FR2698722A1 - Dispositif à composé semi-conducteur des groupes III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif à transistor à mobilité électronique élevée. Elle se rapporte à un dispositif qui comprend un substrat (21) d'un composé des groupes III-V, une couche (22) de transfert d'électrons d'un composé des groupes III-V, une couche (24) qui fournit des électrons et qui est constituée d'un composé des groupes III-V ayant une bande interdite plus large et une affinité électronique plus petite que la couche de transfert d'électrons, et une couche d'espacement (23) formée d'un composé des groupes III-V, ayant un réseau dont la constante n'est pas adaptée à celle de la couche qui fournit les électrons, et formée entre les couches de transfert et qui fournit les électrons. Application aux transistors.
Description
La présente invention concerne un dispositif à composé semi-conducteur des groupes III-V, et plus précisément un tel dispositif du type d'un transistor à mobilité électronique élevée.
Un transistor classique à mobilité électronique élevée (HEMT) comporte essentiellement GaAs de type i comme couche de propagation ou de transfert d'électrons formée par épitaxie sur un substrat de GaAs, et met en oeuvre
AlGaAs de type n comme couche qui fournit des électrons et qui est formée par épitaxie sur la couche de transfert d'électrons. L'expression "couche de transfert d'électrons" utilisée dans le présent mémoire désigne une couche dans laquelle les électrons sont transférés, et l'expression "couche qui fournit les électrons" désigne une couche à partir de laquelle les électrons sont transmis à la couche de transfert d'électrons. Le silicium Si est en général fortement dopé dans la couche qui fournit les électrons et constitue une impureté de type n qui transmet des électrons (porteurs) à la couche de transfert d'électrons.
AlGaAs de type n comme couche qui fournit des électrons et qui est formée par épitaxie sur la couche de transfert d'électrons. L'expression "couche de transfert d'électrons" utilisée dans le présent mémoire désigne une couche dans laquelle les électrons sont transférés, et l'expression "couche qui fournit les électrons" désigne une couche à partir de laquelle les électrons sont transmis à la couche de transfert d'électrons. Le silicium Si est en général fortement dopé dans la couche qui fournit les électrons et constitue une impureté de type n qui transmet des électrons (porteurs) à la couche de transfert d'électrons.
Une couche de couverture de GaAs de type n est formée sur la couche qui fournit les électrons. Des électrodes de source et de drain sont aussi formées sur la couche de couverture en contact ohmique avec la couche de couverture, et une électrode de grille est en contact de
Schottky avec la couche de couverture. Une couche d'espacement est parfois disposée entre la couche de transfert d'électrons et la couche qui fournit les électrons. La couche d'espacement a la même composition que la couche qui fournit les électrons, mais elle ne contient pas d'impuretés.
Schottky avec la couche de couverture. Une couche d'espacement est parfois disposée entre la couche de transfert d'électrons et la couche qui fournit les électrons. La couche d'espacement a la même composition que la couche qui fournit les électrons, mais elle ne contient pas d'impuretés.
Un niveau profond d'énergie appelé "centre DX" est formé dans AlGaAs dopé par Si. Les propriétés d'un dispositif du type d'un transistor à mobilité électronique élevée à base de AlGaAs/GaAs sont limitées par le centre
DX. Le centre DX dégrade fortement les propriétés du dispositif lorsque celui-ci travaille à basse température, par exemple a la température de l'azote liquide.
DX. Le centre DX dégrade fortement les propriétés du dispositif lorsque celui-ci travaille à basse température, par exemple a la température de l'azote liquide.
Pour cette raison, un transistor à mobilité électronique élevée ayant une couche qui fournit les électrons et qui ne contient pas de centre DX a attiré l'attention. On a envisagé d'utiliser, comme couche qui fournit les électrons et qui ne contient pas de centre DX, une matière à base de
InGaP ou de InAlAs.
InGaP ou de InAlAs.
Il est préférable, pour la production en grande série des transistors à mobilité électronique élevée à base de InGaP, d'utiliser l'épitaxie en phase vapeur de composés organométalliques (MOVPE) qui permet l'utilisation de P qui a une pression de vapeur élevée et qui est inflammable. Le procédé MOVPE à pression réduite doit être exécuté dans un four à pression réduite.
La phosphine PH3 est en général utilisée comme source de phosphore P et sa température de décomposition est élevée. En conséquence, dans un four à pression réduite ayant une vitesse élevée de circulation, la plus grande partie de la phosphine s'écoule sur un substrat avant d'être suffisamment décomposée.
Pour que le phosphore P soit fournit en quantité suffisante, il est nécessaire de transmettre une grande quantité de phosphine. La transmission d'une quantité suffisamment grande de phosphine comme source de phosphore
P permet la croissance d'une couche de InGaP de qualité élevée.
P permet la croissance d'une couche de InGaP de qualité élevée.
Cependant, les propriétés d'un dispositif à transistor à mobilité électronique élevée à base de InGaP réellement fabriqué ne sont pas aussi bonnes que prévue. Un problème délicat a été indiqué par de nombreux chercheurs.
Le phénomène selon lequel les propriétés du dispositif d'un transistor à mobilité électronique élevée ayant une couche qui fournit les électrons formée de InGaP dopé par Si sont inférieures à celles d'un transistor à mobilité électronique élevée ayant une couche qui fournit les électrons formée de InGaP non dopé, peut être expliqué au moins partiellement par la présence de silicium Si.
On connaît déjà, pour supprimer les effets de la diffusion en phase solide du silicium Si, l'introduction d'une couche d'espacement de InGaP non dopé entre une couche qui fournit les électrons formée de InGaP dopé par
Si et une couche de transfert d'électrons formée de GaAs de type i. Dans ce cas aussi, les propriétés sont dégradées lorsque l'épaisseur de la couche d'espacement est aussi faible que 5 nm et moins.
Si et une couche de transfert d'électrons formée de GaAs de type i. Dans ce cas aussi, les propriétés sont dégradées lorsque l'épaisseur de la couche d'espacement est aussi faible que 5 nm et moins.
Lorsque la quantité de dopage de Si est réglée à 1.1017 cl 3, on peut obtenir une bonne mobilité d'environ -1 23 000 V .cm s à 77 K, mais la concentration bidimen- sionnelle du gaz d'électrons devient alors aussi faible que -2 5.1011 cm . La faible concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons réduit la conductance de transfert et analogue d'un dispositif à transistor à mobilité électronique élevée, si bien que le dispositif ne peut pas être utilisé en pratique. La concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons est de préférence de 1.1012 à 2.1012 cm 2 et plus.
Si la quantité de dopage de Si est portée à 18 -3 1,4.10 cm 3, une concentration bidimensionnelle suf f i
12 -3 sante du gaz d'électrons de 1,8.10 cm 3 peut être obtenue à 77 K, mais la mobilité est réduite à 1 400 V2.cm .1
Comme indiqué précédemment, la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons ou la mobilité des électrons peut être accrue par ajustement du niveau de dopage de Si, mais l'autre facteur est dégradé au point d'empêcher toute utilisation en pratique.
12 -3 sante du gaz d'électrons de 1,8.10 cm 3 peut être obtenue à 77 K, mais la mobilité est réduite à 1 400 V2.cm .1
Comme indiqué précédemment, la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons ou la mobilité des électrons peut être accrue par ajustement du niveau de dopage de Si, mais l'autre facteur est dégradé au point d'empêcher toute utilisation en pratique.
On a proposé d'utiliser AlGaAs non dopé comme couche d'espacement pour éviter la diffusion de Si de la couche qui fournit les électrons formée de InGaP dopé par Si.
Cependant, si Si diffuse dans AlGaAs, le centre DX apparaît et rend difficile le fonctionnement à basse température, par exemple à la température de l'azote liquide.
La tendance actuelle est une réduction de l'épais- seur de la couche non dopée d'espacement afin qu'elle soit aussi mince que possible, par exemple qu'elle soit nulle, car cette structure donne une concentration élevée bidimensionnelle du gaz d'électrons, et rend superflue la couche d'espacement de AlGaAs non dopé. Un réglage de l'interface devient donc très important pour la réalisation de bonnes propriétés du dispositif sans utilisation de la couche non dopée d'espacement.
La technologie de fabrication d'un nouveau transistor à mobilité électronique élevée n'utilisant pas de couche qui fournit les électrons à base de AlGaAs dopé par
Si n'a pas été développée suffisamment jusqu a présent.
Si n'a pas été développée suffisamment jusqu a présent.
La présente invention a pour objet la réalisation d'un dispositif à transistor à mobilité électronique élevée formé d'un composé des groupes III et V de la Classification Périodique des Eléments, ayant de bonnes propriétés, par utilisation d'une couche qui fournit les électrons qui est formée d'une matière autre que AlGaAs dopé par Si.
Dans un premier aspect de la présente invention, un dispositif formé d'un composé semi-conducteur des groupes 111-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée comporte un substrat d'un composé semi-conducteur des groupes 111-V, une couche de transfert d'électrons d'un composé semi-conducteur des groupes III-V formée sur le substrat, une couche qui fournit les électrons, formée d'un composé semi-conducteur des groupes III-V dopé par des impuretés et ayant une bande interdite plus large et une affinité électronique plus faible que la couche de transfert d'électrons, et une couche d'espacement ayant un composé semi-conducteur des groupes 111-V, formée entre la couche de transfert d'électrons et la couche qui fournit les électrons, et ayant des déformations provoquées par une mauvaise adaptation du réseau à celui de la couche qui fournit les électrons.
L'introduction de la couche d'espacement ayant des déformations entre la couche qui fournit les électrons et la couche de transfert d'électrons améliore les propriétés d'un dispositif à composé semi-conducteur des groupes III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée.
Il est envisageable que la couche d'espacement ayant des déformations empêche efficacement la diffusion en phase solide des impuretés de type n provenant de la couche qui fournit les électrons. Il est possible de fabriquer un dispositif à composé semi-conducteur des groupes III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée ayant de bonnes propriétés, par utilisation d'une matière qui ne crée pas de centre DX.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
les figures 1A et 1B représentent la structure fondamentale d'un mode de réalisation de 1 invention, la figure 1A étant une coupe schématique représentant la structure empilée d'un dispositif selon l'invention, et la figure 1B étant un schéma en coupe représentant la structure d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée ;;
les figures 2A à 2D constituent une analyse de la technique connue, la figure 2A étant une coupe schématique de la structure empilée d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée réalisé selon une technique connue, la figure 2B étant un graphique représentant la distribution de composition dans la région proche de l'interface de la couche d'espacement et de la couche de transfert d'électrons, la figure 2C étant un graphique représentant la distribution du potentiel dans la bande de conduction dans la région proche de l'interface de la couche d'espacement et de la couche de transfert d'électrons, et la figure 2D étant un graphique représentant la distribution idéale de potentiel de la bande de conduction dans la région proche de la couche d'espacement et de la couche de transfert d'électrons
les figures 3A à 3C sont des coupes schématiques représentant les structures d'échantillons d'essai utilisées pour la confirmation de l'analyse de la technique classique
Les figures 4A et 4B représentent un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 4A étant une coupe schématique représentant la structure empilée du dispositif, et la figure 4B étant un graphique représentant la variation de la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons et de la mobilité électronique avec la composition de la couche d'espacement
les figures SA et 5B sont des coupes schématiques de structures de dispositifs à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans d'autres modes de réalisation de l'invention ;
les figures 6A et 6B sont des coupes schématiques représentant les structures de dispositifs à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans d'autres modes de réalisation de l'invention ;
les figures 7A et 7B sont des coupes schématiques représentant les structures de dispositifs à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon d'autres modes de réalisation de l'invention ; et
la figure 8 est une coupe schématique de la structure d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans un autre mode de réalisation de l'invention.
les figures 1A et 1B représentent la structure fondamentale d'un mode de réalisation de 1 invention, la figure 1A étant une coupe schématique représentant la structure empilée d'un dispositif selon l'invention, et la figure 1B étant un schéma en coupe représentant la structure d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée ;;
les figures 2A à 2D constituent une analyse de la technique connue, la figure 2A étant une coupe schématique de la structure empilée d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée réalisé selon une technique connue, la figure 2B étant un graphique représentant la distribution de composition dans la région proche de l'interface de la couche d'espacement et de la couche de transfert d'électrons, la figure 2C étant un graphique représentant la distribution du potentiel dans la bande de conduction dans la région proche de l'interface de la couche d'espacement et de la couche de transfert d'électrons, et la figure 2D étant un graphique représentant la distribution idéale de potentiel de la bande de conduction dans la région proche de la couche d'espacement et de la couche de transfert d'électrons
les figures 3A à 3C sont des coupes schématiques représentant les structures d'échantillons d'essai utilisées pour la confirmation de l'analyse de la technique classique
Les figures 4A et 4B représentent un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 4A étant une coupe schématique représentant la structure empilée du dispositif, et la figure 4B étant un graphique représentant la variation de la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons et de la mobilité électronique avec la composition de la couche d'espacement
les figures SA et 5B sont des coupes schématiques de structures de dispositifs à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans d'autres modes de réalisation de l'invention ;
les figures 6A et 6B sont des coupes schématiques représentant les structures de dispositifs à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans d'autres modes de réalisation de l'invention ;
les figures 7A et 7B sont des coupes schématiques représentant les structures de dispositifs à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon d'autres modes de réalisation de l'invention ; et
la figure 8 est une coupe schématique de la structure d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans un autre mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1A et 1B représentent la structure fondamentale d'un dispositif à composé semi-conducteur des groupes III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans un mode de réalisation de l'invention. La figure 1A est une coupe schématique représentant la structure empilée d'un dispositif formé sur un substrat et la figure 1B est une coupe schématique représentant la structure du dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée.
Sur la figure 1A, une structure empilée est formée par épitaxie sur un substrat 1 d'un composé semi-conducteur des groupes 111-V, cette structure comprenant une couche 2 de transfert d'électrons, une couche déformée d'espacement 3 qui a des déformations, et une couche 4 qui fournit des électrons. Le substrat 1 est un substrat semi-isolant par exemple, et la couche 2 de transfert d'électrons est de type i ayant des impuretés qui n'ont pas été obtenues par dopage intentionnel. La couche déformée d'espacement 3 a des déformations provoquées par un désaccord du réseau avec celui de la couche qui fournit les électrons. Le degré de déformation est de préférence si grand que la diffusion des impuretés à l'état solide peut être interrompue efficacement au niveau de la couche déformée.La couche 4 qui fournit les électrons contient au moins un type d'impuretés choisi dans le groupe qui comprend Si, S, Se et Te.
La couche déformée 3 d'espacement et la couche 4 qui fournit les électrons ont une bande interdite plus large et une affinité électronique plus petite que la couche 2 de transfert d'électrons. Les électrons donnés par les impuretés de type n dopées dans la couche 4 qui fournit les électrons sont donc transmis à la couche de transfert d'électrons afin que cette couche reçoive des porteurs. Des impuretés peuvent être dopées dans la couche déformée d'espacement 3.
La couche 2 de transfert d'électrons a une faible concentration d'impuretés et une cristallinité élevée. Le potentiel de la bande de conduction de la couche 2 de transfert d'électrons devient faible à l'interface de fa couche déformée d'espacement 3 qui a une plus grande largeur de bande interdite. En conséquence, les électrons transmis par la couche 4 se repartissent sous forme d'un gaz bidimensionnel d'électrons près de l'interface de la couche 2 de transfert. Si les impuretés sont aussi dopées dans la couche déformée 3, les électrons sont aussi transmis par cette couche 3 et deviennent un gaz bidimensionnel d'électrons dans la couche 2 de transfert d'électrons.
La structure empilée représentée sur la figure 1A est utilisée pour la fabrication d'un transistor à mobilité électronique élevée tel que représenté sur la figure 1B.
Sur cette figure 1B, des électrodes 7 et 8 de source et de drain qui sont en contact ohmique avec la couche 4 et une électrode de grille placée entre les électrodes de source et de drain et qui est en contact de Schottky avec la couche 4, sont formées sur la couche 4 qui fournit les électrons, comme indiqué sur la figure 1B. Un gaz bidimensionnel 6 d'électrons se répartit dans la région de la couche 2 de transfert d'électrons près de l'interface de la couche déformée 3 d'espacement.
On décrit d'abord une analyse d'une technique classique avant la description des propriétés d'un mode de réalisation des transistors à mobilité électronique élevée décrits précédemment. Les figures 2A à 2D représentent une analyse d'une technique classique. La figure 2A est un schéma en coupe de la structure empilée d'un dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée obtenue suivant la technique classique, la figure 2B est un graphique représentant la distribution de la composition du dispositif, et la figure 2C est un graphique représentant la distribution du potentiel dans la structure empilée, estimé d'après la distribution de la composition.
On se réfère à la figure 2A ; une structure empilée formée par épitaxie comprend une couche 12 de transfert d'électrons de GaAs de type i, une couche 13 d'espacement formée de InGaP de type i, une couche 14 qui fournit les électrons et qui est formée de InGaP de type n, et une couche 15 de couverture formée de GaAs de type n sur un substrat 11 de GaAs semi-isolant.
La couche 13 d'espacement de InGaP de type i et la couche 14 qui fournit les électrons et qui est formée de
InGaP de type n ont une composition In0,49Ga0,51P, dont le réseau est adapté à celui du substrat 11 de GaAs. La couche 13 d'espacement a la même composition que la couche 14 qui fournit les électrons, mais elle n'est pas dopée par des impuretés de type n. Par exemple, Si est utilisé comme impureté de type n.
InGaP de type n ont une composition In0,49Ga0,51P, dont le réseau est adapté à celui du substrat 11 de GaAs. La couche 13 d'espacement a la même composition que la couche 14 qui fournit les électrons, mais elle n'est pas dopée par des impuretés de type n. Par exemple, Si est utilisé comme impureté de type n.
Le graphique de la figure 2B représente les résultats de l'analyse de la distribution de la composition dans la structure empilée d'un échantillon de transistor à mobilité électronique élevée telle que représentée sur la figure 2A. L'analyse a été réalisée par spectrométrie de masse d'ions secondaires. La partie droite du graphique représente une région de GaAs de la couche 12 de transfert d'électrons, et la partie gauche représente la région de
InGaP de type i de la couche d'espacement 13.
InGaP de type i de la couche d'espacement 13.
Bien que l'impureté Si de type n ne soit pas dopée dans la couche 14 qui fournit les électrons, elle est distribuée à un niveau très élevé près de l'interface de la couche 13 d'espacement et la couche 12 de transfert d'électrons, et pénètre profondément dans la couche 12. Le phosphore P de la composition de la couche d'espacement 13 ne disparaît pas totalement à l'interface mais diffuse dans la couche 12 de transfert d'électrons. De même, l'arsenic
As de la composition de la couche 12 de transfert d'électrons change de distribution à l'interface et passe dans la couche 13 d'espacement.
As de la composition de la couche 12 de transfert d'électrons change de distribution à l'interface et passe dans la couche 13 d'espacement.
Les compositions de la couche de transfert d'électrons de GaAs et de la couche d'espacement de InGaP diffusent à proximité de l'interface et forment une région de composition mixte qui ne forme pas une hétérojonction nette voulue près de l'interface. Plus précisément, il est envisageable qu'une couche de In-Ga-As-P se forme près de l'interface.
La figure 2C représente la distribution de potentiel de la bande de conduction dans une telle région d'interface. Une région dtinterface 16 de In-Ga-P-As a plusieurs compositions de InGaP du côté de la couche 13 d'espacement et a plusieurs compositions de GaAs du côté de la couche 12 de transfert. On peut donc supposer que le potentiel de la bande de conduction change de façon continue du côté de la couche 13 d'espacement vers le côté de la couche 12 de transfert.
Avec un tel changement de composition, le potentiel de la bande de conduction à proximité de l'interface varie progressivement et augmente la largeur de la région dans laquelle un gaz bidimensionnel d'électrons est conservé. On suppose que la mobilité électronique dans la région
In-Ga-P-As diminue beaucoup à cause de l'irrégularité ou analogue des compositions et cristaux dans cette région.
In-Ga-P-As diminue beaucoup à cause de l'irrégularité ou analogue des compositions et cristaux dans cette région.
La figure 2D représente une distribution idéale de potentiel de la bande de conduction à l'interface. La distribution de potentiel de la bande de conduction varie brutalement à la transition de la couche 13 d'espacement vers la couche 12 de transfert d'électrons. Le gaz bidimensionnel d'électrons est distribué dans une région très étroite proche de l'interface. Un tel gaz bidimensionnel d'électrons donne une mobilité électronique élevée.
Les figures 3A à 3C représentent des structures d'échantillons d'essai utilisés pour l'étude de compositions mixtes à proximité de l'interface.
L'échantillon représenté sur la figure 3A a une structure empilée comprenant une couche 16a de InGaP, une couche 12a de GaAs et une couche 16b de InGaP, formées successivement sur un substrat 11 de GaAs. Aucune impureté de type n n'est introduite dans cette structure empilée.
Dans cette structure empilée qui n a pas été dopée par des impuretés de type n, la qualité du puits quantique formé par la couche 12a de GaAs est bonne.
L'échantillon représenté sur la figure 3B présente une hétérojonction AlGaAs/GaAs de transistor à mobilité électronique élevée classique et une hétérojonction
InGaP/GaAs d'un nouveau transistor à mobilité électronique élevée.
InGaP/GaAs d'un nouveau transistor à mobilité électronique élevée.
Cet échantillon a une structure empilée comprenant une couche 16a de AlGaAs, une couche 12 de GaAs et une couche 17a de InGaP, formées successivement sur un substrat 11 de GaAs. Chaque couche est dopée avec des impuretés.
Dans cette structure empilée, la qualité d'un puits quantique formé par la couche 12 de GaAs était bonne.
La structure de l'échantillon représenté sur la figure 3C a été obtenue de la manière suivante. Une couche 12 de transfert d'électrons de GaAs de type i a été formée par croissance épitaxiale d'environ 600 nm sur un substrat 11 de GaAs, et une couche épaisse 13 de InGaP de type i formant une couche d'espacement a été formée par croissance épitaxiale sur environ 400 nm sur la couche 12 de transfert d'électrons de GaAs de type i.
Bien que la couche 13 d'espacement de InGaP de type i n'ait pas été dopée par des impuretés, elle a une concentration de porteurs n = 5.1016 cl 3. Dans cette structure, on a obtenu une bonne mobilité du gaz bidimensionnel d'électrons.
En conclusion de l'étude de ces échantillons, il est envisageable d'obtenir de bonnes propriétés à l'interface lorsque des impuretés telles que Si ne sont pas introduites dans la couche qui fournit les électrons. On suppose en conséquence que la perturbation de la propriété de l'interface est provoquée par la diffusion des impuretés de dopage de type n telles que Si.
La composition de la couche qui fournit les électrons formée de InGaP sur un substrat de GaAs est In0,49Ga0,51P, et In et Ga sont donc distribués irrégulié- rement. Le rayon atomique de In est supérieur à celui de Ga si bien que l'espace compris entre P et In est différent de celui qui est compris entre P et Ga.
En conséquence, dans un cristal de InGa dans lequel
In et Ga sont distribués irrégulièrement, des atomes du groupe III ne peuvent pas occuper des sites réguliers de groupe III et sont supposés décalés de leur position.
In et Ga sont distribués irrégulièrement, des atomes du groupe III ne peuvent pas occuper des sites réguliers de groupe III et sont supposés décalés de leur position.
Il est donc facile pour les impuretés de type n, telles que Si, de diffuser dans un tel cristal ayant des espaces différents entre les atomes. Lorsque Si diffuse dans le cristal, d'autres éléments tels que In, P, Ga et As sont supposés diffuser dans le cristal. Ceci provoque une perturbation de la distribution de la composition telle qu'indiquée sur la figure 2B et la formation d'une région de In-Ga-As-P à l'interface.
Pour qu'un transistor à mobilité électronique élevée ait une hétérojonction nette et de bonnes propriétés, on peut envisager d'éviter la diffusion des impuretés de type n telles que Si. A cet effet et comme indiqué sur la figure 1A, la couche déformée 3 d'espacement est réalisée afin qu'elle empêche la diffusion des impuretés de type n de la couche 4 qui fournit les électrons vers la couche 2 de transfert d'électrons. Il est aussi possible d'utiliser une couche déformée d'espacement 3 ayant des impuretés de dopage, c'est-à-dire sans couche non dopée, et d'empêcher la diffusion des impuretés dans la couche 2 de transfert d'électrons.
Les figures 4A et 4B représentent le dispositif à semi-conducteur du type d'un transistor à mobilité électronique élevée dans un mode de réalisation de l'invention. La figure 4A est une coupe indiquant la structure empilée du dispositif de ce mode de réalisation et la figure 4B est un graphique représentant la propriété du dispositif en fonction de la composition de la couche d'espacement.
On se réfère à la figure 4A ; une couche 22 de transfert d'électrons formée de GaAs de type i est réalisée sur un substrat 21 de GaAs semi-isolant avec une épaisseur de 600 nm, et une couche déformée d'espacement 23 de In Ga P de type i (x < 0,48) est formée sur la couche 22
x l-x de transfert d'électrons avec une épaisseur d'environ 2,5 nm.
x l-x de transfert d'électrons avec une épaisseur d'environ 2,5 nm.
Une couche 24 qui fournit les électrons est formée sur la couche d'espacement déformée 23. La couche 24 est dopée pas Si et elle a une composition de Ing 49Ga0,51P de type n ayant un réseau adapté à celui du substrat de GaAs 21. La surface de la couche 24 est recouverte d'une couche 25 de couverture de type GaAs ayant une épaisseur d'environ 5 nm.
Cette structure empilée peut être formée par croissance à l'aide d'un four de dépôt chimique en phase vapeur d'un composé organométallique, du type à corps à pression réduite. On peut utiliser, comme source d'éléments du groupe III, du triméthylgallium (TMGa), du triéthylgallium (TEGa), du triéthylindium (TMIn) ou analogue. On peut utiliser, comme source d'élément du groupe V, la phosphine, l'arsine ou analogue. Dans les modes de réalisation qui suivent, la température de croissance a été réglée à 650 C.
La couche déformée d'espacement 23 a une valeur x inférieure à x = 0,49 pour laquelle l'adaptation au réseau de la couche 24 est obtenue. Par exemple, x est sélectionné à une valeur qui ne dépasse pas 0,48. La couche déformée 23 a donc une plus petite constante de réseau, et des distorsions sont provoquées par le désaccord des réseaux avec la couche qui fournit les électrons.
La couche 25 de couverture et la couche de surface de la couche 24 sont attaquées sélectivement pour l'exposition d'une surface de la couche 24 qui fournit des électrons. Des électrodes ohmiques de source et de drain sont formées sur la couche 25 de couverture, et elles entourent la couche exposée 24 qui fournit les électrons, et une électrode 29 de grille de Schottky est formée à la surface exposée de la couche 24.
La figure 4B est un graphique représentant la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons et la mobilité électronique à 77 K par rapport à la valeur x du coefficient de la composition de la couche déformée 23 pou#r x = 0,36, 0,46 et 0,56. La mobilité électronique diminue rapidement près de la composition x = 0,4.
Pour x = 0,49, correspondant à l'accord des réseaux avec GaAs, la mobilité électronique diminue beaucoup. La concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons a tendance à augmenter lorsque le paramètre x de la composition augmente. Il est préférable que la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons d'un transistor à mobilité électronique élevée soit réglée à une valeur de 1.1012 à 2.1012 -2
cm cm 2. Cette concentration bidimensionnelle de gaz d'électrons peut être obtenue avec la structure représentée sur la figure 4A.
cm cm 2. Cette concentration bidimensionnelle de gaz d'électrons peut être obtenue avec la structure représentée sur la figure 4A.
On peut noter que la mobilité des électrons diminue avec l'augmentation de x depuis la région pour laquelle x est supérieur à 0,4 environ. La tendance à la réduction de la mobilité se poursuit au-delà du paramètre x égal à 0,49 qui correspond à l'adaptation des réseaux.
On peut déduire de ce qui précède qu'il est très avantageux d'utiliser une faible concentration de In. La relation entre la mobilité électronique et les déformations dans la plage qui dépasse x = 0,49 n'est pas certaine et nécessite des études supplémentaires. Dans la plage x < 0,48 cependant, la mobilité électronique augmente lorsque la composition s'écarte du paramètre x = 0,49 d'adaptation des réseaux, c'est-à-dire lorsque le degré des déformations augmente.
Les figures SA et 5B sont des schémas de structures fondamentales de transistors à mobilité électronique élevée dans d'autres modes de réalisation. La figure SA représente la structure ayant une couche monomoléculaire déformée de
GaP. Une couche 22 de transfert d'électrons de GaAs de type i est formée sur un substrat 21 de GaAs. Une couche déformée d'espacement 33, une couche 24 qui fournit des électrons de Ing49Ga0.51P, et une couche 25 de couverture de
GaAs de type n sont formées dans cet ordre sur la couche 22 de transfert d'électrons, comme dans le mode de réalisation de la figure 4A. Les électrodes peuvent être formées de la même manière que sur la figure 4A.
GaP. Une couche 22 de transfert d'électrons de GaAs de type i est formée sur un substrat 21 de GaAs. Une couche déformée d'espacement 33, une couche 24 qui fournit des électrons de Ing49Ga0.51P, et une couche 25 de couverture de
GaAs de type n sont formées dans cet ordre sur la couche 22 de transfert d'électrons, comme dans le mode de réalisation de la figure 4A. Les électrodes peuvent être formées de la même manière que sur la figure 4A.
La couche déformée d'espacement 33 de ce mode de réalisation est constituée par une couche monomoléculaire de GaP. GaP présente un défaut d'adaptation important du réseau avec le substrat de GaAs si bien qu'une très mince couche est utilisée afin qu'elle ne dépasse pas une épaisseur critique de film. Bien qu'une couche monomoléculaire soit utilisée dans ce mode de réalisation, une couche bimoléculaire peut aussi être utilisée.
La concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons et la mobilité électronique ont été mesurées dans le mode de réalisation ayant la couche déformée d'espacement 33 de
GaP. Les valeurs mesurées sont indiquées pour x = 0 sur la figure 4B. Ces valeurs coïncident avec celles du mode de réalisation représenté sur la figure 4A.
GaP. Les valeurs mesurées sont indiquées pour x = 0 sur la figure 4B. Ces valeurs coïncident avec celles du mode de réalisation représenté sur la figure 4A.
La structure représentée sur la figure 5B est une combinaison des structures représentées sur les figures 4A et 5A. Une couche 22 de transfert d'électrons formée de
GaAs de type i est formée sur un substrat 21 de GaAs semiisolant. Une couche déformée 43a d'espacement formée d'une couche monomoléculaire de GaP sur laquelle est formée une autre couche déformée d'espacement 43b de In Ga P de type
x l-x i (x < 0,48) est formée sur la couche 22 de transfert d'électrons. La couche déformée d'espacement de ce mode de réalisation est formée de deux couches, l'une étant une couche monomoléculaire de GaP et l'autre étant formée de
InGaP, le paramètre x de In dans la composition étant inférieur à celui de la composition pour laquelle les réseaux sont adaptés.
GaAs de type i est formée sur un substrat 21 de GaAs semiisolant. Une couche déformée 43a d'espacement formée d'une couche monomoléculaire de GaP sur laquelle est formée une autre couche déformée d'espacement 43b de In Ga P de type
x l-x i (x < 0,48) est formée sur la couche 22 de transfert d'électrons. La couche déformée d'espacement de ce mode de réalisation est formée de deux couches, l'une étant une couche monomoléculaire de GaP et l'autre étant formée de
InGaP, le paramètre x de In dans la composition étant inférieur à celui de la composition pour laquelle les réseaux sont adaptés.
Une couche 24 qui fournit des électrons formée de Ing,49Ga0,51P de type n dopé par Si et une couche 25 de couverture de GaAs de type n sont formées sur les couches déformées d'espacement 43a et 43b.
GaP présente un défaut important d'adaptation des constantes du réseau avec le substrat de GaAs si bien qu'une très mince couche seulement peut être utilisée. Une couche déformée d'espacement ayant une épaisseur suffisante peut être formée par utilisation de deux couches déformées, c' est-à-dire la couche monomoléculaire de GaP et une couche de InxGal~xP de type i.
Les figures 6A et 6B représentent les structures de transistors à mobilité électronique élevée dans d'autres modes de réalisation de l'invention.
Sur la figure 6A, une couche 22 de transfert d'électrons de GaAs de type i sur laquelle est formée une couche déformée 53 d'espacement ayant une superstructure est formée sur un substrat 21 de GaAs semi-isolant. Cette couche 53 est formée de couches alternées comprenant une couche de InP de type i et une couche de GaP de type i.
Bien que quatre couches seulement soient représentées dans la superstructure, le nombre de couches de la superstructure peut être bien plus important.
Grâce à cette superstructure, il est possible de former une couche déformée d'espacement ayant une épaisseur suffisante par utilisation des couches de InP et GaP ayant des constantes de réseau très différentes de celles du substrat 21 de GaAs.
Une couche 24 qui fournit des électrons formée de 1n0,49Ga0,51P de type n dopé par Si et une couche 25 de couverture de GaAs de type n sont formées sur la couche déformée d'espacement 53. Des électrodes peuvent être formées de la manière déjà indiquée en référence à la figure 4A.
Dans ce mode de réalisation, la couche déformée présente la superstructure. Il est possible que des impuretés de type n qui ont diffusé à partir de la couche 24 puissent être piégées non seulement par les déformations mais aussi par un certain nombre d'interfaces de la superstructure. Cette structure peut être formée par des procédés d'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE), par des procédés d'épitaxie par faisceau moléculaire avec source de gaz, et par d'autres procédés.
On se réfère maintenant à la figure 6B ; une couche 22 de transfert d'électrons formée de GaAs de type i est réalisée sur un substrat 21 de GaAs semi-isolant. Ensuite, une couche déformée 63 d'espacement formée d'une couche naturelle à superstructure de 1n0,5Ga0,5P de type i est réalisée. Une couche 24 qui fournit des électrons constituée de 1n0,49Ga0,51P de type n et une couche 25 de couverture de GaAs de type n sont formées sur la couche déformée d'espacement 63. Des électrodes peuvent être formées de la même manière qu'indiquée sur la figure 4A.
In Ga P a pour caractéristiques de former une
0,5 0,5 superstructure normale dans la direction [ 110 ] , lors d'une croissance sur le plan [ llljA. Cette superstructure naturelle est représentée sous forme agrandie du côté droit de la figure 6B.
0,5 0,5 superstructure normale dans la direction [ 110 ] , lors d'une croissance sur le plan [ llljA. Cette superstructure naturelle est représentée sous forme agrandie du côté droit de la figure 6B.
Dans la couche déformée d'espacement ayant la superstructure représentée sur les figures 6A et 6B, les sites du réseau des éléments In et Ga du groupe III ne sont plus irréguliers, mais prennent des positions régulières.
Indépendamment d'un cristal mixte, un cristal ayant des sites réguliers de réseau peut être formé. Dans un tel cristal régulier, la diffusion des impuretés telles que Si peut être considérablement réduite.
Dans la description qui précède, GaAs est utilisé comme couche de transfert d'électrons et InGaP est utilisé comme couche qui fournit des électrons. D'autres matières peuvent aussi être utilisées pour la formation d'un transistor à mobilité électronique élevée. En outre, bien que la couche déformée d'espacement ayant des impuretés non dopées soit utilisée dans les modes de réalisation précédents, les effets avantageux de l'invention peuvent aussi être obtenus même lorsque des impuretés sont dopées dans la couche déformée d'espacement. L'indication indiquant sur les figures que le type est de type i ou n indique cette modification.
Les figures 7A et 7B représentent d'autres modes de réalisation obtenus avec des composés semi-conducteurs des groupes 111-V différents des modes de réalisation qui précèdent. Sur la figure 7A, une couche 22 de transfert d'électrons de GaAs de type i, sur laquelle est formée une couche déformée 73 d'espacement de GaAsP de type i, est réalisée sur un substrat 21 de GaAs semi-isolant. GaAsP peut être intrinsèque (type i) ou dopé par des impuretés de type n.
Une couche 24 qui fournit des électrons, constituée de InGaP de type n dopé par Si, et une couche de couverture de GaAs de type n, ayant un réseau adapté à celui du substrat de GaAs, sont formées sur la couche déformée 73 d'espacement. Il est prévu que la diffusion des impuretés de type n, telles que Si, peut être réduite dans la couche déformée 73 d'espacement de GaAsP parce que cette couche 73 ne contient pas In.
La concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons d'environ 1,2.1012 cm-2 et une mobilité de 32 000 V.cm-1.s-1 ont été obtenues à 77 K par utilisation de la couche 22 de transfert d'électrons de GaAs de type i pour une épaisseur de 600 nm, de la couche déformée 73 d'espacement de GaAsP de type i ayant une épaisseur de 2,5 nm, de la couche 24 qui fournit les électrons, formée de InGaP dopé par Si et ayant une épaisseur de 35 nm, et de la couche 35 de couverture de GaAs ayant une épaisseur de 5 nm. Bien que Si dope GaAsP, une concentration bidimensionnelle élevée du gaz d'électrons de 1,4.1012 cm-2 et une mobilité élevée de 20 000 V.cm-1.s-1 ont été obtenues.
Ces valeurs sont suffisantes pour la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons et la mobilité dans un transistor à mobilité électronique élevée. En outre, dans ce mode de réalisation, on suppose que la diffusion des impuretés peut être supprimée par la couche déformée d'espacement et qu'une bonne structure d'hétérojonction peut être obtenue.
On se réfère à la figure 7B ; un substrat 81 de InP semi-isolant est utilisé. Sur ce substrat, une couche 82 de transfert d'électrons de InGaAs de type i est formée avec un réseau adapté à InP. Une couche déformée d'espacement 83 est formée sur la couche 82 de transfert d'électrons par AlAs Sb (x 1 0,51) de type i ou n ayant une constante de
x l-x réseau inférieure à celle du substrat 81.
x l-x réseau inférieure à celle du substrat 81.
Une couche 84 de AlAs Sb de type n (x = 0,5) dopé
x l-x par Si et une couche 85 de couverture de InGaAs de type n ayant un réseau adapté à celui du substrat 81 de InP, ont été formées sur la couche déformée 83 d'espacement. Les couches autres que la couche 83 présentaient une constante du réseau adaptée à celle du substrat 81.
x l-x par Si et une couche 85 de couverture de InGaAs de type n ayant un réseau adapté à celui du substrat 81 de InP, ont été formées sur la couche déformée 83 d'espacement. Les couches autres que la couche 83 présentaient une constante du réseau adaptée à celle du substrat 81.
La figure 8 représente un autre mode de réalisation dans lequel la couche de transfert d'électrons possède des déformations. Dans ce mode de réalisation, une couche de transfert d'électrons de InGaAs est utilisée à la place de la couche de GaAs de type i du mode de réalisation de la figure 4A. Ce mode de réalisation peut être utilisé comme structure de dispositif donnant une concentration bidimensionnelle élevée du gaz d'électrons. Grâce à la couche déformée d'espacement 23, la concentration bidimensionnelle du gaz d'électrons et la mobilité obtenues étaient respec tivement de 1,8.1012 cm 2 et 15 000 V2 les1. La tivement de cm s . La couche déformée d'espacement de cet échantillon n'était pas dopée par des impuretés. La référence 26 représente une couche tampon.
Les matières utilisées dans les modes de réalisation précédents ne sont nullement destinées à limiter l'invention. Par exemple, il est particulièrement efficace d'utiliser une matière analogue pour la formation d'une superstructure naturelle comme matière de la couche qui fournit les électrons tout en utilisant la couche déformée d'espacement. On peut aussi utiliser InP, InAsP ou analogue ainsi que InGaAs comme matière de la couche de transfert d'électrons destinée à être formée sur un substrat de InP.
Les impuretés de type n, S, Se, Te et analogues peuvent aussi être utilisées comme Si. On peut aussi utiliser (AlyGa1-y)x In1-xP, InxGa1-xP, InAlAs et analogues comme matière de la couche qui fournit les électrons.
Il est évident que d'autres appareils de croissance cristalline peuvent être utilisés à la place du four à corps à pression réduite.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs à semiconducteur qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (7)
1. Dispositif à composé semi-conducteur des groupes 111-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée, caractérisé en ce qu'il comprend
un substrat (21) d'un composé semi-conducteur des groupes III-V,
une couche (22) de transfert d'électrons d'un composé semi-conducteur des groupes 111-V, formée sur le substrat,
une couche (24) qui fournit des électrons et qui est dopée par des impuretés, constituée d'un composé semiconducteur des groupes III-V ayant une bande interdite plus large et une affinité électronique plus petite que la couche de transfert d'électrons et placée sur la couche de transfert d'électrons, et
une couche d'espacement (23) formée d'un composé semi-conducteur des groupes III-V, ayant un réseau dont la constante n'est pas adaptée à celle de la couche qui fournit les électrons, la couche d'espacement étant formée entre la couche de transfert d'électrons et la couche qui fournit les électrons.
2. Dispositif à composé semi-conducteur des groupes du du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'espacement (23) est dopée par des impuretés.
3. Dispositif à composé semi-conducteur des groupes 111-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon la revendication 1, dans lequel le substrat (21) est un substrat de GaAs, la couche (22) de transfert d'électrons est une couche de GaAs, et la couche (24) qui fournit les électrons est une couche de InGaP.
4. Dispositif à composé -semi-conducteur des groupes
III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon la revendication 3, dans lequel la couche d'espacement (23) comprend au moins une couche choisie dans le groupe qui comprend une couche de InxGa1-xPIII-V (x < I 0,48), une couche moléculaire de GaP, une couche de superstructure et une couche de GaAsP.
5. Dispositif à composé semi-conducteur des groupes 111-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (24) qui fournit les électrons est choisie parmi une couche de (AlyGa1-y)xIn1-xP et une couche de InAlAs.
6. Dispositif à composé semi-conducteur des groupes
III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon la revendication 1, dans lequel la couche de transfert d'électrons (22) est une couche de InGaAs, une couche de InAsP ou une couche de InP.
7. Dispositif à composé semi-conducteur des groupes
III-V du type d'un transistor à mobilité électronique élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (21) est un substrat de InP, la couche (22) de transfert d'électrons est une couche de InGaAs, de InAsP ou
InP, la couche (24) qui fournit les électrons est une couche de AlAsSb, et la couche d'espacement (23) est une couche de AlAsxSbl~x (x > 2 0,51).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32009592A JP3224437B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|---|---|---|
| WO1997005661A1 (fr) * | 1995-08-01 | 1997-02-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Transistor a effet de champ dope par modulation, a structure d'arret modulee |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH08306703A (ja) * | 1995-04-28 | 1996-11-22 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体結晶装置とその製造方法 |
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| JPH1056168A (ja) * | 1996-08-08 | 1998-02-24 | Mitsubishi Electric Corp | 電界効果トランジスタ |
| US6242293B1 (en) | 1998-06-30 | 2001-06-05 | The Whitaker Corporation | Process for fabricating double recess pseudomorphic high electron mobility transistor structures |
| JP3107051B2 (ja) * | 1998-07-10 | 2000-11-06 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ、及びその製造方法 |
| US6060402A (en) * | 1998-07-23 | 2000-05-09 | The Whitaker Corporation | Process for selective recess etching of epitaxial field effect transistors with a novel etch-stop layer |
| TW468229B (en) * | 1998-08-05 | 2001-12-11 | Nat Science Council | High barrier gate field effect transistor structure |
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| US6566692B2 (en) * | 2000-08-11 | 2003-05-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron device and junction transistor |
| US6703638B2 (en) | 2001-05-21 | 2004-03-09 | Tyco Electronics Corporation | Enhancement and depletion-mode phemt device having two ingap etch-stop layers |
| CA2456662A1 (fr) * | 2001-08-07 | 2003-02-20 | Jan Kuzmik | Dispositifs a haute mobilite d'electrons |
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| JP5631566B2 (ja) * | 2009-09-15 | 2014-11-26 | 新日本無線株式会社 | 半導体装置 |
| KR101680767B1 (ko) * | 2010-10-06 | 2016-11-30 | 삼성전자주식회사 | 불순물 주입을 이용한 고출력 고 전자 이동도 트랜지스터 제조방법 |
| JP5991018B2 (ja) * | 2012-05-16 | 2016-09-14 | ソニー株式会社 | 半導体装置 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0482726A2 (fr) * | 1990-10-26 | 1992-04-29 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Transistor à effet de champ, à hétérojonction |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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1994
- 1994-12-09 US US08/353,156 patent/US5521404A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0482726A2 (fr) * | 1990-10-26 | 1992-04-29 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Transistor à effet de champ, à hétérojonction |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| J. DICKMANN: "Influence of the delta doping position in the channel on the device performance of AlGaAs/InGaAs modulation-doped field-effect transistors", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 60, no. 1, 6 January 1992 (1992-01-06), NEW YORK , US, pages 88 - 90 * |
| L.F. LUO ET AL.: "P-channel modulation-doped field-effect transistors based on AlSb0.9As0.1/GaSb", IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, vol. 11, no. 12, NEW YORK, US, pages 567 - 569 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997005661A1 (fr) * | 1995-08-01 | 1997-02-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Transistor a effet de champ dope par modulation, a structure d'arret modulee |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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