JPH03224243A - Velocity modulation transistor - Google Patents

Velocity modulation transistor

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JPH03224243A
JPH03224243A JP8253190A JP8253190A JPH03224243A JP H03224243 A JPH03224243 A JP H03224243A JP 8253190 A JP8253190 A JP 8253190A JP 8253190 A JP8253190 A JP 8253190A JP H03224243 A JPH03224243 A JP H03224243A
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JP
Japan
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layer
channel
electrode
modulation transistor
channel layer
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JP8253190A
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Japanese (ja)
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Minoru Sawada
稔 澤田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase velocity modulation effect by forming a first barrier layer, a first channel layer, a second channel layer, etc., on a semiinsulative substrate, and making the electron affinity of the second channel layer larger than that of the first channel layer. CONSTITUTION:On a semiinsulating GaAs substrate 1 the following are firstly formed; a GaAs layer 2, an N-type AlGaAs layer 3 (first barrier layer), an N-type GaAs layer 4 (first channel layer), an AlGaAs layer 5 (second barrier layer), an InGaAs layer 6 (second channel layer), etc. After an N-type AlGaAs layer 7 (third barrier layer) doped with Si and an N-type GaAs layer 8 doped with Si are formed in order, a part of the layer 8 is eliminated, thereby forming a gate, electrode (control electrode) 9 on the exposed layer 7. A source electrode (input electrode) 10 and a drain electrode (output electrode) 11 are formed on the layer 8. In addition to the film thickness control of a channel layer, the electron affinity of the layer 6 is made larger than that of the layer 4, thereby increasing velocity modulation effect at a room temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は速度変調トランジスタに関し、特に二重量子井
戸構造を利用巳な速度変調トランジスタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial Application Field The present invention relates to a speed modulation transistor, and more particularly to a speed modulation transistor that utilizes a double quantum well structure.

(ロ)従来の技術 ヘテロ接合トランジスタにおいては、電子供給層である
広い禁止帯幅の半導体と電子の高移動が可能な狭い禁止
帯幅の半導体が接合することにより形成されるヘテロ界
面の該狭い禁止帯幅の半導体側をチャネルとし、このチ
ャネルを流れる電子の濃度を調整することによりスイッ
チングを行なっている。従って、電子の充放電の時間が
該ヘテロ接合トランジスタの動作速度を決定する。
(b) Conventional technology In a heterojunction transistor, a narrow heterojunction interface is formed by joining a semiconductor with a wide bandgap, which is an electron supply layer, and a semiconductor with a narrow bandgap, which allows high electron mobility. The semiconductor side of the forbidden band width is used as a channel, and switching is performed by adjusting the concentration of electrons flowing through this channel. Therefore, the time of charging and discharging electrons determines the operating speed of the heterojunction transistor.

この速度制限を克服するために、従来、電子の速度を調
整することにより、スイッチングを行なうヘテロ接合ト
ランジスタが提案されている(H,5akaki;Jp
n、J、、Appl、Phys、  21 (1982
) L381参照)。
To overcome this speed limitation, heterojunction transistors have been proposed that perform switching by adjusting the speed of electrons (H, 5akaki; Jp.
n, J., Appl, Phys, 21 (1982
) See L381).

このへテロ接合トランジスタは速度変調トランジスタと
呼ばれており、不純物濃度の異なる2つのチャネル層に
形成される2つのへテロ接合と2つのへテロ接合を挟み
込む形の2つのゲート電橿を備えたものである。そして
、前記ゲート電極のゲートバイアスを変化させることに
よってキャリアの流れるチャネルを変えることができる
This heterojunction transistor is called a speed modulation transistor and is equipped with two heterojunctions formed in two channel layers with different impurity concentrations and two gate wires sandwiching the two heterojunctions. It is something. The channel through which carriers flow can be changed by changing the gate bias of the gate electrode.

ゲートバイアス(ΔVg)に対するチャネルコンブタン
スの変化(ΔG)は ΔG ” Q /l +llΔN + q NΔμ−7
て与えられる。ここで、qはキャリアの電荷、〆1..
.はキャリアの移動度、ΔNはキャリア濃度の変fヒ分
、Δメle、、はキャリア移動度の変化分を表ノフ ず
つ この従来技術では2つのゲート電極が必要であン、しか
ら、その一方は該速度変調トランジスタの内部に設ける
必要がある。
The change in channel conbutance (ΔG) with respect to the gate bias (ΔVg) is ΔG ” Q /l +llΔN + q NΔμ−7
given. Here, q is the charge of the carrier, 〆1. ..
.. is the carrier mobility, ΔN is the change in carrier concentration, and ΔMele is the change in carrier mobility. One must be provided inside the speed modulation transistor.

そこで、1つのゲート電極で上述と同様の動作が可能な
速度変調トランジスタが提案されている(奥野他;第5
0回応用物理学会学術講演会予稿集(1989)106
8参照)。
Therefore, a speed modulation transistor that can operate in the same way as described above with one gate electrode has been proposed (Okuno et al., Vol. 5).
Proceedings of the 0th Japan Society of Applied Physics Academic Conference (1989) 106
8).

第3図はこの1つのゲート電極を備えた速度変調トラン
ジスタの概略断面図である。以下にこの速度変調トラン
ジスタの製造方法を説明する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of this speed modulation transistor with one gate electrode. A method of manufacturing this speed modulation transistor will be explained below.

半絶縁性G a A S基板31−himGaAs層3
2、n型のAlGaAs層3;3、n型のGaAs層3
4、AlGaAs層35、GaAs層36、n型の、A
 I G a A s層37、及びn型のG a 、A
 s層38を順次形成する。その後、n型のGaAs層
38の一部分を除去することにより露出されたn型のA
lGaAs層37上にゲート電極39を形成し、n型の
G a 、A s層38上にソース電極40及びドレイ
ンを極41を形成する二とにより1つのデー)!極を備
えた速度変調トランジスタが完成する。なお、GaAs
層36の膜厚をn型のGaAs層34のそれよりも大き
くしている。
Semi-insulating GaAs substrate 31-himGaAs layer 3
2. n-type AlGaAs layer 3; 3. n-type GaAs layer 3
4, AlGaAs layer 35, GaAs layer 36, n-type, A
IGaAs layer 37, and n-type Ga, A
The s-layer 38 is sequentially formed. Thereafter, by removing a portion of the n-type GaAs layer 38, the exposed n-type A
A gate electrode 39 is formed on the lGaAs layer 37, and a source electrode 40 and a drain electrode 41 are formed on the n-type Ga, As layer 38. A velocity modulation transistor with poles is completed. In addition, GaAs
The thickness of the layer 36 is made larger than that of the n-type GaAs layer 34.

この速度変調トランジスタは二種類のチャネル層(Ga
As層34.36)を障壁層(、AlGaAs層35)
で隔てた構造を採り、ゲートバイアスを印加しない状態
では、GaAs層34中で最も低い量子準位(第1準位
)゛はGaAs層36中で最も低い量子準位(第2準位
)より高いので、該トランジスタ中で最も低い量子準位
の電子は広い井戸幅(膜厚)のチャネル層(G a A
 s層3(5に局在し、該トランジスタ中で2番目に低
い量子$位の電子は狭い井戸幅のチャネル層(GaA 
s 讐:(−11に局在する。また、この速度変調トラ
ンジスタでは、狭い井戸幅のチャネル層(GaAs層3
4)にのみSiをドープしているので、この狭い井戸幅
のチャネル層内の電子移動度が広い井戸幅のチャネル層
内のそれよりも低くなる。
This speed modulation transistor has two types of channel layers (Ga
As layer 34, 36) as barrier layer (, AlGaAs layer 35)
When a gate bias is not applied, the lowest quantum level (first level) in the GaAs layer 34 is lower than the lowest quantum level (second level) in the GaAs layer 36. Therefore, the electrons at the lowest quantum level in the transistor are transferred to the channel layer (G a A ) with a wide well width (film thickness).
The electrons localized in the s layer 3 (5) and having the second lowest quantum $ in the transistor are located in the channel layer (GaA
s enemy: (localized at -11. Also, in this velocity modulation transistor, the channel layer with a narrow well width (GaAs layer 3
Since Si is doped only in 4), the electron mobility in the channel layer with the narrow well width is lower than that in the channel layer with the wide well width.

而って2.A I G a A s層37上のゲート電
極39に負のゲートバイアスを印加することにより、電
子の流れるチャネルを電子移動度の高い広い井戸幅のチ
ャネル層から電子移動度の低い狭い井戸幅のチャネル層
に変えることで、スイッチングを行なうことができる。
So 2. By applying a negative gate bias to the gate electrode 39 on the AIGaAs layer 37, the channel through which electrons flow is changed from a channel layer with a wide well width with high electron mobility to a channel layer with a narrow well width with low electron mobility. By changing to the channel layer, switching can be performed.

すなわち、広い井戸幅のチャネル層にゲートバイアスを
印加することにより、第1準位が第2準位より低くなる
ことを利用してスイッチングを行なうことができる。
That is, by applying a gate bias to a channel layer having a wide well width, switching can be performed by utilizing the fact that the first level becomes lower than the second level.

(ハ)発明が解決しようとする課題 従来、2つのチャネル音とも禁止帯幅は同一であるt2
層ともG a A、s層)ため、ゲートバイアスを印加
しない状態で:!、第1準位が第2$位より高いために
、G a As層の膜厚を適当に制御していたが、これ
で得られる第1準位と第2$位の間のエネルギー差には
限界がある。
(c) Problems to be Solved by the Invention Conventionally, the forbidden band width for both channel sounds is the same t2
Both layers are G a A, s layers), so without applying gate bias:! Since the first level is higher than the second level, the thickness of the GaAs layer was appropriately controlled, but the resulting energy difference between the first level and the second level has its limits.

すなわち、第3図の速度変調トランジスタでは、第1準
位と第2準位の間のエネルギー差(約0.1e〜′)が
小さいため、室温おいてゲートバイアスを印加しない状
態では、2つのチャネル層内に電子が存在し、速度変調
効果が小さいという問題がある。
In other words, in the speed modulation transistor shown in Fig. 3, the energy difference between the first level and the second level (approximately 0.1e~') is small, so when no gate bias is applied at room temperature, the two There is a problem in that electrons exist in the channel layer and the velocity modulation effect is small.

本発明は上記問題に鑑で為された乙のであり、従来に比
して速度変調効果が大きい速度変調トランジスタを提供
しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and is intended to provide a speed modulation transistor that has a greater speed modulation effect than conventional transistors.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明は、半絶縁性基板上に形成された第1の障壁層と
、前記第1の障壁層上に形成された第1のチャネル層と
、前記第1のチャネル層上に形成された第2の障壁層と
、前記第2の障壁層上に形成された第2のチャネル層と
、前記第2のチャネル層上に形成された第3の障壁層と
、前記第3の障壁層上に形成された入出力を極及び制御
電極と、からなり、前記第2のチャネル層の禁止帯幅が
前記第1のチャネル層のそれよりも小さいことを特徴と
する速度変調トランジスタである。
(d) Means for Solving the Problems The present invention provides a first barrier layer formed on a semi-insulating substrate, a first channel layer formed on the first barrier layer, and a first barrier layer formed on the semi-insulating substrate. a second barrier layer formed on the first channel layer, a second channel layer formed on the second barrier layer, and a third barrier layer formed on the second channel layer. and an input/output pole and a control electrode formed on the third barrier layer, and the forbidden band width of the second channel layer is smaller than that of the first channel layer. This is a speed modulation transistor.

(ホ)作 用 本発明によれば、チャネル層の膜厚の制御に加えて、第
2のチャネル層の禁止帯幅を第1のチャネル層のそれよ
りも小さくすることによっても第1準位と第2準位の間
のエネルギー差を得ることができるので、室温において
ゲートバイアスを卵子しない状態での第1のチャネル層
に電子が存在する確率は従来に比して低くなる。
(e) Effect According to the present invention, in addition to controlling the film thickness of the channel layer, the first level can also be improved by making the forbidden band width of the second channel layer smaller than that of the first channel layer. Since the energy difference between the first channel layer and the second level can be obtained, the probability that electrons exist in the first channel layer at room temperature and without applying a gate bias is lower than in the past.

(へ)実施例 第1図(a)は本発明の第1の実施例の速度変調トラン
ジスタの概略断面図である。以下にこの速度変調トラン
ジスタの製造方法を説明する。
(F) Embodiment FIG. 1(a) is a schematic sectional view of a speed modulation transistor according to a first embodiment of the present invention. A method of manufacturing this speed modulation transistor will be explained below.

半絶縁性GaAs基板(半絶縁性基板)l上にGaAs
層2、Siをドープしたll型のAlGaAs層(第1
の障壁層)3、Siをドープしたn型のG a A s
層(第1のチャネル層)4、AtG a A s層(第
2の障壁層>5、I nGaAs層(第2のチャネル層
)(In松成比0.25)6、S】をドープしたn型の
AlGaAs層(第3の障壁層=AI組成比0.3)7
、及びSlをドープしたn型のGaAs層8を順次形成
する。
GaAs on a semi-insulating GaAs substrate (semi-insulating substrate)
Layer 2, Si-doped ll-type AlGaAs layer (first
barrier layer) 3, Si-doped n-type GaAs
layer (first channel layer) 4, AtGaAs layer (second barrier layer > 5, InGaAs layer (second channel layer) (In pine ratio 0.25) 6, doped with S] n-type AlGaAs layer (third barrier layer = AI composition ratio 0.3) 7
, and an n-type GaAs layer 8 doped with Sl are successively formed.

その後、n型のGaAs層8の一部分を除去することに
より露出されたn型の、へ1GaAs層7上にゲート電
極(制御1を極)9を形成し、n型のG a 、A s
層8上にソース電極r入力電極)10及びドレイン電極
(出力電極)11を形成することにより本発明の第1の
実施例の速度変調トランジスタが完成する。ここで、G
 a A s 層4の禁止帯幅Egは約1.42eV、
InGaAs層6の禁止帯幅Egは約1.08eVとな
る。なお、GaAs層4の膜厚を70人、I nGaA
s層6の膜厚を100人とした。
Thereafter, a gate electrode (control 1 is the pole) 9 is formed on the n-type GaAs layer 7 exposed by removing a part of the n-type GaAs layer 8, and the gate electrode 9 is formed on the n-type GaAs layer 7.
By forming a source electrode (r input electrode) 10 and a drain electrode (output electrode) 11 on layer 8, the speed modulation transistor of the first embodiment of the present invention is completed. Here, G
a A s The forbidden band width Eg of layer 4 is approximately 1.42 eV,
The forbidden band width Eg of the InGaAs layer 6 is approximately 1.08 eV. Note that the thickness of the GaAs layer 4 is 70 mm, InGaA
The film thickness of the s-layer 6 was set to 100 layers.

斯様な速度変調トランジスタのゲート電極9にバイアス
V gを印加せずに、ソース電極10とドレイン電極1
1間に直流電圧を印加した状態のゲート直下の伝導帯バ
ンド構造は第2図(a)に示す如くなる。この図からし
明らかなように、電子はI n G a A s層6中
を流れており、電子移動度は80000m’、・vsと
大きく、これは速度変調トランジスタのON状態に相当
する。なお、図中の数値は計算により求めた概算値であ
る。
Without applying a bias V g to the gate electrode 9 of such a speed modulation transistor, the source electrode 10 and the drain electrode 1
The conduction band structure directly under the gate when a DC voltage is applied between 1 and 1 is as shown in FIG. 2(a). As is clear from this figure, electrons are flowing in the InGaAs layer 6, and the electron mobility is as large as 80000 m',·vs, which corresponds to the ON state of the velocity modulation transistor. Note that the numerical values in the figure are approximate values obtained by calculation.

また、上述の状態において、ゲート電極9にバイアスv
 gを印加すると、ゲート直下の伝導帯バンド構造は第
2図(b)に示す如くなる。この図からも明らかなよう
に、バイアスVgにより生じるt界及びトンネリング効
果により、電子はInG a 、A s層6からGaA
s層4に高速で移動し、電子はGaAs層4中を流れる
が、GaAs層4はSlがドープされているので、電子
移動度は2000cm”7VSと小さく、これは速度変
調トランジスタのOFF状態に相当する。
Further, in the above state, the gate electrode 9 is biased with v
When g is applied, the conduction band structure directly under the gate becomes as shown in FIG. 2(b). As is clear from this figure, electrons are transferred from the InGa and As layers 6 to the GaA due to the t field and tunneling effect caused by the bias Vg.
Electrons move to the S layer 4 at high speed and flow through the GaAs layer 4, but since the GaAs layer 4 is doped with Sl, the electron mobility is small at 2000 cm"7VS, which is the OFF state of the velocity modulation transistor. Equivalent to.

上述の如く、本発明の速度変調トランジスタのスイッチ
ング時間は電子がI nGaAs層6からG a 、A
 s層4に移動する時間で決まり、この時間は電子の充
放電に要する時間に比して小さい。また、第tie位と
第2準位とのエネルギー差は約0 、22 e Vとな
り、i$3図で示した従来技術のエネルギー差約0.1
eVを大幅に上回る。つまフ、本発明の速度変調トラン
ジスタは室温での速度変調効果が従来技術に比して大き
くなる。
As mentioned above, the switching time of the speed modulation transistor of the present invention is such that electrons are transferred from the InGaAs layer 6 to Ga, A
It is determined by the time taken for electrons to move to the s-layer 4, and this time is smaller than the time required for charging and discharging electrons. Also, the energy difference between the tie level and the second level is about 0.22 eV, which is about 0.1
significantly exceeds eV. However, the speed modulation transistor of the present invention has a greater speed modulation effect at room temperature than that of the prior art.

第1図(b)は本発明の第2の実施例の速度変調トラン
ジスタの概略断面図である。以下にこの速度変調トラン
ジスタの製造方法を説明する。
FIG. 1(b) is a schematic cross-sectional view of a speed modulation transistor according to a second embodiment of the present invention. A method of manufacturing this speed modulation transistor will be explained below.

半絶縁性InP基板(半絶縁性基板)15上にI nG
aAs層16、Siをドープしたn型の1nAIAs層
(第1の障壁層)17、Siをドープしたn型のI n
 G a A 1 、A s層(第1のチャネル層)1
8、InAlAs層(第2の障壁層)19、InGaA
s層(第2のチャネル層)(In組成比0.53)20
.Siをドープしたn型のI n A I A s層(
第3の障壁層)(In組成比0.32)21、及びSl
をドープしたn型のI nGaAs層22を順次形成す
る。その後、n型のI nGaAs層22の一部分を除
去することにより露出されたn型のInAlAsnGa
As層21上!(制御電極)23を形成し、n型のI 
n G a AS層22上にソース1を極(入力電極)
21及びドレ、イン電極(出力電極)25を形成するこ
とによI)本発明の第2の実施例の速度変調トランジス
タが完成する。
InG on a semi-insulating InP substrate (semi-insulating substrate) 15
aAs layer 16, Si-doped n-type 1n AIAs layer (first barrier layer) 17, Si-doped n-type In
G a A 1 , A s layer (first channel layer) 1
8. InAlAs layer (second barrier layer) 19. InGaA
s layer (second channel layer) (In composition ratio 0.53) 20
.. Si-doped n-type InAIAs layer (
third barrier layer) (In composition ratio 0.32) 21, and Sl
An n-type InGaAs layer 22 doped with is sequentially formed. Thereafter, by removing a portion of the n-type InGaAs layer 22, the exposed n-type InAlAsnGa
Above As layer 21! (control electrode) 23 is formed, and an n-type I
Source 1 is placed on the n Ga AS layer 22 (input electrode)
By forming 21 and drain and in electrodes (output electrodes) 25, I) the speed modulation transistor of the second embodiment of the present invention is completed.

ここで、InGaAlAs層18の禁止帯幅Egは約1
.’1OeV、r−n G a A 8層20の禁止帯
幅Egは約0.75e〜′となる。なお、InGaAl
As層18の膜厚を70人、InGaAs層20の膜厚
を100人としたつ 斯様な速度変調)・ランジスタのゲーht極23にバイ
アスVgを印加せずに、ソースを極24とドレイン電極
25間に直流電圧を印加すると、電子はI nGaAs
層20中を流れ、電子移動度は11000cm”、/v
 sと大きく、これは速度変調トランジスタのON#、
態に相当する。
Here, the forbidden band width Eg of the InGaAlAs layer 18 is approximately 1
.. '1 OeV, the forbidden band width Eg of the rn Ga A 8 layer 20 is about 0.75e~'. In addition, InGaAl
Such velocity modulation is performed when the thickness of the As layer 18 is 70 mm and the thickness of the InGaAs layer 20 is 100 mm. When a DC voltage is applied between the electrodes 25, electrons are transferred to InGaAs
flows through the layer 20, the electron mobility is 11000 cm'', /v
s, which is the ON# of the speed modulation transistor,
corresponds to the state of

また、上述の状態において、ゲート電極23にバイアス
〜“gを印加すると、バイアスVgにより生じる電界及
びトンネリング効果により、電子はI n G a A
 8層20からInGaAlAs層18に高速で移動し
、電子はI nGaA IAsAs層中8中れるが、I
 n G a 、A I A 5層18はSlがドープ
されているので、電子移動度は1000cm ’ /〜
・Sと小さく、これは速度変調トランジスタのOFF状
態に相当する。
In addition, in the above-mentioned state, when a bias ~'g is applied to the gate electrode 23, electrons are transferred to I n Ga A due to the electric field and tunneling effect generated by the bias Vg.
The electrons move from the InGaAlAs layer 18 from the InGaAlAs layer 18 at high speed, and the electrons enter the InGaA IAs layer 8, but the I
Since the n Ga, A I A 5 layer 18 is doped with Sl, the electron mobility is 1000 cm'/~
- Small as S, which corresponds to the OFF state of the speed modulation transistor.

上述の如く、本発明の速度変調トランジスタのスイッチ
ング時間は電子がI n G a A s 層20から
I n G a A l A 5層18に移動する時間
で決まり、この時間は電子の充放電に要する時間に比し
て小さい。また、第1準位と第2準位とのエネルギー差
は約0.25 e〜′となり、これは第1の実施例より
も大きく、かつ、InGaAs層20のIn組成比が第
1の実施例に比して大きいため、第1の実施例に比して
電子移動度も大きい。従って、本発明の第2の実施例の
速度変調トランジスタら室温での速度変調効果が大きく
、しかも、第1の実施例のそれよりも大きい。
As mentioned above, the switching time of the speed modulation transistor of the present invention is determined by the time taken for electrons to move from the InGaAs layer 20 to the InGaAlA 5 layer 18, and this time is determined by the charging and discharging of electrons. It is small compared to the time required. Further, the energy difference between the first level and the second level is about 0.25 e~', which is larger than that of the first embodiment, and the In composition ratio of the InGaAs layer 20 is higher than that of the first embodiment. Since it is larger than the example, the electron mobility is also larger than that of the first example. Therefore, the speed modulation effect of the speed modulation transistor of the second embodiment of the present invention at room temperature is large, and moreover, it is greater than that of the first embodiment.

上述の第1の実施例において、I nGaAs層6のI
n組成比を0.2とした速度変調トランジスタ(サンプ
ルA)の第1基準と第2基準のエネルギー差は0.18
eVとなり、また、In組成比を0.35とした速度変
調トランジスタ(サンプルB)の第1準位と第2準位の
エネルギー差は約0.29eVヒなる。
In the first embodiment described above, I of the InGaAs layer 6
The energy difference between the first and second standards of the speed modulation transistor (sample A) with an n composition ratio of 0.2 is 0.18
eV, and the energy difference between the first level and second level of the velocity modulation transistor (sample B) with an In composition ratio of 0.35 is about 0.29 eV.

二t1からI nGaAs層のIn[成比を大きく、す
なわち、禁止帯幅を小さくしていくに従い第1準位と第
2$位のエネルギー差が大きくなることが理解できる。
It can be seen from 2t1 that as the In ratio of the InGaAs layer increases, that is, as the forbidden band width decreases, the energy difference between the first level and the second level increases.

室温での動作のみを考慮すると、I nGaAs層6の
In\組成比を大きくすることが望ましい。
Considering only the operation at room temperature, it is desirable to increase the In\composition ratio of the InGaAs layer 6.

Lか−ながら、I n G a 、A s壱6のIn組
成比を大きくすると、A I G a、A s層5との
格子歪が大きくなることに起因する転位が発生し、電子
移動度が低下する。
However, when the In composition ratio of the In Ga, As layer 5 is increased, dislocations occur due to the increased lattice strain with the Al Ga, As layer 5, and the electron mobility decreases. decreases.

電子移動度は、サンプルAでは76 Q Ocm’、/
%’−5、サンプルBて”は4000cm’、/v−s
とな〕、第1準位と第2準位のエネルギー差のみを考J
、ゼしてIn組成比を大きくすると、大幅に電子移#′
J度が低下する。
The electron mobility in sample A is 76 Q Ocm', /
%'-5, Sample B' is 4000cm', /v-s
], consider only the energy difference between the first and second levels.
, and increasing the In composition ratio, the electron transfer #'
J degree decreases.

以下では、この電子移動度を低下させることなく大きい
第1準位と第2準位のエネルギー差を得ることができる
速度変調トランジスタについて説明する。
Below, a speed modulation transistor that can obtain a large energy difference between the first level and the second level without reducing the electron mobility will be described.

第4図は本発明の第3の実施例の速度変調トランジスタ
の概略断面図であり、第1の実施例と同一部位には同一
符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a speed modulation transistor according to a third embodiment of the present invention, and the same parts as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

第3の実施例が第1の実施例と異なる点は、I nGa
As層6に代えて、4分子層のInGaAs層(In組
成比0,5)と2分子層のGaAs層を交互に積層した
超格子膜を用いたところにある。本実施例では、超格子
膜を6層のInGaAs層と5層のGaAs層(合計膜
厚95入りで構成した。この超格子膜のIn組成比(I
n平均組成比)は0.35となるが、該超格子膜は、A
lGaAs層5との格子不整合による転位の発生を抑制
する能力に優れているので、電子移動度は、8600 
cm”、/v、 sとなる。これかられカルように、I
 nGaAs層を超格子膜に代えることにより、格子歪
による転位の発生が抑制され、電子移動度を低下させる
ことなく、大きい第1準位と第2準位のエネルギー差(
約0.29e’v−)を得ることができる。
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that InGa
In place of the As layer 6, a superlattice film is used in which four-molecular layers of InGaAs layers (In composition ratio 0.5) and two-molecular layers of GaAs layers are alternately laminated. In this example, the superlattice film was composed of 6 InGaAs layers and 5 GaAs layers (total thickness 95%).The In composition ratio of this superlattice film (I
n average composition ratio) is 0.35, but the superlattice film has A
It has an excellent ability to suppress the generation of dislocations due to lattice mismatch with the lGaAs layer 5, so the electron mobility is 8600.
cm”, /v, s. From now on, like Cal, I
By replacing the nGaAs layer with a superlattice film, the generation of dislocations due to lattice strain is suppressed, and a large energy difference between the first and second levels (
approximately 0.29 e'v-) can be obtained.

尚、斯様な速度変調トランジスタのゲート電極9にバイ
アスVgを印加せずに、ソースを極10とドレイン電極
11間に直流電圧を印加した状態のデート直下の伝導帯
バンド構造は第5図に示す如くなる。
The structure of the conduction band immediately below the date when the bias Vg is not applied to the gate electrode 9 of such a speed modulation transistor and a DC voltage is applied between the source pole 10 and the drain electrode 11 is shown in Figure 5. It will be as shown.

また、超格子膜としてはI nGaAsとGa、A s
の組み合わせの他1 nAsとG a A sの組み合
わせでもよいし、また、第2の実施例のInGaAs層
20に代えて超格子膜を用いても、電子移動度を低下さ
せることな(、大きい第1準位と第2準位のエネルギー
差を得ることができる。
In addition, as superlattice films, InGaAs, Ga, As
In addition to the combination of 1nAs and GaAs, a superlattice film may be used in place of the InGaAs layer 20 of the second embodiment without reducing the electron mobility (, The energy difference between the first level and the second level can be obtained.

また、上述の各実施例において、層2.8.16.22
は必ずしも必要なものではなく適宜膜ければよい。また
、層7.21はノンドープとしてもよい。
In addition, in each of the above embodiments, layer 2.8.16.22
is not necessarily necessary and may be an appropriate film. Also, layer 7.21 may be non-doped.

(ト)発明の効果 本発明は以上の説明から明らかなように、第1準位と第
2準位の間のエネルギー差を大きくすることができるの
で、室温での速度変調効果を大きくすることができる。
(G) Effects of the Invention As is clear from the above description, the present invention can increase the energy difference between the first level and the second level, thereby increasing the velocity modulation effect at room temperature. I can do it.

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

第1図(a )(b )及び第4図は本発明の実施例の
速度変調トランジスタの概略断面図、第2図(a)(b
)及び第5図は伝導帯バンド構造を示す図、第3図は従
来の速度変調トランジスタの概略断面図である。 1・・・半絶縁性G a r〜S基板、2・・・GaA
s層、3−AIGaAs層、4−n型のGaAs層、5
−=AIGaAs層、6 ・−I n G a A s
層、12・超格子膜、15・・・半絶縁性InP基板、
16・・InGaAs層、17−InAIAs層、18
・・・n型のI n G a A l 、A s層、1
9 ・・I n A I A s層、20 ・−1n 
G a A s層、9.23−・・ゲート電極、10.
24・・・ソース電極、II、25・・・ドレイン電極
1(a)(b) and 4 are schematic cross-sectional views of a speed modulation transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2(a)(b)
) and FIG. 5 are diagrams showing the conduction band structure, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional velocity modulation transistor. 1... Semi-insulating Ga r~S substrate, 2... GaA
s layer, 3-AIGaAs layer, 4-n type GaAs layer, 5
-=AIGaAs layer, 6 ・-I n Ga As
layer, 12. superlattice film, 15... semi-insulating InP substrate,
16...InGaAs layer, 17-InAIAs layer, 18
... n-type I n G a A l , As layer, 1
9 ・・I n A I As layer, 20 ・−1n
GaAs layer, 9.23--gate electrode, 10.
24... Source electrode, II, 25... Drain electrode.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半絶縁性基板上に形成された第1の障壁層と、前
記第1の障壁層上に形成された第1のチャネル層と、前
記第1のチャネル層上に形成された第2の障壁層と、前
記第2の障壁層上に形成された第2のチャネル層と、前
記第2のチャネル層上に形成された第3の障壁層と、前
記第3の障壁層上に形成された入出力電極及び制御電極
と、からなり、前記第2のチャネル層の禁止帯幅が前記
第1のチャネル層のそれよりも小さいことを特徴とする
速度変調トランジスタ。
(1) A first barrier layer formed on a semi-insulating substrate, a first channel layer formed on the first barrier layer, and a second barrier layer formed on the first channel layer. a second barrier layer formed on the second barrier layer, a third barrier layer formed on the second channel layer, and a second barrier layer formed on the third barrier layer. A speed modulation transistor comprising input/output electrodes and control electrodes, wherein the second channel layer has a band gap smaller than that of the first channel layer.
(2)前記第2のチャネル層は超格子膜であることを特
徴とする請求項(1)に記載の速度変調トランジスタ。
(2) The speed modulation transistor according to claim 1, wherein the second channel layer is a superlattice film.
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