JP2005521263A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、特に、「ＭＯＤＦＥＴ（変調ドープ電界効果トランジスタ）」又は「ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）」としても公知の量子井戸電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】 量子井戸を有する電界効果トランジスタにおいて、量子井戸は、一次導電チャンネル（２７）と、一次チャンネルの直近にあって接触する少なくとも１つの二次導電チャンネル（２５、２５）とによって形成され、二次導電チャンネルは、一次チャンネルの有効バンドギャップ（１４）よりも大きい有効バンドギャップ（１５）を有し、一次チャンネルの衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」（１７）と一次及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセット（ステップの高さ）との間の差の絶対値は、０．５Ｅｇ（実効値）よりも大きくなく、又は（代替的に）、０．４ｅＶよりも大きくない。すなわち、そうでなければ暴走をもたらす衝撃イオン化を生じ得るより高エネルギのキャリヤは、二次チャンネル内に迂回され、装置が増加した電圧でより高速に作動し、及び／又は、暴走に対して遥かに大きな抵抗を示すことを可能にする。一次チャンネルは、好ましくは、低バンドギャップ材料、例えば、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓ_1-yＳｂ_y、Ｉｎ_1-xＧａ_xＳｂ、又はＩｎ_1-xＧａ_xＡｓである。

Description

本発明は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、特に、「ＭＯＤＦＥＴ（変調ドープ電界効果トランジスタ）」又は「ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）」としても公知の量子井戸電界効果トランジスタに関する。

「ＭＯＤＦＥＴ」は、バンドギャップの低い材料がバンドギャップのより高い材料で境界を付けられた導電チャンネルによって特徴付けられ、従って、導電チャンネルは、ドレーン領域及びソース領域間のキャリヤ搬送のための量子井戸領域をもたらす。導電チャンネル内の電流キャリヤの数と従ってその導電率とを制御するためのゲート電極構造が設けられる。ゲート構造は、金属−絶縁体−半導体構成とすることができ、又は、例えばショットキーダイオードを含むことができる。

「ＭＯＤＦＥＴ」の一般的な例は、欧州特許出願一連番号ＥＰ０５２３７３１（スミトモ）、米国特許第６，１００，５４８号（ヌグイェン）、米国特許第５，８５６，２１７号（ヌグイェン）、米国特許第５，３３４，８６５号（ファシムラ）、米国特許第５，３３１，１８５号（クワタ）、米国特許第５，２８６，６６２号（クワタ）、米国特許第５，０２３，６７４号（ヒコサカ）、及び米国特許第４，７１０，７８８号（ダムケス）で開示されている。

「ＭＯＤＦＥＴ」においては、導電チャンネルは、キャリヤが比較的長い平均自由行程及び相応の高い移動度を有するように、本質的に単結晶格子を有する。導電チャンネルの材料は、キャリヤの移動度、速度、及び平均自由行程を最大にするために一般的に実質的に非ドープ又は非常に軽くドープされるが、より高度にドープされた材料が使用されることもある。「ＭＯＤＦＥＴ」ではキャリヤ移動度が高いので、「ＭＯＤＦＥＴ」を高速用途に特に適するものにしている。
砒化インジウム（ＩａＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、及び砒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）のような低バンドギャップ材料は、特に「ＭＯＤＦＥＴ」での使用に適するものであり、アンチモン化インジウムは、電子有効質量が低く、電子移動度が非常に高く、弾道平均自由行程が大きく、かつ飽和速度が大きいので、特に超高速用途に有利である。

図１は、「ＭＯＤＦＥＴ」の構造の図式的な外形形態を示す。導電ドープソース及びドレーン領域３及び４の間にあるのは、バンドギャップの広いそれぞれ下層６及び上層７の間に個別の層５を含む領域２である。層５は量子井戸領域８をもたらし、実際には、それは、単一結晶格子を形成するために層６上に従来式にエピタキシャル成長する。ソース電極９、ゲート電極１０、及びドレーン電極１１は、対応する領域３、２、及び４の上に設けられる。

基板又は層６の材料及び層７の材料は、大きなバンドギャップを有するが、層５の材料は、低いバンドギャップを有し、それによって電流電導のための量子井戸ヘテロ構造が層６及び７を用いて形成される。層７及び多くの場合に層６もドープされ、変調ドープによってキャリヤを層５に供給又は伝達して井戸領域８をもたらす。層５の材料は、非ドープ又はドープが非常に僅かであることが好ましいが、一部の量子井戸トランジスタでは、比較的高度にドープされた材料を有する導電チャンネルが確かに使用されている。

図１の線Ａ−Ａに沿った対応するバンドギャップ分布が図２に概略的に示されており、上の線１２は、導電帯のエッジを示し、下の線１３は、価電子帯のエッジを示す。層５の材料は、狭いバンドギャップ１４を有する。層６及び７は、同じ材料であり、それらのバンドギャップ１５は、そこにあるキャリヤがその導電帯に入るのに十分なエネルギを通常は決して達成せず、従ってキャリヤが井戸に閉じ込められたままであることを保証する十分な大きさである。すなわち、層５は、周囲のバンドギャップの広い層６及び７と共に幅ｗの量子井戸領域を形成する。この場合の量子井戸領域８は単一の均一導電層５を含むので、井戸の側面１６は、理想的にはほぼ垂直であることが観察されるであろう。点線１７は、量子井戸内の衝撃イオン化閾値の高さを示す。層６及び７に対する衝撃イオン化閾値（図示せず）は、それらの導電帯のエッジ１２の上方にある。
バンドギャップがより連続的に変化するように垂直でない側面を有する量子井戸を生成することは、井戸領域８の縁部の組成を変化させることによって可能であるが、本発明においては、井戸側面のバンドギャップの鋭い変化を有することが好ましい。

図１の量子井戸「ＦＥＴ」の作動において、ゲート電極１０に印加されたバイアスがトランジスタがオンになるようなものである時、量子井戸領域８のキャリヤの母集団は十分であり、適切な電位差Ｖ_DSがドレーン及びソース電極９及び１１間に印加された場合に電流が導電チャンネルに流れることになる。電流は、Ｖ_DSのマグニチュードに依存することになるが、Ｖ_DSの値が閾値レベルに達すると、井戸内のキャリヤのエネルギが衝撃イオン化閾値１７に達し、付加的なキャリヤの生成が始まる。Ｖ_DSの値が大きくなってこの点を超えた場合、かなりの数の付加的な電流キャリヤが生成され、最終的には雪崩降伏に至る。この過程において、全てのキャリヤは、隣接する層６及び７の材料が示すバンドギャップ１５が大きいために量子井戸領域８内に閉じ込められたままであるが、十分に高いバイアスが印加された場合は、バリア内へのキャリヤの脱出が可能である。

これを図３に示すが、膝部によって分離された３つの領域１８から２０に概念上分割されたドレーン電流Ｖ_Dの関数としてのドレーン電流Ｉ_Dのグラフを示す。ドレーン電圧Ｖ_Dを大きくすると、初期領域１８（「線形領域」という）ができ、次に、ドレーン電圧によるドレーン電流の上昇が小さい、傾斜が比較的小さい領域１９が続く。領域１９は「飽和領域」と呼ばれ、通常作動の領域である。電流が更に大きくなると、衝撃イオン化は、雪崩降伏が始まって電流が装置を損傷し得る程度まで更に急上昇する領域２０に達するまで、付加的なキャリヤを発生させる。領域１９の上限は、従って、雪崩降伏の開始によって制限される。
雪崩降伏は、ゲートバイアス電圧に応答してトランジスタの制御の損失を引き起こすばかりでなく、熱暴走を発生させる可能性があり、装置及び恐らくは関連構成要素が危険に曝される。

雪崩降伏は、多くの種類の半導体素子でよくある現象であり、ツェナーダイオードのような素子では実際に有効に利用されている。しかし、雪崩降伏は、アンチモン化インジウムのようなキャリヤ移動度が高い低バンドギャップ材料を使用する「ＭＯＤＦＥＴ」の関連では特定の問題を実際に引き起こす。衝撃イオン化閾値は本質的に材料バンドギャップであるから、低バンドギャップ材料においては、電圧Ｖ_DSが比較的低い電界が雪崩降伏を引き起こす。このような低バンドギャップ材料で雪崩降伏を引き起こす低いＶ_DS閾値は非常に望ましくなく、現在では、高周波数高電圧用途において大きな制約になっている。

更に、電界効果トランジスタにおける衝撃イオン化は、より低いエネルギレベルにおいてさえも、正孔がソースの下に集まるキンク効果を引き起こす可能性があり、例えば、アームストロング他著「半導体エレクトロニクス」、３９（９）巻、ｐ１３３７、１９９６年を参照することができる。キンク効果によって出力コンダクタンスが大きくなり、より中庸な作動条件下においてさえも更に別の装置を駆動する能力を制限する。

従って、電界効果トランジスタにおいては、大きなキャリヤ速度及び移動度すなわちより低いバンドギャップを必要とするスイッチング速度と、大きなバンドギャップを必要とする降伏電圧との間に妥協点があることが理解されるであろう。従って、有用な高周波数利得を保持しながらその後の段階に電力供給するために（例えば、変調器及び増幅器のようなシステム又は「ＦＥＴ」ベース論理回路において）、比較的高い電圧で「ＦＥＴ」を駆動することが必要な場合には問題が存在する。このような考慮は、例えば、無線周波数信号伝送に対して高電力高周波数信号増幅を必要とする移動通信装置では特に重要なものである。従って、比較的高い電圧で作動可能な高周波数電界効果トランジスタが必要とされている。

欧州特許出願一連番号ＥＰ０５２３７３１ 米国特許第６，１００，５４８号 米国特許第５，８５６，２１７号 米国特許第５，３３４，８６５号 米国特許第５，３３１，１８５号 米国特許第５，２８６，６６２号 米国特許第５，０２３，６７４号 米国特許第４，７１０，７８８号 欧州特許出願第１０３０３７１号 日本特許出願第９２８３７４５号 アームストロング他著「半導体エレクトロニクス」、３９（９）巻、ｐ１３３７、１９９６年 タカトモ・エノキ他の論文「ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ複合チャンネルＨＦＥＴの設計特性」、電子装置に関する「ＩＥＥ」紀要、４５（８）、１９９５年８月

本発明による量子井戸電界効果トランジスタにおいては、量子井戸は、一次導電チャンネルと、一次チャンネルの直近にあって接触し、一次チャンネルよりも大きなバンドギャップを有する少なくとも１つの二次導電チャンネルとによって形成される。本発明によれば、二次チャンネルの導電帯は、第１のチャンネルの衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」に近いものである。以下で更に詳細に説明するように、衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」と一次チャンネル及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセットΔＥ_C（実効値）との間の差の絶対値は、０．５Ｅｇ（実効値）よりも大きくないことが好ましい。代替的に好ましいのは、衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」と一次及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセットΔＥ_C（実効値）との間の差の絶対値が０．４ｅＶよりも大きくなく、又は、０．５Ｅｇ（実効値）及び０．４ｅＶの低い方よりも大きくないことである。

複合量子井戸チャンネル「ＦＥＴ」は公知であり、それらの例は、例えば、欧州特許出願第１０３０３７１号（スミトモ）、日本特許出願第９２８３７４５号（オキ）、及びタカトモ・エノキ他の論文「ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ複合チャンネルＨＦＥＴの設計特性」、電子装置に関する「ＩＥＥ」紀要、４５（８）、１９９５年８月に開示されている。しかし、これらのいずれにおいても、衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」は、一次及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセットΔＥ_C（実効値）に近くはない。

キャリヤのエネルギがある範囲に亘って広がっていること、及び、初めは衝撃イオン化閾値を超えるほど十分に高いエネルギを有するキャリヤは比較的少なく、このようなキャリヤの数は印加電圧（電位差）と共に増加することが認められるであろう。本発明による構成においては、そうでなければ第１のチャンネルの衝撃イオン化閾値に到達するであろうキャリヤの少なくとも一部は、二次導電チャンネルに迂回され、衝撃イオン化及び暴走傾向が相応に低減されると考えられる。

二次導電チャンネルは、一般的に、一次チャンネルと同じ有利な特性、例えばスイッチング速度を示さないので、本発明による特定のトランジスタに対するエネルギレベルの正確な選択は、速度と大きな衝撃イオン化の開始との間の妥協点を表すことになることが理解されるであろう。それでも、二次チャンネルのない従来技術の装置と比較すると、同じ程度の衝撃イオン化に関して印加電圧を大きくすることによりスイッチング速度の改善を得ること、及び／又は、例えば従来技術の装置の衝撃イオン化が許容できなくなった電圧での衝撃イオン化に対する脆弱性の低減を得ることが可能である。

図９は、本発明によるトランジスタの量子井戸領域で発生し得るエネルギレベルを示す。一次導電チャンネル３５における電子は、そのチャンネルのエネルギゼロを量Ｅ₁だけ超えるそのチャンネルの第１のサブ帯域３４（フェルミレベル）よりも低いレベルを占めることはできない。同様に、隣接する二次導電チャンネル３７における電子は、そのチャンネルのエネルギゼロを量Ｅ₁’だけ超えるチャンネル３７の第１のサブ帯域３６よりも低いレベルを占めることはできない。すなわち、領域３５における有効バンドギャップは、Ｅｇ（実効値）＝Ｅｇ＋Ｅ₁によって与えられる。

好ましくは、導電チャンネルの材料は、０．７５ｅＶよりも大きくなく、より好ましくは、０．６ｅＶよりも大きくなく、更に好ましくは、０．５ｅＶよりも大きくなく、最も好ましくは、０．４ｅＶよりも大きくない有効バンドギャップＥｇを有する。
一次及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセットは、ΔＥ_C（実効値）＝ΔＥ_C＋Ｅ₁’−Ｅ₁によって与えられ、ただし、ΔＥ_Cは、チャンネルの絶対エネルギゼロ間の差である。また、有効衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」（実効値）＝Ｅｇ＋Ｅ₁＝Ｅｇ（実効値）である。有効値については、エネルギレベル及びエネルギ差に関する特定の説明にある後述の参考文献を読むべきである。

特に、性能と衝撃イオン化に対する脆弱性とにおける妥協点のために、ΔＥ_C（実効値）が衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」（実効値）に比較的近くなるように準備することが現時点では好ましい。特に、「ＩＩＴ」（実効値）とΔＥ_C（実効値）との間の差は、０．５Ｅｇ（実効値）よりも大きくなく、より好ましくは、０．２５Ｅｇ（実効値）よりも大きくなく、更に好ましくは、０．１２５Ｅｇ（実効値）よりも大きくなく、最も好ましくは、０．０５Ｅｇ（実効値）よりも大きくないことが好ましい。

「ＩＩＴ」（実効値）−ΔＥ_C（実効値）という差は正であってもよく、その場合は、「ＩＩＴ」よりも小さいエネルギを有するより高いエネルギのキャリヤは、性能は落ちるが衝撃イオン化の回避が改善された二次チャンネルに迂回されることになり、又は、その差は負であってもよく、その場合は、二次チャンネルの占有の前にいくらかの衝撃イオン化が発生し得るが、それは、単に許容可能な程度までであって、一次チャンネルの優れた特性を十分に使用してのことである。上述で示唆したように、現時点では、「ＩＩＴ」（実効値）とΔＥ_C（実効値）を十分に合わせることは、良好な又は最良の妥協であると考えられる。すなわち、ΔＥ_C（実効値）の好ましい値を定める代替方法は、「ＩＩＴ」（実効値）とΔＥ_C（実効値）との差が０．４ｅＶよりも大きくなく、より好ましくは、０．３ｅＶよりも大きくなく、更に好ましくは、０．２ｅＶよりも大きくなく、最も好ましくは、０．１ｅＶよりも大きくないとすることである。ここでもまた、差の符号は、先に概説したように性能に影響することになる。

本発明は、二次チャンネルが好ましくはトランジスタのゲートから一次チャンネルの反対側に１つだけ設けられたトランジスタを含むが、２つの二次チャンネルを設けると、高エネルギキャリヤが占める更なるスペースをもたらす。実施形態の１つの形においては、２つの二次導電チャンネルは、等しい厚みである。
本発明の更なる特徴及び利点は、特許請求の範囲を熟読し、添付図面に関連して為される以下のより詳細で具体的な本発明の実施形態の説明を読めば読者に明らかになるであろう。

図面において適切な場合は、同じ参照符号を同じ特徴について使用する。
図４は、図１の「ＦＥＴ」とほぼ類似であるが本発明に従って構成された「ＦＥＴ」を通して取られた図式的な概略垂直断面を示す。相違点として、量子井戸領域８は、図２の単一の均質層５に対して、ここでは異なる材料による複数の層２１、２２、及び２３で構成されている。中央層２２は、図２の層５と類似のものであり、一次導電チャンネルをもたらすが、ここでは、二次導電チャンネルをもたらす層２１及び２３によっていずれの側も制限されている。これらは、エネルギが層２２の衝撃イオン化閾値にほぼ等しい導電帯エッジを有する、層２２よりも大きいバンドギャップを有する材料で形成される。層２１及び２３の材料のバンドギャップは、層６及び７よりも小さい。任意的に、電極層１０は、誘電体層が下に置かれるか、又は公知の方法によりショットキーダイオードの形態である。
層２１及び２３は、（ａ）等しい厚みであり、（ｂ）同じ材料であり、及び（ｃ）同じバンドギャップを有することが好ましいが、これらの特徴は、いずれも厳密に必要なものではない。

図４の線Ｂ−Ｂに沿ったバンドギャップの分布を図５に示す。層２１及び２３の材料は、導電帯がレベル２６から始まるバンドギャップ２４を有し、バンドギャップと導電帯エッジのマグニチュードは、中央層２２と層６及び７の最も広いバンドギャップ材料とのマグニチュードの中間である。層２１及び２３の衝撃イオン化閾値は、２８で示されている。
このように形成された量子井戸領域８は、一次導電チャンネル２７及び隣接する二次導電チャンネル２５を含むことが分るであろう。ＩｎＳｂベース「ＦＥＴ」の場合、ひずみ及び量子化効果が含まれないと、バンドギャップ１４、２４、及び１５は、一般的に、０．１７８、０．４４５、及び０．７７３ｅＶという値をそれぞれ有する。ひずみ及び量子化効果が含まれていると、有効バンドギャップ１４、２４、及び１５は、一般的に、２０ｎｍ幅の一次井戸に対して０．２２０、０．５５９、及び０．８７２ｅＶという値をそれぞれ有する。

使用時には、キャリヤは、初めは本質的に一次導電チャンネル２７に閉じ込められる。ソース及びドレーン電極間の電位差を大きくする時に、電極のキャリヤエネルギは、衝撃イオン化閾値１７に近づく。しかし、エネルギが導電帯２６のレベルを超えた状態で、キャリヤはまた、より高い衝撃イオン化閾値を有する二次チャンネル２５を占めることができる。この結果、衝撃イオン化が低減される。一次チャンネル２７と等しい幅を有する２つのチャンネル２５が存在する場合、衝撃イオン化の低減は約１／３である。図２のように、バンドギャップが大きい層６及び７は、量子井戸領域８内に電子を継続して閉じ込める。

二次チャンネル２５は、より大きなバンドギャップ材料で作られ、従って一次チャンネルに対してかなり低い電子移動度を有するが、それでも良好な電子速度を有することができる。低い電界では全ての電子は一次チャンネル２７に入ったままであるから、チャンネル２５内の低い電界移動度は、トランジスタの効率的な機能にそれほど重要ではない。
一次チャンネルのそれぞれの側に二次チャンネルを有することは、好ましいことであるが必要なことではない。層２１及び２３の一方又は他方を省くことができ、その場合、井戸は、残りの二次チャンネルとゲートの間に位置することが好ましい。しかし、単一の二次チャンネルでは、相応の衝撃イオン化の増加がある。

エネルギレベルのプロットは、量子井戸に関して必ずしも対称形を成すとは限らない。すなわち、図５において、例えば２つのレベル２６は等しいと図示されているが、それらは、量子井戸が実質的に一方の側で広くなり、次に他方でキャリヤ励起が増加するように異なっていてもよい。
更に、任意の二次チャンネルと基板又は基板層との間に、増加する導電帯レベルなどを有する１つ又はそれ以上の（連続的）三次チャンネルを設けることができ、従って、それらは、キャリヤの励起の増加に伴って量子井戸の幅がますます大きくなることを可能にする時の二次チャンネルと類似の方法で作用する。ここでもまた、このようにして与えられた追加のエネルギレベルは、量子井戸の両側に三次チャンネルが設けられた時と同じか又は異なるとすることができる。

本発明によるトランジスタに関して、Ｖ_Dに対するＩ_Dのプロットを図６に示す。比較的急な勾配を成している初期線形領域２９の後に、飽和領域３０は、衝撃イオン化が少ないために従来技術の装置よりも高いＶ_D値まで延びて、より大きな作動範囲をもたらす。
基本的な発明について以上説明したが、更なる改良及び利点を予想することができる。例えば、チャンネルドーピング原子を周囲のチャンネル区域２１及び２３に入れれば、そこの移動度が低減する傾向があり、衝撃イオン化によるチャンネルコンダクタンスの増加を更に相殺することになる負のチャンネルコンダクタンス効果をもたらし、より信頼性のある（すなわち、勾配の小さい）出力特性を有する装置を作製することになる。

図７は、図４のものと類似であるが、高バンドギャップ層の厚みが制限され、それらの外面が低バンドギャップ３３領域３１及び３２によって境界を付けられたという点で修正されたトランジスタの井戸領域を示す。単に一例として、領域３１及び３２は、同じバンドギャップを用いて領域２１及び２３と同じ材料で作ることができる。このような例に対する対応するバンドギャップ分布を図８に示す。ひずみ又は量子化効果が含まれていないＩｎＳｂベース「ＦＥＴ」に対しては、バンドギャップ１４、１５、２４、及び３３は、一般的に、０．１７８、０．７７３、０．４４５、及び０．４４５ｅＶという値をそれぞれ有する。ひずみ又は量子化効果が含まれていると、有効バンドギャップ１４、１５、２４、及び３３は、一般的に、２０ｎｍ幅の一次井戸に対して０．２２０、０．８７２、０．５５９、及び０．５５９ｅＶという値をそれぞれ有する。

本発明による「ＦＥＴ」の井戸領域８の一例においては、図７に概略的に示すように、２００Å厚の中央一次導電チャンネル２７（２２）は、非ドープアンチモン化インジウムであり、最も外側の領域３１及び３２も形成するＩｎ_0.85Ａｌ_0.15Ｓｂの２００Å厚の二次導電チャンネル２５（２３、２３）によって境界が付けられている。２００Å厚の高バンドギャップ領域６及び７は、Ｉｎ_0.70Ａｌ_0.30Ｓｂである。これは、次に、Ｉｎ_0.85Ａｌ_0.15Ｓｂの格子定数においてひずみが均衡した構造を形成する。全ての場合において層は名目上非ドープであるが、いずれかの種類の意図的でないドープを含む場合があることに注意すべきである。チャンネルのドープは、中央井戸の上方及び／又は下方に置かれた層をδドープすることにより、又は、ｎ型構造の任意の部分をドープすることによりもたらすことができる。

正孔が衝撃イオン化処理で生成される時、それらは、ソースの下に集まる傾向があり、それによって上述の一般的に狭いバンドギャップの装置に発生するキンク効果を生じる。この効果は、本発明によるトランジスタにおいて、例えば、正孔がソース接点で除去されるように正孔を価電子帯に閉じ込めることにより、及び／又は、正孔が除去のためにトランジスタの背後に向かって優先的に移動することになるように配置したバック接点を設けることにより緩和又は回避することができる。

従来技術の量子井戸「ＦＥＴ」を通して取られた理想化された概略垂直断面図である。 図１の「ＦＥＴ」の線Ａ−Ａに沿って切り取られたバンドギャップエネルギ図である。 雪崩降伏効果を示す従来の「ＦＥＴ」のドレーン電圧Ｖ_Dの関数としてのドレーン電流Ｉ_Dのグラフである。 本発明による量子井戸「ＦＥＴ」の第１の概略実施形態を通して取られた理想化された概略部分垂直断面図である。 線Ｂ−Ｂに沿って切り取られた図３の「ＦＥＴ」のバンドギャップエネルギ図である。 雪崩降伏の抑制を示す図５の「ＦＥＴ」のドレーン電圧Ｖ_Dの関数としてのドレーン電流Ｉ_Dのグラフである。 本発明による量子井戸「ＦＥＴ」の第２の実施形態の井戸領域を通して取られた、図４よりも詳細な理想化された概略部分垂直断面図である。 線Ｃ−Ｃに沿って切り取られた図７の「ＦＥＴ」のバンドギャップエネルギ図である。 量子化効果を含む、量子井戸の有効バンドギャップを示す図である。

符号の説明

８ 量子井戸領域
１４ 有効バンドギャップ
１５ 有効バンドギャップ
１７、２８ 衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」
２５ 二次導電チャンネル
２７ 一次導電チャンネル

Claims (17)

1. 量子井戸が、一次導電チャンネルと、該一次チャンネルの直近にあって接触し、該一次チャンネルの有効バンドギャップＥｇ（実効値）よりも大きい有効バンドギャップを有する少なくとも１つの二次導電チャンネルとによって形成され、
   有効衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」（実効値）と前記一次及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセットΔＥ_C（実効値）との間の差の絶対値が、０．５Ｅｇ（実効値）よりも大きくない、
   ことを特徴とする量子井戸電界効果トランジスタ。
2. 前記絶対値は、０．２５Ｅｇ（実効値）よりも大きくないことを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ。
3. 量子井戸が、一次導電チャンネルと、該一次チャンネルの直近にあって接触し、該一次チャンネルの有効バンドギャップＥｇ（実効値）よりも大きい有効バンドギャップを有する少なくとも１つの二次導電チャンネルとによって形成され、
   有効衝撃イオン化閾値「ＩＩＴ」（実効値）と前記一次及び二次チャンネル間の有効導電帯オフセットΔＥ_C（実効値）との間の差の絶対値が、０．４ｅＶよりも大きくない、
   ことを特徴とする量子井戸電界効果トランジスタ。
4. 前記絶対値は、０．３ｅＶよりも大きくないことを特徴とする請求項３に記載のトランジスタ。
5. 前記差は、正であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のトランジスタ。
6. 前記差は、負であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトランジスタ。
7. 前記一次チャンネルの材料の前記バンドギャップは、０．７５ｅＶよりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のトランジスタ。
8. 前記二次導電チャンネルは、前記一次チャンネルのいずれかの側に設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトランジスタ。
9. 前記一次チャンネルのゲートから反対側の単一の前記二次導電チャンネルを含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトランジスタ。
10. 前記量子井戸は、少なくとも１つの三次チャンネルを更に含み、
    少なくとも１つの前記二次チャンネルは、前記一次チャンネルと前記三次チャンネルとの間に位置してそれらに接触し、
    前記三次チャンネルは、それが接触する前記二次チャンネルよりも大きい有効バンドギャップと、それが接触する該二次チャンネルの衝撃イオン化閾値とエネルギがほぼ等しい導電帯エッジとを有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のトランジスタ。
11. 前記一次チャンネルの材料は、その有効バンドギャップＥｇ（実効値）に等しいか又はそれ以上の有効導電帯オフセットΔＥ_C（実効値）を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のトランジスタ。
12. 前記一次チャンネルは、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓ_1-yＳｂ_y、Ｉｎ_1-xＧａ_xＳｂ、又はＩｎ_1-xＧａ_xＡｓから形成されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のトランジスタ。
13. 前記量子井戸は、両側が高バンドギャップ材料によって制限されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のトランジスタ。
14. 前記量子井戸の一方又は両方の側において、前記高バンドギャップ材料の外側は、より低いバンドギャップ材料に接触することを特徴とする請求項１３に記載のトランジスタ。
15. チャンネルドーピングが、前記二次チャンネルにもたらされることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のトランジスタ。
16. 正孔がソース接点での除去のために価電子帯井戸に閉じ込められるように構成されたことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のトランジスタ。
17. 正孔の除去のための基板接点が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のトランジスタ。

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