present invention. ) Is a sectional view of an essential part, (b) is a schematic view showing an impurity concentration distribution, and FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

第1実施例 1次元FETとQITとは、上記のように構造および動作原理
が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、上記
観点からはゲート直下の断面構造が重要で、換言すると
上記ゲート直下の構造だけを特定することにより、第1
図(a)に示す1次元FETと第1図(b)に示すQITとの
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、それぞれのゲート直下における断
面構造についてだけ説明する。
First Embodiment The one-dimensional FET and the QIT are elements having completely different structures and operating principles as described above, but they are common in that the performance is improved if a one-dimensional channel can be formed. Is important for the sectional structure directly under the gate. In other words, by specifying only the structure directly under the gate,
It can be easily applied to both the one-dimensional FET shown in FIG. 1A and the QIT shown in FIG. Therefore, also in the following embodiments, only the sectional structure immediately below each gate will be described.

第1図(a)は1次元FETの平面図で、11はソース電
極、13はドレイン電極、12はゲート電極、406は細線状
のチャネルを示し、第1図(b)を示すQITでは、21が
ソース電極、23がドレイン電極、22がゲート電極、406
が細線状のチャネルを示しているが、上記ゲート電極12
および22のA-A′断面を示す図が第1図(c)である。
第1図(c)において、401はGaAs基板、402は上記GaAs
基板401上に分子線エピタキシャル法(MBE法)によって
成長した第1堆積膜のGaAs層で、403はさらに上記GaAs
層402上にMBE法によって成長した第2堆積膜のAlGaAs層
で、該AlGaAsは上記GaAsよりも電子親和力が小さい。Al
の組成比は任意であるが0.2〜0.5程度が望ましい。404
は上記第2堆積膜AlGaAs層403上にMBE法によって成長し
たノンドープまたはp型の第3堆積膜GaAs層で、該GaAs
は上記AlGaAsよりも電子親和力が大きい。405は上記AlG
aAs層403の成長に先立ち、1016/cm3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領域であ
る。406は誘起されるチャネル領域を示している。不純
物濃度が1016/cm3に満たない場合には、製造ならびに
動作においても、実用上使用にたえない。
FIG. 1 (a) is a plan view of a one-dimensional FET, 11 is a source electrode, 13 is a drain electrode, 12 is a gate electrode, 406 is a thin line channel, and QIT shown in FIG. 1 (b) is 21 is a source electrode, 23 is a drain electrode, 22 is a gate electrode, 406
Indicates a thin line channel, but the gate electrode 12
FIG. 1 (c) is a view showing the AA ′ cross section of 22 and 22.
In FIG. 1 (c), 401 is a GaAs substrate and 402 is the above GaAs.
The GaAs layer of the first deposited film grown by the molecular beam epitaxial method (MBE method) on the substrate 401, and 403 is the above GaAs layer.
An AlGaAs layer of a second deposited film grown on the layer 402 by the MBE method, the AlGaAs having a smaller electron affinity than GaAs. Al
The composition ratio of is arbitrary, but is preferably about 0.2 to 0.5. 404
Is a non-doped or p-type third deposited film GaAs layer grown on the second deposited film AlGaAs layer 403 by the MBE method.
Has a higher electron affinity than AlGaAs. 405 is AlG above
Prior to the growth of the aAs layer 403, it is an n region which is selectively doped with an n-type impurity having a concentration of 10 16 / cm 3 or more, for example, Si. Reference numeral 406 indicates an induced channel region. If the impurity concentration is less than 10 16 / cm 3, it cannot be used practically in manufacturing and operation.

電子親和力がGaAs層402よりAlGaAs層403が小さく、AlGa
As層403よりGaAs層404が大きくなっているため、不純物
ドープ領域405に連接した外部制御用電極を配置して電
位を正にバイアスすると、電子親和力が小さいAlGaAs層
403を隔ててGaAs層404内で、不純物ドープ領域405に近
接する領域にキャリアの蓄積層もしくはキャリアの反転
層として、チャネル領域406が誘起される。上記機構はG
aAsMIS-like FETとしてよく知られている。400は上記の
ような目的を達するため、GaAs基板401の裏面に設けた
不純物ドープ領域405のバイアス用第1電極である。407
は上記のように形成されたチャネル406中を第2電極の
ソースから第3電極のドレインに向う電子の制御をする
ための第4電極であり、第1図(a)のFETでは12に、
第1図(b)のQITにおいては22に相当する。上記電極4
07に加える制御信号によりチャネル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、それぞれトランジスタとして動作させるもので
ある。
The electron affinity of the AlGaAs layer 403 is smaller than that of the GaAs layer 402,
Since the GaAs layer 404 is larger than the As layer 403, when an external control electrode connected to the impurity-doped region 405 is arranged and the potential is positively biased, the AlGaAs layer has a small electron affinity.
A channel region 406 is induced as a carrier accumulation layer or a carrier inversion layer in a region adjacent to the impurity-doped region 405 in the GaAs layer 404 across the region 403. The above mechanism is G
Well known as aAsMIS-like FET. In order to achieve the above purpose, 400 is the first bias electrode of the impurity-doped region 405 provided on the back surface of the GaAs substrate 401. 407
Is a fourth electrode for controlling electrons from the source of the second electrode to the drain of the third electrode in the channel 406 formed as described above, and is 12 in the FET of FIG. 1 (a),
This corresponds to 22 in the QIT of FIG. 1 (b). Electrode 4 above
The number of electrons flowing in the channel is controlled by the control signal added to 07, and the number of electrons is controlled in FET and the phase thereof is controlled in QIT to operate as transistors.

なお、上記構造において、不純物ドープ領域バイアス用
の電極400はゲート電極407に対向する裏面に形成してい
るが、チャネル誘起領域405は平面的には第1図(a)
および(b)のチャネル406の下部に位置する関係にあ
るので、これに連接する任意の位置に、任意の大きさの
電極を設ければよい。例えば、不純物ドープ領域405の
平面形状の電極をGaAs基板401の裏面に設けてもよい。
In the above structure, the electrode 400 for biasing the impurity-doped region is formed on the back surface facing the gate electrode 407, but the channel inducing region 405 is seen in plan view in FIG.
Since they are located below the channel 406 in (b) and (b), an electrode having an arbitrary size may be provided at an arbitrary position connected to the channel. For example, the planar electrode of the impurity-doped region 405 may be provided on the back surface of the GaAs substrate 401.

上記のような構造を実現する製造方法の中で特に重要な
技術は、不純物ドープ領域405の幅をいかに狭く形成す
るかという点にある。つまり、他の技術は公知の薄膜堆
積技術、電極形成技術、微細加工技術により容易に実現
できるものである。
A particularly important technique in the manufacturing method for realizing the above structure is how to narrow the width of the impurity-doped region 405. That is, other techniques can be easily realized by known thin film deposition technique, electrode formation technique, and fine processing technique.

チャネル誘起領域405の部分に、上記のようにドーピン
グを行うには、例えば、マスクを用いる通常の方法のほ
かに、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とを用いて、GaAs層402の成長
後、真空を破らずに集束イオンビーム装置に搬送し、集
束イオンビーム装置により発生したイオンビームによる
チャネル誘起領域405へのイオン注入を行い、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、AlGaAs層403およびGaAs層404を再成長させる方法が
ある。
In order to dope the portion of the channel inducing region 405 as described above, for example, in addition to a usual method using a mask, as a more preferable manufacturing method, focused ions that are combined so that they can be transported without breaking a vacuum are used. After growing the GaAs layer 402 by using a beam device and a molecular beam epitaxial device, the GaAs layer 402 is transferred to a focused ion beam device without breaking the vacuum, and ion implantation into the channel induction region 405 is performed by the ion beam generated by the focused ion beam device. And further,
There is a method in which the AlGaAs layer 403 and the GaAs layer 404 are regrown by transporting them again to the molecular beam epitaxial device without breaking the vacuum.

ところで、上記のように微細幅の不純物ドープ領域405
が電子親和力の大きなGaAs層402の中に形成され、その
上に電子親和力が小さなAlGaAs層403があり、さらにそ
の上に電子親和力が大きく、かつ高純度のGaAs層404が
形成されている場合に、高純度GaAs層404内にチャネル
が誘起されることは、MIS-like FETとして公知であり、
さらにチャネルが高純度GaAs層404中に形成されるた
め、不純物散乱に起因する平均自由工程が増大し、電気
的特性も大幅に改善される。
By the way, as described above, the fine-width impurity-doped region 405 is used.
Is formed in the GaAs layer 402 having a large electron affinity, the AlGaAs layer 403 having a small electron affinity is formed on the GaAs layer 402, and the GaAs layer 404 having a large electron affinity and a high purity is further formed on the AlGaAs layer 403. , Induction of a channel in the high-purity GaAs layer 404 is known as MIS-like FET,
Furthermore, since the channel is formed in the high-purity GaAs layer 404, the mean free path due to impurity scattering is increased and the electrical characteristics are also greatly improved.

さらに、本発明においては、チャネル誘起領域405のド
ーピングが選択的に行われているため、チャネル領域40
6の横方向の拡がりは、チャネル誘起領域405の空間電荷
によって生じるポテンシャルの拡がりによって制限され
ている。本発明の構造は、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、エッチング雰囲気等
に露出されないため、表面の安定化処理を必要としない
ことが、上記構造によってもたらされた大きな効果の一
つである。さらに、マスクパタン、もしくは集束イオン
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することができる。
Further, in the present invention, since the channel inducing region 405 is selectively doped, the channel region 40
The lateral spread of 6 is limited by the spread of the potential generated by the space charge in the channel inducing region 405. The structure of the present invention does not require surface stabilization treatment because the surface of the crystal is not exposed to the atmosphere, etching atmosphere, etc. in the formation process and the final structure. This is one of the effects. Further, by modulating the mask pattern or the scanning method of the focused ion beam, a channel region having an arbitrary shape including branching can be formed.

第2実施例 本発明の第2実施例におけるゲート電極下部のA-A′断
面を示す第2図において、上記第1実施例との相違は、
GaAs層404を単一層とせず、404Aと404Bの2層構成と
し、第3堆積膜GaAs層404Aを10nm程度以下にして、上記
GaAs層404Aの上にさらにGaAs層404Aより電子親和力が小
さい404B層を、例えばAlGaAsを第4堆積層としMBE法で
成長させた二重ヘテロ構造を形成し、上記GaAs層404を
複層化することによりいわゆる量子井戸として、チャネ
ル領域406を膜厚方向の寸法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て、よ
り1次元に近いチャネルを実現することができる。
Second Embodiment In FIG. 2 showing the AA ′ cross section of the lower part of the gate electrode in the second embodiment of the present invention, the difference from the first embodiment is as follows.
The GaAs layer 404 is not a single layer but has a two-layer structure of 404A and 404B, and the third deposited film GaAs layer 404A is about 10 nm or less,
A 404B layer having an electron affinity lower than that of the GaAs layer 404A is further formed on the GaAs layer 404A, for example, AlGaAs is used as a fourth deposited layer to form a double heterostructure by the MBE method to form the GaAs layer 404 into a multi-layer structure. As a result, by realizing a structure in which the dimension d of the channel region 406 can be limited to a small value as a so-called quantum well, the channel can be more effectively confined and a channel closer to one dimension can be realized.

第3実施例 本発明の第3実施例におけるゲート電極下部のA-A′断
面を示す第3図において、406A、406B、406Cはそれぞれ
チャネル領域を示し、チャネル誘起領域405の電位を、
これに連接する電極400に、チャネル幅制御用の電気信
号(電圧)を加えるものであり、正のバイアス電位を増
加させると、チャネル領域は406Aに示すように406Bに比
べて拡がり、正のバイアス電位を減少させると、チャネ
ル領域は406Cに示すように狭くなる。したがって、チャ
ネル領域405のバイアス電位は、チャネル領域を実際の
チャネル誘起領域の寸法から任意の寸法に変化できる効
果を有している。特に、電位を正にバイアスし、絶対値
を小さくすることで、406Cのように物理的な不純物ドー
プ領域405の幅よりも狭いチャネル領域が実現でき、0.1
μm以下のチャネル領域まで形成できることになった。
なお、上記のように電位制御によってチャネル幅を狭く
できることは第3図、すなわち第1図(c)の構造に限
定されず、第2図に示すように量子井戸構造を設け、膜
厚方向にも積極的に寸法を限定する構造や、後に述べる
ように不純物分布を凸状にし、その中央部を用いてより
微細化する第4図の技術とを組合わせても効果があるこ
とはいうまでもない。
Third Embodiment In FIG. 3 showing the AA ′ cross section of the lower part of the gate electrode in the third embodiment of the present invention, 406A, 406B and 406C respectively represent channel regions, and the potential of the channel inducing region 405 is
An electric signal (voltage) for controlling the channel width is applied to the electrode 400 connected to this, and when the positive bias potential is increased, the channel region expands as compared with 406B as shown by 406A, and a positive bias is applied. As the potential is reduced, the channel region becomes narrower, as shown at 406C. Therefore, the bias potential of the channel region 405 has the effect of changing the channel region from the actual size of the channel inducing region to an arbitrary size. In particular, by positively biasing the potential and reducing the absolute value, a channel region narrower than the width of the physical impurity-doped region 405 such as 406C can be realized.
It has become possible to form a channel region of μm or less.
The fact that the channel width can be narrowed by controlling the potential as described above is not limited to the structure shown in FIG. 3, that is, FIG. 1 (c), and a quantum well structure is provided as shown in FIG. Needless to say, it is also effective to combine the structure that positively limits the size and the technique of FIG. 4 in which the impurity distribution is made convex and the size is made finer by using the central portion as described later. Nor.

第4実施例 第4図(a)、(b)は本発明の第4実施例を説明する
図であって、第4図(a)における405Aおよび405Bはチ
ャネル誘起領域、406はチャネル領域である。上記構造
は、不純物ドープされたチャネル誘起領域405Aと405Bを
中央部で重畳させて形成した構造を示す。上記構造は、
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
て行えば得られるものである。上記のような構造のた
め、405Aと405Bとの重なり部分の不純物濃度は、405Aと
405B領域の中の他の部分に比べて高く、チャネル誘起領
域全体では第4図(b)に示すように不純物濃度が凸型
の分布をもつ。405A、405Bの濃度を適切に選び、重なっ
た部分すなわち凸型の分布の極大点だけを実効的なチャ
ネル誘起領域として作用させることが可能である。406
は上記のようにして生じたチャネル領域である。
Fourth Embodiment FIGS. 4 (a) and 4 (b) are views for explaining a fourth embodiment of the present invention, in which 405A and 405B in FIG. 4 (a) are channel inducing regions and 406 is a channel region. is there. The above structure shows a structure in which impurity-doped channel inducing regions 405A and 405B are overlapped at the central portion. The above structure is
For example, it can be obtained by ion implantation using a focused ion beam generator, by scanning the ion beam twice, with a small gap between them. Due to the above structure, the impurity concentration in the overlapping portion of 405A and 405B is 405A and
It is higher than other portions in the 405B region, and the impurity concentration has a convex distribution in the entire channel inducing region as shown in FIG. 4 (b). By appropriately selecting the concentrations of 405A and 405B, it is possible to make only the overlapping portion, that is, the maximum point of the convex distribution, act as the effective channel induction region. 406
Is the channel region generated as described above.

405A、405B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、0.05μm以下にすることが
可能なため、上記構造によっても0.1μm以下のチャネ
ル領域が形成できる。
The fine spacing of 405A and 405B can be adjusted to, for example, 0.05 μm or less by the recent focused ion beam generator, so that the above structure can form a channel region of 0.1 μm or less.

さらに、上記したチャネル誘起領域のバイアス電位によ
るチャネル領域を、実際のチャネル誘起領域の寸法から
任意の寸法に変化できる効果を併用すれば、効果はさら
に大きくなることはいうまでもない。
Further, it is needless to say that the effect is further increased if the channel region due to the bias potential of the channel inducing region described above is used together with the effect of changing the size of the actual channel inducing region to an arbitrary size.

第5実施例 第5図は本発明の第5実施例を示し、第1図(c)の裏
面に設けた電極400の位置を表面に設け、いわゆるプレ
ーナ化した例である。第5図の91は上記構成のために挿
入したアンドープGaAs層、92は電極引出し用の導電領
域、93は電圧印加用のオーミック電極である。第1図
(c)における電極400の役割を高濃度不純物ドープGaA
s層92を介してオーミック電極93にもたせたもので、チ
ャネル領域406、501、502に及ぼす効果は第1実施例と
全く同様である。上記構造を実現するためには、例えば
GaAs基板401上にGaAs層402を形成する前に上記アンドー
プGaAs層91を成長させ、導電領域92を形成する領域に集
束イオンビームによる選択イオン注入を行い、引続き前
記のようにしてGaAs層402以降を形成する。その後エッ
チングにより上記導電領域92を部分的に露出させて、オ
ーミック電極93を形成する。上記アンドープGaAs層91を
GaAs基板401で代用し、上記基板401中に導電領域92を形
成することも可能で、上記と同様の効果が得られること
は明らかである。
Fifth Embodiment FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention, which is an example in which the position of the electrode 400 provided on the back surface of FIG. In FIG. 5, 91 is an undoped GaAs layer inserted for the above structure, 92 is a conductive region for leading out an electrode, and 93 is an ohmic electrode for voltage application. The role of the electrode 400 in FIG.
The ohmic electrode 93 is also provided via the s layer 92, and the effect on the channel regions 406, 501, 502 is exactly the same as that of the first embodiment. To realize the above structure, for example,
Before forming the GaAs layer 402 on the GaAs substrate 401, the undoped GaAs layer 91 is grown, and selective ion implantation by a focused ion beam is performed in the region where the conductive region 92 is to be formed. To form. Then, the conductive region 92 is partially exposed by etching to form an ohmic electrode 93. The undoped GaAs layer 91
It is obvious that the GaAs substrate 401 may be used instead and the conductive region 92 may be formed in the substrate 401, and the same effect as described above can be obtained.

なお、上記のようにプレーナ化し基板の裏面から電極を
取出すことなく、水平方向に延在させてゲートの第4電
極407と同様に表面から取出す構造を、上記各実施例と
組合わせて用いても有効であることはもちろんである。
In addition, the structure in which the electrodes are horizontally extended and taken out from the surface like the fourth electrode 407 of the gate without taking out the electrodes from the back surface of the substrate as described above is used in combination with each of the above embodiments. Of course, is also effective.

以上の説明においては、例としてGaAs、AlGaAs層を用い
たが、電子親和力の大小関係が上記組合わせと同様のヘ
テロ構造、例えば、InP/InGaAs、InGaAs/InAlAs等を利
用して、同様の効果が得られることは明らかである。
In the above description, GaAs and AlGaAs layers are used as an example, but the same effect is obtained by using a heterostructure having the same electron affinity as the above combination, such as InP / InGaAs, InGaAs / InAlAs. It is clear that

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上記のように本発明による半導体素子は、半導体基板上
に形成した第1半導体からなる第1堆積膜と、該第1堆
積膜上に形成した上記第1半導体より電子親和力が小さ
い第2半導体からなる第2堆積膜と、該第2堆積膜上に
形成した上記第2半導体より電子親和力が大きい第3半
導体を少なくとも含む第3堆積膜と、上記半導体基板の
裏面側から上記第1堆積膜を貫通し、第2堆積膜の下面
に接する形状で、幅が小さく長い細線状の高濃度不純物
ドープ領域と、該高濃度不純物ドープ領域に連接して上
記半導体基板裏面か、または基板上に形成された導電領
域に第1電極とを設け、上記高濃度不純物ドープ領域に
対向する部分に近接して形成したチャネル領域上方の第
3堆積膜上に、細線状の上記高濃度不純物ドープ領域に
沿って、それぞれ間隔を隔てて設けた第2、第3、第4
電極を有し、上記第1電極に電圧を印加することによ
り、上記チャネル領域を介し第2電極と第3電極との間
に流れる電流を制御する第4電極を、上記第2電極と第
3電極との間に設けたことにより、断面構造の一部がい
わゆるMIS-like FETの構造であるが、チャネル誘起領域
のドーピングを1次元的に選択的に行うことによって、
チャネル領域の横方向の拡がりが、チャネル誘起領域が
誘起するポテンシャルの拡がりにより規定されるため、
(1)数十nmのチャネル領域まで形成でき、(2)形成
過程および最終的な構造における結晶の表面が、大気、
エッ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く、(3)マスクパタン、もしくは
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が形成できるという利点が
ある。
As described above, the semiconductor device according to the present invention includes the first deposited film made of the first semiconductor formed on the semiconductor substrate, and the second semiconductor having a smaller electron affinity than the first semiconductor formed on the first deposited film. A second deposited film, a third deposited film formed on the second deposited film, containing at least a third semiconductor having an electron affinity higher than that of the second semiconductor, and the first deposited film from the back surface side of the semiconductor substrate. A thin linear thin high-concentration impurity-doped region having a shape penetrating through and in contact with the lower surface of the second deposited film, and formed on the back surface of the semiconductor substrate or on the substrate in connection with the high-concentration impurity-doped region. A first electrode is provided in the conductive region, and a third wire is formed on the third deposited film above the channel region formed in the vicinity of the portion facing the high-concentration impurity-doped region and along the thin-line high-concentration impurity-doped region. ,Each The second, third provided at a septum, 4th
A fourth electrode having an electrode and controlling a current flowing between the second electrode and the third electrode through the channel region by applying a voltage to the first electrode is connected to the second electrode and the third electrode. Since a part of the cross-sectional structure is a so-called MIS-like FET structure because it is provided between the electrodes, by doping the channel induction region one-dimensionally,
Since the lateral spread of the channel region is defined by the spread of the potential induced by the channel-induced region,
(1) A channel region of several tens of nm can be formed, (2) The surface of the crystal in the formation process and the final structure is the atmosphere,
It has a structure that it is not exposed to the etching atmosphere and the like, and it does not require surface stabilization treatment, and (3) the mask pattern or the modulation of the scanning method of the focused ion beam allows the formation of a channel region of any shape including branching. There is.

また、本発明をチャネル領域に応用すれば、1次元FE
T、量子干渉素子(QIT)などの超高速素子を実現するこ
とが可能になる。
In addition, if the present invention is applied to the channel region, one-dimensional FE
It becomes possible to realize ultra-high-speed devices such as T and quantum interference devices (QIT).

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による半導体素子の第1実施例を示す図
で、(a)は1次元FETを示す平面図、(b)は量子干
渉型素子(QIT)を示す平面図、(c)は要部断面図、
第2図は本発明による第2実施例の要部断面図、第3図
は本発明による第3実施例の要部断面図、第4図は本発
明の第4実施例を示す図で、(a)は要部断面図、
(b)は不純物濃度分布を示す模式図、第5図は本発明
の第5実施例を示す断面図、第6図は従来例を示す図
で、(a)は1次元FETの平面図、(b)は量子干渉型
素子(QIT)の平面図、第7図は上記従来例に適用でき
る断面図、第8図は上記従来例に適用される第2例を示
す図で、(a)は断面図、(b)は不純物分布を示す
図、第9図は従来例における第3例を示す断面図であ
る。 11、21……第2電極 12、22、407……第4電極 13、23……第3電極、93、400……第1電極 401……半導体基板、402……第1堆積膜 403……第2堆積膜、404……第3堆積層 405……高濃度不純物ドープ領域 406……チャネル領域
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention, (a) is a plan view showing a one-dimensional FET, (b) is a plan view showing a quantum interference device (QIT), and (c). Is a cross-sectional view of the main part,
FIG. 2 is a sectional view of an essential part of a second embodiment according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view of an essential part of a third embodiment according to the present invention, and FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the present invention. (A) is a sectional view of an essential part,
(B) is a schematic view showing an impurity concentration distribution, FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view showing a conventional example, (a) is a plan view of a one-dimensional FET, (B) is a plan view of a quantum interference device (QIT), FIG. 7 is a cross-sectional view applicable to the conventional example, and FIG. 8 is a view showing a second example applied to the conventional example. Is a cross-sectional view, FIG. 9B is a view showing an impurity distribution, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a third example in the conventional example. 11, 21 ... Second electrode 12, 22, 407 ... Fourth electrode 13, 23 ... Third electrode, 93, 400 ... First electrode 401 ... Semiconductor substrate, 402 ... First deposited film 403 ... … Second deposited film, 404 …… Third deposited layer 405 …… High-concentration impurity-doped region 406 …… Channel region

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 29/812

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成した第1半導体からな
る第1堆積膜と、該第1堆積膜上に形成した上記第1半
導体より電子親和力が小さい第2半導体からなる第2堆
積膜と、該第2堆積膜上に形成した上記第2半導体より
電子親和力が大きい第3半導体を少なくとも含む第3堆
積膜と、上記半導体基板の裏面側から上記第1堆積膜を
貫通し、第2堆積膜の下面に接する形状で、幅が小さく
長い細線状の高濃度不純物ドープ領域と、該高濃度不純
物ドープ領域に連接して上記半導体基板裏面か、または
基板上に形成された導電領域を介して第1電極とを設
け、上記高濃度不純物ドープ領域に対向する部分に近接
して第3堆積膜内に形成したチャネル領域上方の第3堆
積膜上に、細線状の上記高濃度不純物ドープ領域に沿っ
て、それぞれ間隔を隔てて設けた第2、第3、第4の電
極を有し、第4電極を上記第2電極と第3電極との間に
設けた半導体素子。
1. A first deposited film made of a first semiconductor formed on a semiconductor substrate, and a second deposited film made of a second semiconductor having an electron affinity smaller than that of the first semiconductor formed on the first deposited film. A third deposition film formed on the second deposition film, the third deposition film including at least a third semiconductor having an electron affinity higher than that of the second semiconductor, and the second deposition that penetrates the first deposition film from the back surface side of the semiconductor substrate. A thin line-shaped high-concentration impurity-doped region having a shape that is in contact with the lower surface of the film and has a small width, and is connected to the high-concentration impurity-doped region through the back surface of the semiconductor substrate or a conductive region formed on the substrate. A first electrode is provided, and a thin line-shaped high-concentration impurity-doped region is formed on a third deposited film above a channel region formed in the third deposited film in the vicinity of a portion facing the high-concentration impurity-doped region. Along each The second was provided Te third, a fourth electrode, a semiconductor device having a fourth electrode is provided between the second electrode and the third electrode.
【請求項2】上記第3堆積膜は、第3半導体と該第3半
導体より電子親和力が小さい第4半導体よりなり、上記
第4半導体が形成する第4堆積膜を上記第3堆積膜の上
部に設け、上記第4堆積膜の上面にそれぞれ間隔を隔て
て、第2、第3、第4の電極を設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載した半導体素子。
2. The third deposited film comprises a third semiconductor and a fourth semiconductor having an electron affinity lower than that of the third semiconductor, and the fourth deposited film formed by the fourth semiconductor is formed on the third deposited film. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second, third, and fourth electrodes are provided on the upper surface of the fourth deposited film at intervals with respect to each other.
【請求項3】上記高濃度不純物ドープ領域は、平面形状
における両端部がそれぞれ1本の細線であり、中間部は
2本の細線路に分割され、該分割された細線路のうちの
1線路にのみ第4電極を設けたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載した半導体素子。
3. The high-concentration impurity-doped region has one fine line at each of both ends in a plan view, and an intermediate portion is divided into two fine lines, and one of the divided fine lines is formed. The semiconductor element according to claim 1, characterized in that the fourth electrode is provided only on.
【請求項4】上記高濃度不純物ドープ領域は、不純物濃
度が1016/cm3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項のいずれかに記載した半導体素
子。
4. The semiconductor element according to claim 1, wherein the high-concentration impurity-doped region has an impurity concentration of 10 16 / cm 3 or more.
【請求項5】上記高濃度不純物ドープ領域は、上記第1
電極に印加する電圧を調整することにより、上記高濃度
不純物ドープ領域の上面における幅と異なった幅のチャ
ネル3領域下面幅を形成できることを特徴とする特許請
求の範囲第1項または第3項のいずれかに記載した半導
体素子。
5. The high-concentration impurity-doped region is the first
The channel 3 region lower surface width having a width different from the upper surface width of the high-concentration impurity-doped region can be formed by adjusting the voltage applied to the electrode. The semiconductor device described in any one.
【請求項6】上記高濃度不純物ドープ領域は、幅方向の
断面における不純物濃度分布が凸状をなし、上記凸状の
中央部に対応した部分にだけ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項か
ら第5項のいずれかに記載した半導体素子。
6. The high-concentration impurity-doped region is characterized in that the impurity concentration distribution in a cross section in the width direction has a convex shape, and a channel region is induced only in a portion corresponding to the central portion of the convex shape. The semiconductor device according to claim 1, or any one of claims 3 to 5.
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