(57)【要約】【課題】  微小でしかも強磁場下でも高感度に磁気検出ができる縦型共鳴トンネル素子の製造方法を提供する。【解決手段】  ソース電極１２となる金属膜と導電層からなるドレイン電極１３との間に変調ドープ構造を持つ柱状半導体１１を有し、柱状半導体１１のソース電極１２とドレイン電極１３との間に前記金属膜と略平行な多重障壁層１４，１５を備え、柱状半導体１１の中心軸部分にソース電極１２側から有底穴１７が形成された縦型共鳴トンネル素子の製造方法において、有底穴１７を形成するとき有底穴１７の底部が多重障壁層１４，１５を貫通しない深さにすることにより生じる空乏層によって多重障壁層間の電子閉じ込め領域１６が実効的にリング状になる深さにする。【選択図】  図１
2008177291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極となる金属膜と導電層からなるドレイン電極との間に変調ドープ構造を持つ柱状半導体を有し、該柱状半導体の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記金属膜と略平行な多重障壁層を備え、該柱状半導体の中心軸部分に前記ソース電極側から有底穴が形成された縦型共鳴トンネル素子の製造方法において、前記有底穴を形成するとき該有底穴の底部が前記多重障壁層を貫通しない深さにすることにより生じる空乏層によって該多重障壁層間の電子閉じ込め領域が実効的にリング状になる深さにしたことを特徴とする縦型共鳴トンネル素子の製造方法。
【請求項２】
前記有底穴の前記底部が前記多重障壁層の中間または該多重障壁層の前記ソース電極側近傍まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の縦型共鳴トンネル素子の製造方法。
【請求項３】
ソース電極となる金属膜と導電層からなるドレイン電極との間に変調ドープ構造を持つ柱状半導体を有し、該柱状半導体の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記金属膜と略平行な多重障壁層を備え、該柱状半導体の中心軸部分に前記ソース電極膜側から有底穴が形成された縦型共鳴トンネル素子において、前記有底穴を形成するとき該有底穴の底部が前記多重障壁層を貫通しない深さにすることにより生じる空乏層によって該多重障壁層間の電子閉じ込め領域が実効的にリング状になる深さに形成されたことを特徴とする縦型共鳴トンネル素子。
【請求項４】
前記柱状半導体の外周部に露出する前記多重障壁層の部分を覆うゲート電極を備えることを特徴とする請求項３に記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項５】
前記多重障壁層が二重障壁層または三重障壁層であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項６】
前記リング状の前記電子閉じ込め領域が複数のくびれ部分を有するように該くびれ部分の前記柱状半導体の前記有底穴から外周面までの厚さを薄くしそれ以外の部分の厚さを厚く形成したことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項７】
前記有底穴が多角形形状であることを特徴とする請求項６に記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項８】
前記複数のくびれ部分が３個の場合には前記有底穴の形状を三角形状にすると共に該三角形状の各頂点対応位置に前記くびれ部分を設けたことを特徴とする請求項７に記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項９】
前記複数のくびれ部分が４個の場合には前記有底穴の形状を四角形状にすると共に該四角形状の各頂点対応位置に前記くびれ部分を設けたことを特徴とする請求項７に記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項１０】
前記厚く形成した部分の外周面に露出する前記多重障壁層を覆うゲート電極を該厚く形成した部分毎に分離して設けゲート制御電圧を別々に印加する構成としたことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の縦型共鳴トンネル素子。
【請求項１１】
請求項３乃至請求項１０のいずれかに記載の縦型共鳴トンネル素子を用いた磁気センサと、該磁気センサの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加するソース・ドレイン間電圧印加手段と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れ前記リング状の電子閉じ込め領域内の電子エネルギの変動に応動するトンネル電流をモニタする磁気計測手段とを備えることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項１２】
請求項４または請求項１０に記載の縦型共鳴トンネル素子を用いた磁気センサと、該磁気センサの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加するソース・ドレイン間電圧印加手段と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れ前記リング状の電子閉じ込め領域内の電子エネルギの変動に応動するトンネル電流をモニタする磁気計測手段と、前記ゲート電極への印加電圧を調整して検出磁気感度の調整を行うゲート電圧印加手段とを備えることを特徴とする磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子の干渉効果（アフラノフ・ボーム効果：ＡＢ効果）を原理として動作する共鳴トンネル素子等に係り、特に、強磁場下でも高感度な磁場検出ができる縦型共鳴トンネル素子の製造方法及び縦型共鳴トンネル素子並びに磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されている様に、磁気センサとして、ジョセフソン効果を用いたＳＱＵＩＤ（超伝導磁束量子干渉計）が知られている。ＳＱＵＩＤは、Ｎｂ（ニオブ）等の超伝導体で作ったリングの一部にジョセフソン接合（超伝導の弱い部分）を設けることで構成され、超伝導体が超伝導状態を保つことができる環境のもとで動作する。
【０００３】
しかし、ＳＱＵＩＤは、超伝導状態が保たれる環境でしか使用できず、超伝導状態を保つことができない強磁場下では、使用できないという問題がある。また、検出感度を落とすことなく微小化して製造するのが困難であるという問題もある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献２に記載されている様な、半導体製の縦型共鳴トンネルトランジスタや縦型共鳴トンネルダイオード等の素子が注目され、開発されてきている。特許文献２に記載されている縦型共鳴トランジスタ素子は、二重障壁構造を持つ半導体の上下にソース電極，ドレイン電極を設け、ソース電極側から二重障壁構造の下までエッチングし、外部に露出した二重障壁構造部分の周りにゲート電極を設けて構成される。
【０００５】
この構成によれば、二重障壁間に挟まれる空間が円板状となり、この円板状空間に電子が閉じ込められる。しかし、電子が閉じ込められる空間が円板状なため、ＡＢ効果に起因する磁場によるエネルギ振動を観測することができない。そこで、非特許文献１に示されている様に、二重障壁部分を貫通する穴を設け、電子閉じ込め空間をリング状にした構造が提案されている。この構造の概略図を図９に示す。
【０００６】
図９の共鳴トンネル素子１は、中央に穴２が貫通して設けられた半導体３と、この半導体３の上端部に設けられたソース電極４と、円筒状半導体３の下端部に設けられたドレイン電極５とを備える。円筒状半導体３内部には、円筒の軸に対し垂直面となる２つのリング状の障壁６，７（二重障壁）が近接して設けられており、障壁６，７間に量子井戸８が形成される。そして、二重障壁６，７の周りを取り囲むようにゲート電極９が設けられる。
【０００７】
図１０（ａ）は電子閉じ込め空間が「円板状」の場合における電子エネルギの磁場依存性を示すグラフであり、図１０（ｂ）は電子閉じ込め空間がリング状の場合における電子エネルギの磁場依存性を示すグラフである。これらのグラフは、非特許文献２にも紹介されている。
【０００８】
この図１０（ａ）（ｂ）を比較すると、図１０（ｂ）では各黒三角印で示す線が、ＡＢ効果によるエネルギ振動を示しており、共鳴トンネル素子１に穴８を設け、電子閉じ込め空間をリング状にすれば、エネルギ振動により精度良く磁気検出が可能になることを示している。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６―２８４５１８号公報
【特許文献２】特開平８―２６４８０７号公報
【非特許文献１】日本物理学会１９９９年秋の分科会予稿集２６ｐＤ―１「微小半導体リング構造のトンネル特性」
【非特許文献２】文献『Ｃ．Ｗ．Ｊ．Ｂｅｅｎａｋｋｅｒ，  Ｈ．ｖａｎ Ｈｏｕｔｅｎ，  ａｎｄ  Ａ．Ａ．Ｍ．Ｓｔａｒｉｎｇ，  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｃｏｕｌｏｍｂ  ｒｅｐｕｌｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ａｈａｒａｎｏｖ−Ｂｏｈｍ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ａ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ，  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ４４（１９９１）１６５７』
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
縦型共鳴トンネル素子を磁気計測に使用する場合、素子を微小化することが望まれている。しかし、共鳴トンネル素子を微小化して製造し、図９の穴８を縦方向にエッチングで開けようとしても、エッチングガスは平均自由行程程度しか穴内部に入らないため、深い穴つまり二重障壁を貫通する穴を開けることができなくなってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、微小化が可能でしかも電子をリング状空間に閉じ込めて強磁場下でも高感度に磁気検出ができる磁気センサとして使用可能な縦型共鳴トンネル素子の製造方法及び縦型共鳴トンネル素子並びに磁気検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の縦型共鳴トンネル素子の製造方法は、ソース電極となる金属膜と導電層からなるドレイン電極との間に変調ドープ構造を持つ柱状半導体を有し、該柱状半導体の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記金属膜と略平行な多重障壁層を備え、該柱状半導体の中心軸部分に前記ソース電極側から有底穴が形成された縦型共鳴トンネル素子の製造方法において、前記有底穴を形成するとき該有底穴の底部が前記多重障壁層を貫通しない深さにすることにより生じる空乏層によって該多重障壁層間の電子閉じ込め領域が実効的にリング状になる深さにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の縦型共鳴トンネル素子の製造方法は、前記有底穴の前記底部が前記多重障壁層の中間または該多重障壁層の前記ソース電極側近傍まで形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、ソース電極となる金属膜と導電層からなるドレイン電極との間に変調ドープ構造を持つ柱状半導体を有し、該柱状半導体の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記金属膜と略平行な多重障壁層を備え、該柱状半導体の中心軸部分に前記ソース電極膜側から有底穴が形成された縦型共鳴トンネル素子において、前記有底穴を形成するとき該有底穴の底部が前記多重障壁層を貫通しない深さにすることにより生じる空乏層によって該多重障壁層間の電子閉じ込め領域が実効的にリング状になる深さに形成されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、前記柱状半導体の外周部に露出する前記多重障壁層の部分を覆うゲート電極を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、前記多重障壁層が二重障壁層または三重障壁層であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、前記リング状の前記電子閉じ込め領域が複数のくびれ部分を有するように該くびれ部分の前記柱状半導体の前記有底穴から外周面までの厚さを薄くしそれ以外の部分の厚さを厚く形成したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、前記複数のくびれ部分が３個の場合には前記有底穴の形状を三角形状にすると共に該三角形状の各頂点対応位置に前記くびれ部分を設けたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、前記複数のくびれ部分が４個の場合には前記有底穴の形状を四角形状にすると共に該四角形状の各頂点対応位置に前記くびれ部分を設けたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は、前記厚く形成した部分の外周面に露出する前記多重障壁層を覆うゲート電極を該厚く形成した部分毎に分離して設けゲート制御電圧を別々に印加する構成としたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の磁気検出装置は、上記のいずれかに記載の縦型共鳴トンネル素子を用いた磁気センサと、該磁気センサの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加するソース・ドレイン間電圧印加手段と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れ前記リング状の電子閉じ込め領域内の電子エネルギの変動に応動するトンネル電流をモニタする磁気計測手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の磁気検出装置は、ゲート電極を備える上記記載の縦型共鳴トンネル素子を用いた磁気センサと、該磁気センサの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加するソース・ドレイン間電圧印加手段と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れ前記リング状の電子閉じ込め領域内の電子エネルギの変動に応動するトンネル電流をモニタする磁気計測手段と、前記ゲート電極への印加電圧を調整して検出磁気感度の調整を行うゲート電圧印加手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、穴が多重障壁部を貫通しなくても、穴の先端部や周辺部に形成される空乏層が多重障壁部を貫通して電子閉じ込め空間をリング状とするため、電子のエネルギ状態が磁場依存性を持ち、精度良く磁気検出を行うことが可能となる。また、ゲート電極を設けることで、電子の閉じ込め領域の大きさを可変制御することができ、検出磁気の感度調整も可能となる。
【００２４】
本発明の縦型共鳴トンネル素子は計測する磁場と平行にソース電極からドレイン電極に電流が流れる構造のため、強磁場下でも動作し、また、半導体微細加工技術を適用して微小に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る縦型共鳴トンネルダイオードの構成図である。本実施形態に係る縦型共鳴トンネルダイオード１０は、円柱状の半導体１１と、円柱状半導体１１の上端部に設けられたソース電極１２と、半導体１１の下端部に設けられたドレイン電極１３とを備える。尚、図示する例の半導体１１は直状の円柱形としているが、メサ型としても良い。
【００２７】
半導体１１内部には、円柱の軸に対し垂直面となる２つの変調ドープ障壁層１４，１５（二重障壁）が近接して設けられており、障壁１４，１５間に量子井戸（電子閉じ込め空間）１６が形成される様になっている。そして、円柱状の半導体１１には、ソース電極１２側からドレイン電極１３側に向かって穴１７が形成されているが、この穴１７は、図示する例では、上側（ソース電極側）の障壁層１４は貫通しているが、下側の障壁層１５まで達していない。
【００２８】
斯かる縦型共鳴トンネルダイオード１０は、変調ドープ障壁層１４，１５が形成された板状の半導体の上端面にリング状のソース電極１２あるいは電子が溜まらない程度に十分に細いラインを有するリング状金属線を蒸着等で積層し、これをマスクとして、半導体をソース電極１２側からエッチングすることで製造できる。
【００２９】
このエッチング時に、円柱状半導体１１の外側はエッチングで二重障壁１４，１５の下側までエッチングされるが、円柱状半導体１１の内側は、穴１７の径が例えば０．０８６μｍ程度と微細なため、浅い位置までしかエッチングされない。つまり、物理的には下側の障壁層１５にまで穴１７の底部は達しない。
【００３０】
しかし、ソース電極となる導電層がエッチングされると、実効的にポテンシャルが上がって電子が供給され難い状態になり、有底の穴１７が形成された時点で、穴１７の周囲や先端部に形成される空乏層が下側の障壁層１５を貫通し或いはその近傍まで延び、物理現象的に電子閉じ込め空間が実効的にリング状になる。この現象を利用することで、微小な縦型共鳴トンネル素子の製造が容易となる。
【００３１】
即ち、穴１７による空乏層の広がりを考慮して素子の設計を行うことで、二重障壁１４，１５の深さを、穴１７が物理的に貫通する浅い位置よりも深い位置に形成することが可能となる。
【００３２】
尚、上述した実施形態では、穴１７をその先端が障壁層１４を貫通し障壁層１５に達しない深さに形成したが、障壁層１４も貫通せずにその直上まで形成した場合でも、空乏層が障壁層１４，１５を貫通方向に延びて電子閉じ込め空間が実効的にリング状になるのであれば問題はない。
【００３３】
斯かる構成の縦型共鳴トンネルダイオード１０では、二重障壁１４，１５間に形成された量子井戸１６がリング状となり、このリング状空間内に閉じ込められた電子のエネルギを計測することで、ＳＱＵＩＤと同程度の感度で磁気検出を行うことが可能となる。
【００３４】
上述した図１０（ａ）（ｂ）を比較すると、図１０（ｂ）では各黒三角印で示す線が、ＡＢ効果によるエネルギ振動を示している。このエネルギ振動は、図２に示す縦型共鳴トンネルダイオード１０のソース・ドレイン間電圧とソース・ドレイン間電流との関係から分かる。
【００３５】
図２によれば、ソース・ドレイン間電圧を上げて行ったとき、ソース・ドレイン間電流（トンネル電流）が、磁場に応じたピーク位置すなわち電子エネルギ状態のピーク位置を持つ。このため、磁場測定環境化でこの共鳴トンネルダイオード１のソース・ドレイン間電圧を高速スイープ制御することで、高速に磁気測定が可能となる。
【００３６】
従って、この縦型共鳴トンネルダイオード１０を磁気センサとして磁気検出装置を構成する場合、縦型共鳴トンネルダイオード１０のソース・ドレイン間電圧をスイープ制御する電圧印加手段と、この電圧制御時にソース・ドレイン間に流れるトンネル電流をモニタする磁気計測手段とを設ければ良い。
【００３７】
半導体製のトンネルダイオードは強磁場下でも電流が流れるため、強磁場下における磁気検出が可能であり、更に、半導体装置の微細化技術を応用できるため、ダイオード１０の微小化も容易となる。
【００３８】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る縦型共鳴トンネルトランジスタの構成図である。本実施形態の縦型共鳴トンネルトランジスタ２０は、基本構造は第１実施形態の縦型共鳴トンネルダイオード１０と同じであるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３９】
本実施形態の縦型共鳴トンネルトランジスタ２０は、図１の縦型共鳴トンネルダイオード１０の構成に加え、ゲート電極１８を設けた点が異なる。図示する例のゲート電極１８は、ドレイン電極１３の上に電気的に分離して設けられると共に、このゲート電極１８の中央を、半導体１１の外周を包むように且つ変調ドープ二重障壁１４，１５を覆う位置まで円筒状に立ち上げてある。
【００４０】
本実施形態の縦型共鳴トンネルトランジスタ２０は、障壁１４，１５間に空乏層によって実効的にリング状に形成される量子井戸１６の電子存在領域を、ゲート電極１８に所要の電圧を印加することで変えることができ、磁気検出感度を調整することが可能となる。
【００４１】
このゲート電圧印加時にゲート電圧を振ると、ソース・ドレイン間電圧を振る場合と同様に、電子一個加えるのに必要なエネルギを補償したときだけ電流が流れる「クーロン振動」という現象が起き、このクーロン振動の間隔は、古典的なクーロン斥力に加えて、電子エネルギを反映するため、精度の良い磁場測定が可能となる。
【００４２】
従って、縦型共鳴トンネルトランジスタ２０を磁気センサとして磁気検出装置を構成する場合、第１実施形態の磁気検出装置の構成に加え、ゲート電極１８に印加する電圧を制御する検出感度調整手段を設ける。あるいは、ゲート電極１８に印加するゲート電圧を振る電圧印加手段を設ける。
【００４３】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る縦型共鳴トンネルダイオードの構成図である。本実施形態に係る縦型共鳴トンネルダイオード３０の基本構造は、図１に示す第１実施形態の縦型共鳴トンネルダイオード１０と同じであるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４４】
第１実施形態の縦型共鳴トンネルダイオード１０が変調ドープ二重障壁１４，１５を備えるのに対し、本実施形態の縦型共鳴トンネルダイオード３０は、変調ドープ三重障壁１４，１５，１９を備える点が異なる。三重障壁とすることで、障壁１４，１５間に形成される量子井戸１６と、障壁１６，１９間に形成される量子井戸２１の二重量子井戸構造となる。
【００４５】
勿論、障壁層１５の下に設ける障壁層１９は、穴１７の先端部に形成される空乏層が延びる位置に設けられ、量子井戸２１が実効的にリング状になる位置に設けられる。
【００４６】
図５は、三重障壁構造の縦型共鳴トンネルダイオード３０におけるソース・ドレイン間電圧とソース・ドレイン間電流（トンネル電流）の関係を示すグラフである。本実施形態では、図２に比較して、電子エネルギ状態に応じて期待される電流増大特性が大きくなっており、２つの量子井戸の夫々の量子準位が合ったときに生じる電流増大を測定することで、精度良く磁場を感知することができる。
【００４７】
本実施形態では、二重の量子井戸構造を用いることで、温度やノイズ等による電子の揺らぎを除くことができ、且つ電子間のクーロンエネルギを考慮する必要がないため、より精度良く磁場を検出することが可能となる。
【００４８】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る縦型共鳴トンネルトランジスタの構成図である。本実施形態に係る縦型共鳴トンネルトランジスタ４０は、図４に示す第３実施形態の縦型共鳴トンネルダイオード３０に、図３で説明したゲート電極１８を付加した構成になっており、図３，図４と同一構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４９】
本実施形態では、三重障壁１４，１５，１９部分の外周部にゲート電極１８を配したため、このゲート電極１８により、リング状の電子閉じ込め領域の大きさを変えることができ、磁気検出感度を調節することが可能となる。また、同時に、単一電子状態を実現でき、電子間のクーロンエネルギを考える必要のない状態を容易に実現することができる。
【００５０】
（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態に係る縦型三重量子ドット共鳴トンネル素子の構成図である。本実施形態の縦型三重量子ドット共鳴トンネル素子５０は、底部に導電層（ドレイン電極層）５１を、中間部に変調ドープ二重障壁層５２，５３を形成した板状の半導体５４をエッチングすることで形成される。
【００５１】
中央部に柱状に形成された本体部５５は、その中心部に穴５６がエッチングによって開けられている。この場合も上述した実施形態と同様に、穴５６は二重障壁層５２，５３を共に貫通して設けられる必要はなく、穴５６の先端部が二重障壁層５２，５３に近接する位置まで設けられ、二重障壁層５２，５３間の量子井戸が空乏層により実効的にリング状になれば良い。勿論、穴５６が二重障壁層５２，５３を貫通する様に形成できるのであれば、貫通して設けても良いことは言うまでもない。
【００５２】
本体部５５の上部には、エッチングするときのマスクを兼用したソース電極膜５７が設けられている。このソース電極膜５７には、穴５６を形成するための正三角形の穴５７ａが設けられている。そして、正三角形の穴５７ａの各辺に対向する場所の本体部５５の厚さが厚く膨出形成される様に、また、正三角形の各頂点に対向する場所の本体部５５の厚さが薄くくびれる様に、マスク５７の形状が設計される。
【００５３】
更に、正三角形の各頂点位置から夫々放射状に線状部５７ｂ，５７ｃ，５７ｄが延び、これにより、各線状部５７ｂ，５７ｃ，５７ｄの下に半導体壁部５８ａ，５８ｂ，５８ｃがエッチングにより形成され、本体部５５の外周面は、壁部５８ａ，５８ｂ，５８ｃによって３分割される。３分割された本体部５５の外周面には、二重障壁層５２，５３を覆う様に、夫々、相互に分離されたゲート電極膜５９ａ（Ｇ１），５９ｂ（Ｇ２），５９ｃ（Ｇ３：図示せず）が設けられる。
【００５４】
斯かる構成の素子でも、穴５６に平行に入る磁場の測定を第１〜第４実施形態の素子と同様に行うことができる。しかも、本実施形態の場合には、二重障壁層５２，５３間に形成される量子井戸（電子閉じ込め領域）が上記実施形態と同様にリング形状になる他、このリング形状が、上記正三角形の頂点対向位置でくびれ、正三角形の辺対向位置で膨出する形状となるため、閉じ込められた電子は、リング形状の３つの膨出部に３分割され、各々が量子ドットとして振る舞うことになる。
【００５５】
このとき、３つのゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３に印加する電圧を、独立に制御することで、３つの電子量子ドットの夫々のエネルギを変調することができ、精度の高い磁場測定が可能となる。
【００５６】
尚、二重量子ドットに関連する従来の文献として、Ｔ．Ｈａｔａｎｏ  ｅｔ  ａｌの“Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔｓ”８  Ｊｕｌｙ  ２００５  ＶＯＬ．３０９  ＳＣＩＥＮＣＥ  ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｍａｇ．ｏｒｇがあるが、この従来技術の素子は、上述した実施形態における「穴」に類するものは有していない。
【００５７】
（第６実施形態）
図８は、本発明の第６実施形態に係る縦型四重量子ドット共鳴トンネル素子６０の構成図である。本実施形態は、図７に示す縦型三重量子ドット共鳴トンネル素子の考えを四重の構成にした点が異なり、他の点は同じである。つまり、本実施形態では、リング形状の電子閉じ込め領域を４つのくびれ部分でくびれさせると共に、４つの膨出部に電子を閉じ込める構成にしている。
【００５８】
このため、穴６２を形成するマスク電極（ソース電極膜）６１の中心に正方形の穴６１ａを設け、また、正方形の各辺対向位置の本体部６５の厚さが厚くなるように、正方形の各頂点対向位置の本体部６５の厚さが薄くなるようになっている。
【００５９】
この構成でも、上述した各実施形態と同様に、精度の高い磁場測定が可能となる。尚、第５，第６実施形態では、二重障壁層を設けた例しか説明していないが、三重障壁層を設けることが可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る縦型共鳴トンネル素子の製造方法は、実際に多重障壁層を穴が貫通して電子閉じ込め領域をリング状にするのではなく、有底の穴を形成したことにより生じる空乏層によって実効的に電子閉じ込め領域をリング形状とするため、素子の設計が容易となり、素子の微小化を図ることが可能となる。このため、本発明に係る縦型共鳴トンネル素子は、半導体微細加工技術を用いて製造でき量産可能なため低コストで製造でき、しかも、高空間分解能であるため磁気センサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る縦型共鳴トンネルダイオードの構成図である。
【図２】第１実施形態の縦型共鳴トンネルダイオードの電流増大特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る縦型共鳴トンネルトランジスタの構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る縦型共鳴トンネルダイオードの構成図である。
【図５】第３実施形態の縦型共鳴トンネルダイオードの電流増大特性図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る縦型共鳴トンネルトランジスタの構成図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る縦型三重量子ドット共鳴トンネル素子の構成図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る縦型四重量子ドット共鳴トンネル素子の構成図である。
【図９】従来の縦型共鳴トンネルトランジスタの構成図である。
【図１０】電子閉じ込め領域が円板状である場合（ａ）とリング状である場合（ｂ）の電子エネルギの磁場依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０，３０  縦型共鳴トンネルダイオード
１２，５７，６１  ソース電極
１３  ドレイン電極
１４，１５，１９，５２，５３  変調ドープ障壁層
１６，２１  量子井戸（電子閉じ込め層）
１７，５６，６２  穴
１８  ゲート電極
２０，４０  縦型共鳴トンネルトランジスタ
５０，６０  縦型多重量子ドット共鳴トンネル素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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