JPH04354164A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JPH04354164A
JPH04354164A JP15575591A JP15575591A JPH04354164A JP H04354164 A JPH04354164 A JP H04354164A JP 15575591 A JP15575591 A JP 15575591A JP 15575591 A JP15575591 A JP 15575591A JP H04354164 A JPH04354164 A JP H04354164A
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JP
Japan
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layer
carrier
effect transistor
field effect
insulating
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Application number
JP15575591A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Funato
健次 船戸
Ryuichi Ugajin
宇賀神 隆一
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a field effect transistor which is suitable for high-speed operation or room-temperature operation by modulating the speed of carriers. CONSTITUTION:An n-type AlGaAs layer 3 is formed on a GaAs substrate 1 so that a heterojunction interface can be obtained and an insulating area 2 is formed so as to divide the first carrier running layer into sections at a position near the heterojunction interface 1a side of the substrate 1. In addition, a gate electrode 4 is formed for selecting the carrier running layer. The second carrier running layer is formed with a gate bias at a part after crossing the insulating area 2. Therefore, such a semiconductor state as an HEMT is formed, because the running of electrons is not disturbed by the insulating area. When the first carrier running layer is selected with the gate bias, an insulated state is set, because the running of electrons is disturbed by the insulating area 2.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はキャリア走行層を選択す
る電界効果型トランジスタに関し、特に速度変調電界効
果トランジスタの如きキャリア移動度の異なるキャリア
走行層を選択して高速動作が行われる電界効果型トラン
ジスタに関する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a field effect transistor in which a carrier transport layer is selected, and particularly to a field effect transistor in which high-speed operation is performed by selecting carrier transport layers having different carrier mobilities, such as a velocity modulation field effect transistor. Regarding transistors.

【0002】0002

【従来の技術】一般に電界効果型トランジスタは、ゲー
トバイアスを変化させ、ソース・ドレイン間のキャリア
濃度を変化させることで、gm(相互コンダクタンス)
を得ている。この種のトランジスタでは、電子(若しく
は正孔)がソース・ドレイン間のチャネルの両端部の間
を走行することでゲートオンの状態となり、高速動作の
ためには電子がその両端部の間を走行する走行時間を短
くすることが必要とされるが、微細加工の限界からその
高速動作には限界がある。
[Prior Art] In general, a field effect transistor has gm (mutual conductance) by changing the gate bias and changing the carrier concentration between the source and drain.
I am getting . In this type of transistor, the gate is turned on by electrons (or holes) traveling between both ends of the channel between the source and drain, and for high-speed operation, electrons must travel between the ends. Although it is necessary to shorten the travel time, there is a limit to high-speed operation due to the limitations of microfabrication.

【0003】そこで、従来の電界効果型トランジスタと
は異なる概念の動作速度が電子等の走行速度に依存しな
い電界効果型トランジスタが考えられており、その1つ
として、速度変調型トランジスタ(VMT;veloc
ity−modulation transistor
)が挙げられる。すなわち、一般にトランジスタでは、
電流Iは、チャネル幅w、シートキャリア濃度nS 、
移動度μ、単位電荷eをそれぞれ乗じたもので表される
が、従来の電界効果型トランジスタでは、移動度μ自体
の変化はない。ところが質量変調型の如き速度変調型ト
ランジスタでは、移動度μが有効質量の変化に応じて変
化し、例えば特開平2−97028号公報では、ゲート
バイアスによってキャリアの有効質量の異なるチャンネ
ルを切り換え、デバイスを動作させる機構が開示されて
いる。
[0003] Therefore, field-effect transistors, which have a concept different from conventional field-effect transistors and whose operating speed does not depend on the traveling speed of electrons, etc., have been considered, and one such field-effect transistor is a velocity modulation transistor (VMT; veloc
ity-modulation transistor
). In other words, in general, in a transistor,
The current I is the channel width w, the sheet carrier concentration nS,
It is expressed by multiplying the mobility μ by the unit charge e, but in conventional field effect transistors, the mobility μ itself does not change. However, in velocity modulation type transistors such as mass modulation type transistors, the mobility μ changes according to changes in effective mass. A mechanism for operating the is disclosed.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報記
載の質量変調型の電界効果型トランジスタでは、チャネ
ル領域に傾斜基板などを利用しながら縦型超格子構造を
形成する必要があり、その製造が容易ではない。また、
前記速度変調型トランジスタの中には、低温域でのみH
EMT並みの高速動作が可能であり、室温動作に適さな
いデバイスもある。
However, in the mass modulation type field effect transistor described in the above-mentioned publication, it is necessary to form a vertical superlattice structure using a tilted substrate in the channel region, and the manufacturing process is difficult. It's not easy. Also,
Some of the speed modulating transistors have H
There are also devices that can operate at high speeds comparable to EMTs, but are not suitable for room temperature operation.

【0005】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、室温においても確実に動作して高速動作や高gmが
実現され、その製造上も有利な電界効果型トランジスタ
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned technical problems, it is an object of the present invention to provide a field effect transistor that operates reliably even at room temperature, achieves high speed operation and high gm, and is advantageous in manufacturing. shall be.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の電界効果型トランジスタは、第1のキャ
リア走行層と第2のキャリア走行層を有し、ゲートバイ
アスによりこれら第1又は第2のキャリア走行層が選択
される電界効果型トランジスタであって、前記第1のキ
ャリア走行層中に絶縁領域が存在することを特徴とする
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a field effect transistor of the present invention has a first carrier transit layer and a second carrier transit layer, and a gate bias is applied to the first carrier transit layer. Or a field effect transistor in which a second carrier transport layer is selected, characterized in that an insulating region is present in the first carrier transport layer.

【0007】ここで、前記絶縁領域は第1のキャリア走
行層中に単数若しくは複数個設けることができ、当該キ
ャリア走行層を分割し或いは当該キャリア走行層中に突
出したポテンシャル障壁として機能する。この絶縁領域
はシリコン酸化膜や窒化膜等の絶縁物を埋め込んだ構造
とすることもでき、空隙によるものであっても良い。キ
ャリア走行層を走行方向で複数に分断するように前記絶
縁領域を形成した場合では、前記ゲートバイアスによっ
てチャネルに電流が流れる半導体状態と、チャネルに電
流が流れない絶縁体状態とが選択される。各キャリア走
行層は、バンドギャップの異なる層同士のヘテロ接合界
面に形成することができる。
[0007] Here, one or more insulating regions can be provided in the first carrier transit layer, and function as a potential barrier that divides the carrier transit layer or protrudes into the carrier transit layer. This insulating region may have a structure in which an insulator such as a silicon oxide film or a nitride film is buried, or may be formed by a void. In the case where the insulating region is formed so as to divide the carrier traveling layer into a plurality of parts in the traveling direction, a semiconductor state in which a current flows through the channel and an insulating state in which no current flows in the channel are selected by the gate bias. Each carrier traveling layer can be formed at a heterojunction interface between layers having different band gaps.

【0008】本発明の電界効果型トランジスタの一例に
おいては、ゲートバイアスによりこれら第1又は第2の
キャリア走行層が選択される構造に加えて、その第1の
キャリア走行層中に絶縁領域が存在し、第2のキャリア
走行層は少なくとも一部にキャリア走行方向に対して垂
直方向に量子閉じ込めを行う構造とされる。
In one example of the field effect transistor of the present invention, in addition to the structure in which the first or second carrier transit layer is selected by a gate bias, an insulating region is present in the first carrier transit layer. However, the second carrier traveling layer has a structure in which at least a portion thereof performs quantum confinement in a direction perpendicular to the carrier traveling direction.

【0009】また、本発明にかかる他の一例においては
、ゲートバイアスによりこれら第1又は第2のキャリア
走行層が選択される構造に加えて、その第1のキャリア
走行層中に絶縁領域が存在し、第2のキャリア走行層は
キャリア走行方向に沿ってトンネルバリアが存在して超
格子ミニバンドが形成される構造とされる。
In another example of the present invention, in addition to the structure in which the first or second carrier transit layer is selected by a gate bias, an insulating region is present in the first carrier transit layer. However, the second carrier traveling layer has a structure in which a tunnel barrier exists along the carrier traveling direction and a superlattice mini-band is formed.

【0010】0010

【作用】ゲートバイアスによりキャリアの走行が選択さ
れる第1のキャリア走行層と第2のキャリア走行層の中
、第1のキャリア走行層には絶縁領域が形成される。 従って、第1のキャリア走行層では絶縁領域によってキ
ャリア走行が妨害され実質的に移動度が零であり、第2
のキャリア走行層側に切り替わった時に電流が流れる。 そのゲートバイアスによる走行層の選択は、従来の電界
効果型トランジスタのようにソース・ドレインに電子等
を落とす必要がないことから、高速に応答し、その結果
、高速なスイッチングがなされる。
[Operation] An insulating region is formed in the first carrier traveling layer between the first carrier traveling layer and the second carrier traveling layer in which the traveling of carriers is selected by a gate bias. Therefore, in the first carrier traveling layer, carrier traveling is obstructed by the insulating region and the mobility is substantially zero, and in the second
Current flows when switching to the carrier transport layer side. Selection of the traveling layer by the gate bias does not require electrons to be dropped into the source and drain as in conventional field effect transistors, so it responds quickly and, as a result, performs high-speed switching.

【0011】第2のキャリア走行層がその少なくとも一
部に走行方向に垂直な方向での量子閉じ込めを行う構造
とされる電界効果型トランジスタでは、キャリアの運動
方向が限定されて、例えば走行層をアンドープとするこ
とで不純物に伴うクーロン散乱の影響を著しく低減でき
る。このため高いキャリア移動度を得ることができる。
[0011] In a field effect transistor in which the second carrier transport layer has a structure in which quantum confinement is carried out in at least a portion of the second carrier transport layer in a direction perpendicular to the transport direction, the direction of movement of carriers is limited, so that, for example, the transport layer is By making it undoped, the influence of Coulomb scattering caused by impurities can be significantly reduced. Therefore, high carrier mobility can be obtained.

【0012】また、第2のキャリア走行層を、キャリア
走行方向に沿ってトンネルバリアが存在し超格子ミニバ
ンドが形成される構造とする場合では、いわゆる量子細
線構造とすることも可能となり、光学フォノンのエネル
ギーに比べて超格子ミニバンド幅が小さく且つミニギャ
ップの幅が広い時に、室温付近で支配的な光学フォノン
による散乱が抑制される。このためバリステックなキャ
リアの伝導が実現される。
In addition, when the second carrier traveling layer has a structure in which a tunnel barrier exists along the carrier traveling direction and a superlattice miniband is formed, it is possible to form a so-called quantum wire structure, and optical When the superlattice mini-bandwidth is small compared to the phonon energy and the mini-gap width is wide, scattering by optical phonons, which is dominant near room temperature, is suppressed. Therefore, ballistic carrier conduction is realized.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0014】〔第1の実施例〕本実施例はAlGaAs
/GaAsを用いた電界効果型トランジスタの例である
。そのチャネル付近の断面構造を図1に示す。アンドー
プのGaAs基体1上にブロック状に複数の絶縁領域2
が形成されている。この絶縁領域2はGaAs基体1の
ヘテロ接合されたヘテロ接合面1aからそれぞれ深さd
1 程度埋め込まれてなり、平面上およそ一定の間隔L
1 を空けて配置されている。絶縁領域2はシリコン酸
化膜等の絶縁材料からなる。なお、図示を省略している
が、アンドープのGaAs基体1の下部には、通常のH
EMT同様にバッファ層を介して半絶縁性GaAs基板
等を配することができる。
[First Example] In this example, AlGaAs
This is an example of a field effect transistor using /GaAs. Figure 1 shows the cross-sectional structure near the channel. A plurality of insulating regions 2 are arranged in blocks on an undoped GaAs substrate 1.
is formed. This insulating region 2 has a depth d from the heterojunction surface 1a of the GaAs substrate 1.
1. It is embedded at approximately a constant interval L on the plane.
They are arranged with 1 space between them. The insulating region 2 is made of an insulating material such as a silicon oxide film. Although not shown in the drawing, there is a normal H
Similar to EMT, a semi-insulating GaAs substrate or the like can be placed via a buffer layer.

【0015】前記GaAs基体1の各ヘテロ接合面1a
上には、電子供給層としてのn−AlGaAs層3がそ
れぞれ形成される。GaAs基体1とn−AlGaAs
層3では、n−AlGaAs層3の方がバンドギャップ
が広く、その結果、GaAs基体1とn−AlGaAs
層3のヘテロ接合面1aのGaAs基体1側には、2次
元電子ガス(2DEG)層が形成される。従って、本実
施例はこのヘテロ接合面1a部分ではHEMTデバイス
と同様の構成を有する。
Each heterojunction surface 1a of the GaAs substrate 1
An n-AlGaAs layer 3 as an electron supply layer is formed thereon. GaAs substrate 1 and n-AlGaAs
In the layer 3, the n-AlGaAs layer 3 has a wider bandgap, and as a result, the GaAs substrate 1 and the n-AlGaAs
A two-dimensional electron gas (2DEG) layer is formed on the GaAs substrate 1 side of the heterojunction surface 1a of the layer 3. Therefore, this embodiment has a configuration similar to that of a HEMT device at this heterojunction surface 1a portion.

【0016】n−AlGaAs層3の上面は、絶縁領域
2と同じ高さの面とされ、その面にゲート電極4が形成
される。このゲート電極4は例えばAl等により構成さ
れる。このゲート電極4に供給されるゲートバイアスを
変化させることで、2次元電子ガスの領域が変化し、第
1の電子走行層と第2の電子走行層の間の走行層の選択
がなされる。
The upper surface of the n-AlGaAs layer 3 is at the same height as the insulating region 2, and a gate electrode 4 is formed on that surface. This gate electrode 4 is made of, for example, Al. By changing the gate bias supplied to the gate electrode 4, the region of the two-dimensional electron gas is changed, and a transit layer between the first electron transit layer and the second electron transit layer is selected.

【0017】図2は本実施例の電界効果型トランジスタ
の模式的な平面図である。略矩形状のゲート電極4の下
部がチャネル領域とされるが、そのチャネル領域を分断
するように複数の絶縁領域2が設けられている。各絶縁
領域2はそれぞれ斜線領域で示すようにゲート幅に亘る
長辺を有し、キャリア(電子)の走行方向であるゲート
長方向にチャネル領域を複数に分断している。一対の絶
縁領域2の間の領域には、n−AlGaAs層3がそれ
ぞれ形成され、このn−AlGaAs層3とその下部の
GaAs基体1との間のヘテロ接合面にキャリア走行層
としての2次元電子ガス層が形成される。
FIG. 2 is a schematic plan view of the field effect transistor of this embodiment. The lower part of the substantially rectangular gate electrode 4 serves as a channel region, and a plurality of insulating regions 2 are provided to divide the channel region. Each insulating region 2 has a long side spanning the gate width, as shown by the hatched region, and divides the channel region into a plurality of regions in the gate length direction, which is the traveling direction of carriers (electrons). An n-AlGaAs layer 3 is formed in each region between the pair of insulating regions 2, and a two-dimensional carrier transport layer is formed on the heterojunction surface between the n-AlGaAs layer 3 and the GaAs substrate 1 below. An electron gas layer is formed.

【0018】ソース領域5とドレイン領域6は、キャリ
ア走行方向の両端部に形成される。ソース領域5とドレ
イン領域6には、図示しないオーミックメタルが被着さ
れ、合金処理される。そして、これらソース領域5とド
レイン領域6の間の電流がゲート電極4に供給される電
圧によって変化する。
The source region 5 and drain region 6 are formed at both ends in the carrier traveling direction. An ohmic metal (not shown) is deposited on the source region 5 and the drain region 6, and alloyed thereon. The current between these source region 5 and drain region 6 changes depending on the voltage supplied to gate electrode 4.

【0019】次に、図3と図4及び図5の(a)と(b
)を参照しながら、本実施例の電界効果型トランジスタ
の動作について説明する。
Next, (a) and (b) of FIGS. 3, 4, and 5
), the operation of the field effect transistor of this example will be explained.

【0020】まず、図3は電子走行層の様子を示す図で
あるが、ゲートバイアスが零(Vg=0)で第1のキャ
リア走行層が選択されている状態に相当する図である。 図3中、点線C1 が2次元電子ガスの領域を示してお
り、この点線C1 のヘテロ接合面1a側の領域に電子
が蓄積される。この状態では、点線C1 は各n−Al
GaAs層3のヘテロ接合面について形成されているが
、絶縁領域2によってソース・ドレイン間では連続した
ものとならず、該絶縁領域2によりキャリア走行方向で
分断されている。これはヘテロ接合面1a付近に形成さ
れる第1のキャリア走行層が、大きなポテンシャル障壁
として機能して、電子の通過を妨げるためであり、全体
として絶縁状態となる。
First, FIG. 3 is a diagram showing the state of the electron transit layer, and corresponds to a state where the gate bias is zero (Vg=0) and the first carrier transit layer is selected. In FIG. 3, a dotted line C1 indicates a region of two-dimensional electron gas, and electrons are accumulated in a region of this dotted line C1 on the heterojunction surface 1a side. In this state, the dotted line C1 indicates each n-Al
Although it is formed on the heterojunction surface of the GaAs layer 3, the source and drain are not continuous due to the insulating region 2, but are separated in the carrier traveling direction by the insulating region 2. This is because the first carrier transit layer formed near the heterojunction surface 1a functions as a large potential barrier and prevents the passage of electrons, resulting in an insulating state as a whole.

【0021】図5の(a)は絶縁状態時のヘテロ接合面
1a近傍のポテンシャル図であり、曲線P3 がn−A
lGaAs層3に対応したバンドのポテンシャル曲線で
あり、曲線P1 がGaAs基体1に対応したハンドの
ポテンシャル曲線である。ヘテロ接合面1aには三角の
ポテンシャルの井戸ができ、そこに閉じ込められて2次
元電子ガス(2DEG)が形成される。この2次元電子
ガスは、絶縁領域2に進む場合には、無限大のポテンシ
ャルP2 に阻まれ、該絶縁領域2を透過することがで
きず、結局、当該電界効果型トランジスタは絶縁状態を
示すことになる。
FIG. 5(a) is a potential diagram near the heterojunction surface 1a in an insulating state, and the curve P3 is n-A.
This is a band potential curve corresponding to the lGaAs layer 3, and the curve P1 is a hand potential curve corresponding to the GaAs substrate 1. A triangular potential well is formed at the heterojunction surface 1a, and a two-dimensional electron gas (2DEG) is formed within the triangular potential well. When this two-dimensional electron gas advances to the insulating region 2, it is blocked by the infinite potential P2 and cannot pass through the insulating region 2, and as a result, the field effect transistor exhibits an insulating state. become.

【0022】次に、図4は電子走行層の様子を示す図で
あるが、ゲートバイアスがマイナス(Vg<0)で第2
のキャリア走行層が選択されている状態に相当する図で
ある。図4中、点線C2 が2次元電子ガスの領域を示
し、点線C2 は絶縁領域2の底部で互いに連続した1
つの線となる。この状態では、各n−AlGaAs層3
の下部だけではなく、絶縁領域2の下部もキャリア走行
層の一部として機能し、ソース・ドレイン間で連続した
キャリア走行層となることから、ドレイン電流が流れる
ことになる。すなわち、ゲートバイアスによってGaA
s基体1の深い位置にキャリア走行層が形成され、その
結果、2次元電子ガスによる動作が行われる。このよう
に絶縁領域2の下部にもチャネルが形成されることで、
素子は半導体(HEMT)の状態となる。
Next, FIG. 4 is a diagram showing the state of the electron transport layer, and when the gate bias is negative (Vg<0), the second
FIG. 3 is a diagram corresponding to a state in which a carrier traveling layer of is selected. In FIG. 4, the dotted line C2 indicates the two-dimensional electron gas region, and the dotted line C2 indicates the two-dimensional electron gas region.
It becomes two lines. In this state, each n-AlGaAs layer 3
Not only the lower part of the insulating region 2 but also the lower part of the insulating region 2 functions as a part of the carrier transport layer, and since the carrier transport layer is continuous between the source and drain, a drain current flows. That is, depending on the gate bias, GaA
A carrier traveling layer is formed at a deep position in the s-substrate 1, and as a result, operation by two-dimensional electron gas is performed. By forming a channel also under the insulating region 2 in this way,
The element becomes a semiconductor (HEMT) state.

【0023】図5の(b)は半導体状態時のヘテロ接合
面1a近傍のポテンシャル図であり、曲線p3 がn−
AlGaAs層3に対応したバンドのポテンシャル曲線
であり、曲線p1 がGaAs基体1に対応したハンド
のポテンシャル曲線である。ゲートバイアスVgがマイ
ナス(<0)であるため、2次元電子ガス(2DEG)
は基体1の深い部分まで拡がった分布をする。その結果
、ヘテロ接合面1aよりも深さd1 だけ深い位置に設
けられている絶縁領域2の底部に相当した無限大ポテン
シャルの端部P2 を越えて、2次元電子ガス(2DE
G)がはみ出し、そのはみ出し部分epaが他の分断さ
れた部分と連結してソース・ドレイン間が導通状態とな
る。この時、トランジスタはオンとなり、ドレイン電流
が流れることになる。
FIG. 5(b) is a potential diagram near the heterojunction surface 1a in a semiconductor state, where the curve p3 is n-
This is a band potential curve corresponding to the AlGaAs layer 3, and the curve p1 is a hand potential curve corresponding to the GaAs substrate 1. Since the gate bias Vg is negative (<0), two-dimensional electron gas (2DEG)
The distribution extends deep into the substrate 1. As a result, the two-dimensional electron gas (2DE
G) protrudes, and its protruding portion ep a connects with other divided portions, resulting in conduction between the source and drain. At this time, the transistor is turned on and drain current flows.

【0024】この構造の電界効果型トランジスタは、ゲ
ートバイアスが零の場合の絶縁状態と、ゲートバイアス
がマイナスの場合の半導体(HEMT)状態が高速に切
り換えられることになり、高gm化や高速動作が実現さ
れる。また、本実施例の電界効果型トランジスタは、傾
斜基板等を用いずに、絶縁領域により実質的に零移動度
の走行層を得ているため、製造上も便宜である。
[0024] A field effect transistor with this structure can rapidly switch between an insulating state when the gate bias is zero and a semiconductor (HEMT) state when the gate bias is negative, making it possible to achieve high gm and high-speed operation. is realized. Furthermore, the field effect transistor of this embodiment is convenient in terms of manufacture because it obtains a running layer with substantially zero mobility from the insulating region without using a tilted substrate or the like.

【0025】〔第2の実施例〕本実施例は量子細線(結
合量子箱)の構造を有する電界効果型トランジスタの例
であり、図6に示すチャネル構造を有する。
[Second Embodiment] This embodiment is an example of a field effect transistor having a quantum wire (coupled quantum box) structure, and has a channel structure shown in FIG.

【0026】図6はチャネル付近の断面構造を示す図で
ある。本実施例の電界効果型トランジスタは、アンドー
プのGaAs基体21を用いており、その表面には複数
の絶縁領域22がキャリア走行方向である図中X方向に
チャネルを分断するように形成されている。各絶縁領域
22は断面略矩形状とされ、その構造を1次元の結合量
子箱アレイ構造とする場合、各絶縁領域22は図面に垂
直な方向にチャネル幅を横断するように延在され、その
構造を2次元の結合量子箱アレイ構造とする場合、各絶
縁領域22はマトリクス状に配列される複数の量子箱を
それぞれ囲むように基体主面に平行な面でX方向及びそ
れに垂直な方向に延在されて所謂碁盤目状に配される。
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure near the channel. The field effect transistor of this example uses an undoped GaAs substrate 21, and a plurality of insulating regions 22 are formed on its surface so as to divide the channel in the X direction in the figure, which is the carrier traveling direction. . Each insulating region 22 has a substantially rectangular cross section, and when the structure is a one-dimensional coupled quantum box array structure, each insulating region 22 extends across the channel width in a direction perpendicular to the drawing, and its structure is a one-dimensional coupled quantum box array structure. When the structure is a two-dimensional coupled quantum box array structure, each insulating region 22 is formed in a plane parallel to the main surface of the substrate in the X direction and in a direction perpendicular thereto so as to surround a plurality of quantum boxes arranged in a matrix. They are extended and arranged in a so-called grid pattern.

【0027】各絶縁領域22の間の部分では、第1の実
施例と同様に、絶縁領域22の底面よりも高い位置にG
aAs基体21の界面が設けられ、その界面がヘテロ接
合面21aとなるように、該界面にはn−AlGaAs
層23が積層される。このn−AlGaAs層23はH
EMT構造の電子供給層として機能し、ヘテロ接合面2
1aのGaAs基体21側にチャネル層が形成される。
In the portion between each insulating region 22, as in the first embodiment, G is provided at a position higher than the bottom surface of the insulating region 22.
An interface of the aAs substrate 21 is provided, and n-AlGaAs is provided at the interface so that the interface becomes a heterojunction surface 21a.
Layer 23 is laminated. This n-AlGaAs layer 23 has H
It functions as an electron supply layer of the EMT structure, and the heterojunction surface 2
A channel layer is formed on the GaAs substrate 21 side of 1a.

【0028】ここで、n−AlGaAs層23及び絶縁
領域22のサイズについて着目とすると、断面中、電子
の走行方向のn−AlGaAs層23のサイズがL3 
とされ、絶縁領域22の電子の走行方向のサイズがL2
 とされる。ここで、サイズL3 とL2 を加えた距
離は、およそ電子の量子力学的波長(ド・ブロイ波長)
λe と同程度に短いものとされ、電子の閉じ込め効果
が現れる。 一例としては、サイズL3 +L2 が100Å程度と
され、L3 とL2 がおよそ50Å程度とされる。本
実施例を2次元マトリクス状に配列された結合量子箱ア
レイ構造とする場合では、図6に垂直な方向に関しても
、同様のサイズで絶縁領域22とn−AlGaAs層2
3にかかる領域が繰り返され、図の断面に垂直な方向に
関しても電子の閉じ込め効果が得られる。
Now, focusing on the size of the n-AlGaAs layer 23 and the insulating region 22, the size of the n-AlGaAs layer 23 in the electron travel direction in the cross section is L3.
The size of the insulating region 22 in the electron travel direction is L2
It is said that Here, the distance obtained by adding the sizes L3 and L2 is approximately the quantum mechanical wavelength (de Broglie wavelength) of the electron.
It is assumed to be as short as λe, and an electron confinement effect appears. For example, the size L3 +L2 is about 100 Å, and L3 and L2 are about 50 Å. When this embodiment has a coupled quantum box array structure arranged in a two-dimensional matrix, the insulating region 22 and the n-AlGaAs layer 2 have the same size in the direction perpendicular to FIG.
3 is repeated, and an electron confinement effect can be obtained also in the direction perpendicular to the cross section of the figure.

【0029】このような結合量子箱構造の本実施例のト
ランジスタは、絶縁領域22の表面とn−AlGaAs
層23の表面が略同一の平面とされ、その表面にアルミ
ニューム系金属膜等からなるゲート電極層24が形成さ
れる。このゲート電極層24はチャネル領域全体をカバ
ーするように形成され、当該ゲート電極層24に供給さ
れるゲートバイアスによって、ゲートのオン・オフが制
御される。
In the transistor of this embodiment having such a coupled quantum box structure, the surface of the insulating region 22 and the n-AlGaAs
The surfaces of the layer 23 are substantially the same plane, and a gate electrode layer 24 made of an aluminum-based metal film or the like is formed on the surface. This gate electrode layer 24 is formed to cover the entire channel region, and the on/off of the gate is controlled by a gate bias supplied to the gate electrode layer 24.

【0030】前記絶縁領域22の下部には、それぞれト
ンネルバリアとして機能するためのアンドープのAlG
aAs層25が形成される。このアンドープのAlGa
As層25は絶縁領域22のサイズL2 と同程度とさ
れ、当該アンドープのAlGaAs層25を介して両端
の量子箱は量子力学的な結合関係とされる。
Underneath the insulating regions 22, undoped AlG is provided to function as a tunnel barrier.
An aAs layer 25 is formed. This undoped AlGa
The size of the As layer 25 is approximately the same as the size L2 of the insulating region 22, and the quantum boxes at both ends are quantum mechanically coupled via the undoped AlGaAs layer 25.

【0031】このような構造を有する本実施例の電界効
果型トランジスタは、第1の実施例と同様に、ゲートバ
イアスが零の状態で、ヘテロ接合面21aの付近にのみ
チャネルが形成され、そのチャネルは絶縁領域22によ
って区分されるため、ゲートオフの状態すなわち絶縁状
態となる。また、ゲートバイアスが負の状態では、ヘテ
ロ接合面21aのチャネル領域が基体の深い部分にまで
拡がって第2のキャリア走行層であるアンドープのAl
GaAs層25を含む面まで拡がることになり、アンド
ープのAlGaAs層25でトンネルしながら電子が走
行することになる。特に、この際には、アンドープのA
lGaAs層25のトンネルバリアによる超格子ミニバ
ンドが形成され、そのミニバンドの幅が光学フォノンの
エネルギー(最小値)よりも小さくされ、同時にそのミ
ニギャップが光学フォノンのエネルギー(最大値)より
も大きくされることで、光学フォノンによる散乱が著し
く抑制されることになる。一般に、光学フォノンは室温
等における移動度を決める重要な因子であり、光学フォ
ノンによる散乱を抑制することで、バリスティックな伝
導現象により極めて高い電子移動度が室温程度において
実現されることになる。この本実施例の電界効果型トラ
ンジスタにおいても、ゲートバイアスの変化に応じて高
速なスイッチングが行われ、高速動作がなされることは
第1の実施例と同様である。
In the field effect transistor of this embodiment having such a structure, a channel is formed only in the vicinity of the heterojunction surface 21a when the gate bias is zero, as in the first embodiment. Since the channel is divided by the insulating region 22, it is in a gate-off state, that is, an insulating state. In addition, when the gate bias is negative, the channel region of the heterojunction surface 21a expands to the deep part of the substrate, forming an undoped Al layer that is the second carrier transit layer.
This spreads to the surface including the GaAs layer 25, and electrons travel while tunneling through the undoped AlGaAs layer 25. In particular, in this case, undoped A
A superlattice mini-band is formed by the tunnel barrier of the lGaAs layer 25, and the width of the mini-band is made smaller than the optical phonon energy (minimum value), and at the same time, the mini-gap is made larger than the optical phonon energy (maximum value). By doing so, scattering by optical phonons is significantly suppressed. Generally, optical phonons are an important factor that determines mobility at room temperature, etc., and by suppressing scattering by optical phonons, extremely high electron mobility can be achieved at around room temperature due to ballistic conduction phenomena. Also in the field effect transistor of this embodiment, high-speed switching is performed in response to changes in gate bias, and high-speed operation is achieved, as in the first embodiment.

【0032】〔第3の実施例〕本実施例は、第1のキャ
リア走行層と第2のキャリア走行層における移動度の違
いの傾向と、各走行層のキャリア濃度の傾向を合わせた
構造の電界効果型トランジスタの例であり、第1及び第
2の実施例とはゲートとチャネルの位置関係が逆とされ
る例である。
[Third Example] This example is based on a structure that combines the tendency of the difference in mobility between the first carrier traveling layer and the second carrier traveling layer and the tendency of the carrier concentration of each traveling layer. This is an example of a field effect transistor, and is an example in which the positional relationship between the gate and the channel is reversed from the first and second embodiments.

【0033】まず、図7に本実施例の電界効果型トラン
ジスタの断面構造を示す。例えば半絶縁性のGaAs基
板31上に、複数の絶縁領域32が電子の走行方向であ
る図中X方向に互いに離間して形成されている。これら
絶縁領域32は、X方向に垂直な方向にチャネルを横断
するように形成され、それぞれ断面略矩形状とされてい
る。これら絶縁領域32の間には、n−AlGaAs層
33が形成され、このn−AlGaAs層33はHEM
Tデバイスのそれぞれ電子供給層の如き機能をする。n
−AlGaAs層33の高さは、絶縁領域32と同じ高
さではなく、絶縁領域32の方が基板上高い高さで形成
される。なお、絶縁領域32やn−AlGaAs層33
は基板上にバッファ層等を介して形成される構造でも良
い。また、絶縁領域32やn−AlGaAs層33のサ
イズは電子の量子力学的なサイズのものでも良く、結合
量子箱を構成するように各n−AlGaAs層33の量
子ブロックが2次元マトリクス状に配列され、それを絶
縁領域が取り囲むようなような構造とすることも可能で
ある。
First, FIG. 7 shows the cross-sectional structure of the field effect transistor of this embodiment. For example, on a semi-insulating GaAs substrate 31, a plurality of insulating regions 32 are formed spaced apart from each other in the X direction in the figure, which is the traveling direction of electrons. These insulating regions 32 are formed to cross the channel in a direction perpendicular to the X direction, and each has a substantially rectangular cross section. An n-AlGaAs layer 33 is formed between these insulating regions 32, and this n-AlGaAs layer 33 is
Each of the T devices functions as an electron supply layer. n
- The height of the AlGaAs layer 33 is not the same as that of the insulating region 32, but the insulating region 32 is formed at a higher height on the substrate. Note that the insulating region 32 and the n-AlGaAs layer 33
may be formed on the substrate via a buffer layer or the like. Further, the size of the insulating region 32 and the n-AlGaAs layer 33 may be the quantum mechanical size of an electron, and the quantum blocks of each n-AlGaAs layer 33 are arranged in a two-dimensional matrix to form a coupled quantum box. It is also possible to have a structure in which the insulating region surrounds the insulating region.

【0034】前記n−AlGaAs層33と絶縁領域3
2はそれぞれ異なる高さを持つが、その凹凸の面は、ア
ンドープのGaAs層34に表面から埋め込まれる。こ
のアンドープのGaAs層34は、n−AlGaAs層
33よりもバンドギャップが狭くされ、GaAs層34
とn−AlGaAs層33の界面がヘテロ接合面35と
なり、図中点線で示すように、そのヘテロ接合面35の
アンドープのGaAs層34側にゼロバイアス時に電子
ガス層が形成されることになる。このアンドープのGa
As層34の上面は、略平坦な面とされ、その面にアン
ドープのAlGaAs層36が積層される。
The n-AlGaAs layer 33 and the insulating region 3
2 have different heights, but their uneven surfaces are buried in the undoped GaAs layer 34 from the surface. This undoped GaAs layer 34 has a narrower band gap than the n-AlGaAs layer 33, and the GaAs layer 34 has a narrower band gap than the n-AlGaAs layer 33.
The interface between the n-AlGaAs layer 33 and the n-AlGaAs layer 33 becomes a heterojunction surface 35, and as shown by the dotted line in the figure, an electron gas layer is formed on the undoped GaAs layer 34 side of the heterojunction surface 35 at zero bias. This undoped Ga
The upper surface of the As layer 34 is a substantially flat surface, and an undoped AlGaAs layer 36 is laminated on that surface.

【0035】アンドープのAlGaAs層36は、Ga
As層34よりバンドギャップが広くされ、当該アンド
ープのAlGaAs層36とGaAs層34の界面もヘ
テロ接合面37とされる。従って、後述するように、ゲ
ートバイアスに応じてアンドープのAlGaAs層36
側のヘテロ接合面37にも電子ガス層が形成され、ゲー
トオンの状態となる。
The undoped AlGaAs layer 36 is made of Ga
The band gap is made wider than that of the As layer 34, and the interface between the undoped AlGaAs layer 36 and the GaAs layer 34 also serves as a heterojunction surface 37. Therefore, as described later, depending on the gate bias, the undoped AlGaAs layer 36
An electron gas layer is also formed on the side heterojunction surface 37, resulting in a gate-on state.

【0036】このアンドープのAlGaAs層36上に
はゲート電極層38が形成される。このゲート電極層3
8は、後述するように、アンドープのAlGaAs層3
6を介してGaAs層34のポテンシャルを制御する。 ゲート電極層38はチャネル領域を覆うように形成され
る。
A gate electrode layer 38 is formed on this undoped AlGaAs layer 36. This gate electrode layer 3
8 is an undoped AlGaAs layer 3 as described later.
6 to control the potential of the GaAs layer 34. Gate electrode layer 38 is formed to cover the channel region.

【0037】前記GaAs層34の両端には、ソース領
域39とドレイン領域40が形成される。トランジスタ
がオン状態の場合、ソース領域39とドレイン領域40
の間に電流が流れることになる。なお、図中、点線はト
ランジスタがオフの場合のチャネルを模式的に示してお
り、絶縁領域32によりチャネルが分散されている状態
を示す。
A source region 39 and a drain region 40 are formed at both ends of the GaAs layer 34. When the transistor is in the on state, the source region 39 and the drain region 40
A current will flow between them. Note that in the figure, dotted lines schematically indicate channels when the transistor is off, indicating a state in which the channels are dispersed by the insulating regions 32.

【0038】概ね上述の構造を有する本実施例の電界効
果型トランジスタは、ゲートバイアスによって、キャリ
ア走行層が切り換えられてスイッチング動作する。
The field effect transistor of this embodiment having the structure generally described above performs a switching operation by switching the carrier transit layer by gate bias.

【0039】まず、図8は絶縁状態の様子を示すポテン
シャルエネルギー図であり、n−AlGaAs層33が
形成された部分の断面のポテンシャルを示す。図8中、
曲線r1 はアンドープのAlGaAs層36に対応す
るポテンシャルであり、曲線r2 はアンドープのGa
As層34に対応するポテンシャルである。AlGaA
s層36とGaAs層34の間には、ヘテロ接合面37
に相当するバンドの段差がある。また、曲線r3 はn
−AlGaAs層33に対応したポテンシャルであり、
曲線r3 と曲線r2 の間にはヘテロ接合面35に相
当するバンドの段差がある。点線r4 は絶縁領域32
の上端部に対応した線であり、電子が絶縁領域32のと
ころまで移動することを考えると、絶縁領域32は点線
r4 以下の表面から深い位置では極めて大きなポテン
シャル障壁として機能する。図8は零バイアス(Vg=
0)時の状態であり、この場合には電子ガスはヘテロ接
合面35付近の第1のキャリア走行層のものとなる。と
ころが、図中点線r4 で示すように、このヘテロ接合
面35はキャリアの走行方向において各絶縁領域32が
ポテンシャル障壁として機能し、電子の走行が妨げられ
る。従って、ゲートバイアスを零として第1のキャリア
走行層を選択した場合にはソース・ドレイン間に電流が
流れることはなく絶縁状態となる。
First, FIG. 8 is a potential energy diagram showing an insulating state, and shows the potential of a cross section of a portion where the n-AlGaAs layer 33 is formed. In Figure 8,
Curve r1 is the potential corresponding to the undoped AlGaAs layer 36, and curve r2 is the potential corresponding to the undoped AlGaAs layer 36.
This is the potential corresponding to the As layer 34. AlGaA
There is a heterojunction surface 37 between the s layer 36 and the GaAs layer 34.
There is a step in the band corresponding to . Also, the curve r3 is n
- potential corresponding to the AlGaAs layer 33,
There is a band step corresponding to the heterojunction surface 35 between the curve r3 and the curve r2. Dotted line r4 is the insulation region 32
This line corresponds to the upper end of the dotted line r4, and considering that electrons move to the insulating region 32, the insulating region 32 functions as an extremely large potential barrier at a position deep from the surface below the dotted line r4. Figure 8 shows zero bias (Vg=
In this case, the electron gas is in the first carrier traveling layer near the heterojunction surface 35. However, as shown by the dotted line r4 in the figure, in the heterojunction surface 35, each insulating region 32 functions as a potential barrier in the carrier travel direction, and the electron travel is hindered. Therefore, when the gate bias is set to zero and the first carrier transit layer is selected, no current flows between the source and drain, resulting in an insulating state.

【0040】次に、図9は半導体状態の様子を示す図で
あり、図中、曲線R1 はアンドープのAlGaAs層
36に対応するポテンシャルであり、曲線R2 はアン
ドープのGaAs層34に対応するポテンシャルである
。また、曲線R3 はn−AlGaAs層33に対応す
るポテンシャルであり、点線R4 は絶縁領域32の上
端に対応した線である。この図9では、ゲートバイアス
がプラスとされ、そのゲートバイアスに応じてアンドー
プのAlGaAs層36に対応するポテンシャルである
曲線R1 はエネルギー的に高い位置に引き込まれる。 その結果、アンドープのGaAs層34の中のヘテロ接
合面35側に存在した電子ガスが、ゲートバイアスによ
ってヘテロ接合面37側に移ることになり、第2のキャ
リア走行層に電子が存在する。このヘテロ接合37側の
界面では、点線R4 で示す絶縁領域32の上端よりも
ゲート側に近い位置にチャネルが形成され、絶縁領域3
2のポテンシャル障壁に妨害されない電子の走行がなさ
れる。すなわち、ゲートオンの状態となり、ドレイン電
流が流れることになる。
Next, FIG. 9 is a diagram showing the semiconductor state. In the diagram, curve R1 is the potential corresponding to the undoped AlGaAs layer 36, and curve R2 is the potential corresponding to the undoped GaAs layer 34. be. Further, a curve R3 is a potential corresponding to the n-AlGaAs layer 33, and a dotted line R4 is a line corresponding to the upper end of the insulating region 32. In FIG. 9, the gate bias is set to be positive, and the curve R1, which is the potential corresponding to the undoped AlGaAs layer 36, is drawn to a high energy position in accordance with the gate bias. As a result, the electron gas existing on the heterojunction surface 35 side in the undoped GaAs layer 34 is moved to the heterojunction surface 37 side due to the gate bias, and electrons are present in the second carrier transit layer. At this interface on the heterojunction 37 side, a channel is formed at a position closer to the gate side than the upper end of the insulating region 32 indicated by the dotted line R4, and
Electrons travel unhindered by the potential barrier 2. That is, the gate is turned on and a drain current flows.

【0041】このような構造の本実施例の電界効果型ト
ランジスタでは、電子の走行が絶縁領域32によって妨
害された絶縁状態から、ゲートバイアスに応じて高速に
、ヘテロ接合面37側の電子走行層に切り換えられるこ
とになり、従来のFETのようにソース・ドレイン間を
キャリアが横断する時間に制限されることの無い、高速
なスイッチングが実現される。そして、特に本実施例の
電界効果型トランジスタでは、電子の走行がなされてゲ
ートオンとなる状態で、ヘテロ接合面37の電子密度n
はゲートバイアスに応じた傾向を示し、例えばゲート電
圧が高い程、ヘテロ接合面37の電子密度nは高いもの
となる。このため走行層の選択により電子移動度が増大
した時に、同じ傾向で電子密度nも増大することになり
、単に速度変調する電界効果型トランジスタに比較して
、高いgm(相互コンダクタンス)が得られることにな
る。また、第2の実施例の如き超格子構造とすることで
、室温においても高い電子移動度を得ることができ、高
速動作に有利である。
In the field effect transistor of this embodiment having such a structure, the electron transit layer on the heterojunction surface 37 side is rapidly moved from the insulating state in which the electron transit is blocked by the insulating region 32 to the electron transit layer on the heterojunction surface 37 side according to the gate bias. This enables high-speed switching, which is not limited by the time taken for carriers to cross between the source and drain as in conventional FETs. In particular, in the field effect transistor of this embodiment, in a state where electrons travel and the gate is turned on, the electron density n of the heterojunction surface 37 is
shows a tendency depending on the gate bias; for example, the higher the gate voltage, the higher the electron density n at the heterojunction surface 37. Therefore, when the electron mobility increases due to the selection of the traveling layer, the electron density n also increases in the same way, and a higher gm (mutual conductance) can be obtained compared to a field effect transistor that simply modulates the speed. It turns out. Further, by using a superlattice structure as in the second embodiment, high electron mobility can be obtained even at room temperature, which is advantageous for high-speed operation.

【0042】〔第4の実施例〕本実施例の電界効果型ト
ランジスタは、第3の実施例の変形例であって図10に
示す構造を有する電界効果型トランジスタであり、本実
施例の説明では、図11〜図14を参照して合わせてそ
の製造方法についても説明する。
[Fourth Embodiment] The field effect transistor of this embodiment is a modification of the third embodiment and has the structure shown in FIG. 10. Now, the manufacturing method will also be explained with reference to FIGS. 11 to 14.

【0043】まず、図10に示すように、本実施例の電
界効果型トランジスタは、チャネル層としてのアンドー
プのGaAs層41が形成され、このアンドープのGa
As41層のゲート側には、ヘテロ接合面48を得るた
めのアンドープのAlGaAs層42が形成されている
。チャネル層であるGaAs層41のゲート電極と反対
側には、電子供給層としてのn−AlGaAs層43が
形成され、このn−AlGaAs層43とGaAs層4
1の間の界面もヘテロ接合面45とされる。さらにn−
AlGaAs層43からヘテロ接合面45を越えてGa
As層41の界面45側の部分に亘り、ヘテロ接合面4
5に対しそれぞれ略垂直な図中X方向に平行に延在され
た複数の溝44が形成される。これら溝44は、それぞ
れ絶縁領域として機能するためのものであり、溝44の
先端部はGaAs層41を図中Z方向であるチャネル幅
方向に横断するように形成される。このように溝44が
図中Y方向であるチャネル長方向を分断するように形成
されるため、GaAs層41のヘテロ接合面45側が電
子走行層となる時には、ソース領域47と図示しないド
レイン領域の間が導通することがなく、絶縁状態とされ
る。
First, as shown in FIG. 10, in the field effect transistor of this embodiment, an undoped GaAs layer 41 is formed as a channel layer.
An undoped AlGaAs layer 42 for obtaining a heterojunction surface 48 is formed on the gate side of the As41 layer. An n-AlGaAs layer 43 as an electron supply layer is formed on the side opposite to the gate electrode of the GaAs layer 41 as a channel layer, and this n-AlGaAs layer 43 and the GaAs layer 4
The interface between 1 and 1 is also a heterojunction surface 45. Furthermore n-
Ga from the AlGaAs layer 43 beyond the heterojunction surface 45
The heterojunction surface 4 spans the portion of the As layer 41 on the interface 45 side.
A plurality of grooves 44 are formed extending parallel to the X direction in the figure, which is substantially perpendicular to the grooves 5 . These grooves 44 serve as insulating regions, and the tips of the grooves 44 are formed so as to cross the GaAs layer 41 in the channel width direction, which is the Z direction in the figure. Since the groove 44 is formed so as to divide the channel length direction, which is the Y direction in the figure, when the heterojunction surface 45 side of the GaAs layer 41 becomes an electron transport layer, the source region 47 and the drain region (not shown) are separated. There is no conduction between them, and they are in an insulated state.

【0044】ゲート電極46はアンドープのAlGaA
s層42のGaAs層41の反対側に形成される。ゲー
ト電極46はゲートバイアスによって電子の走行を制御
するためのものである。第3の実施例と同様に、ゲート
バイアスが零バイアス時にGaAs層41のヘテロ接合
面45側がキャリア走行層とされるが、溝44が絶縁領
域として機能することからドレイン電流が流れることは
ない。また、ゲートバイアスが順バイアスの時では、G
aAs層41のAlGaAs層42側のヘテロ接合面4
8にチャネルが形成され、電子密度を高くしながら、同
時に高速な電子の走行を図ることができる。また、この
ゲートバイアスの切り換え時において、他の速度変調型
電界効果型トランジスタと同様な高速なスイッチングが
行われる。
The gate electrode 46 is made of undoped AlGaA.
The s-layer 42 is formed on the opposite side of the GaAs layer 41. The gate electrode 46 is for controlling the movement of electrons by gate bias. Similar to the third embodiment, when the gate bias is zero, the heterojunction surface 45 side of the GaAs layer 41 serves as a carrier transit layer, but since the groove 44 functions as an insulating region, no drain current flows. Also, when the gate bias is forward bias, G
Heterojunction surface 4 of the aAs layer 41 on the AlGaAs layer 42 side
A channel is formed in 8, making it possible to increase electron density and at the same time achieve high-speed electron travel. Furthermore, when switching the gate bias, high-speed switching similar to other speed modulation field effect transistors is performed.

【0045】この構造の電界効果型トランジスタにおい
て、図中Y方向における溝やヘテロ接合面45のサイズ
は、電子の量子力学的波長程度とすることも可能であり
、GaAs層41とAlGaAs層43のヘテロ接合面
を2次元マトリクス状に配列し、ヘテロ接合面48側を
ミニバンドを形成するような超格子構造とする量子細線
構造や結合量子箱構造とすることもできる。なお、溝4
4の部分は、絶縁膜等を埋め込むことも可能であり、ゲ
ート電極46は例えばアルミニューム等の金属により形
成される。
In the field effect transistor having this structure, the size of the groove or the heterojunction surface 45 in the Y direction in the figure can be set to about the quantum mechanical wavelength of electrons, and It is also possible to have a quantum wire structure or a coupled quantum box structure in which the heterojunction surfaces are arranged in a two-dimensional matrix and the heterojunction surface 48 side has a superlattice structure that forms a mini band. In addition, groove 4
It is also possible to embed an insulating film or the like in the portion 4, and the gate electrode 46 is formed of a metal such as aluminum.

【0046】次に、図11〜図14を参照して、本実施
例の電界効果型トランジスタの製造方法についても説明
する。
Next, with reference to FIGS. 11 to 14, a method for manufacturing the field effect transistor of this embodiment will also be described.

【0047】まず、図11に示すように半絶縁性のGa
As基板51の主面上に、n−AlGaAs層52が積
層され、そのn−AlGaAs層52には、ウェットエ
ッチングによる順メサ方向のパターニングにより、傾斜
面52aが形成される。
First, as shown in FIG. 11, semi-insulating Ga
An n-AlGaAs layer 52 is laminated on the main surface of the As substrate 51, and an inclined surface 52a is formed in the n-AlGaAs layer 52 by patterning in the forward mesa direction by wet etching.

【0048】続いて、MOCVD等により、図12に示
すように、その傾斜面52a上を含む全面にアンドープ
のGaAs層53を成長させ、続いてアンドープのAl
GaAs層54を成長させる。アンドープのGaAs層
53がチャネル層とされ、AlGaAs層54がGaA
s層53に対してヘテロ接合される。
Next, as shown in FIG. 12, an undoped GaAs layer 53 is grown on the entire surface including the slope 52a by MOCVD or the like, and then an undoped Al layer 53 is grown on the entire surface including the slope 52a.
A GaAs layer 54 is grown. The undoped GaAs layer 53 is used as a channel layer, and the AlGaAs layer 54 is made of GaAs.
A heterojunction is made to the s-layer 53.

【0049】次に、前記傾斜面52aの面内方向である
図13の矢印方向から斜めのRIE(反応性イオンエッ
チング)を行う。この斜めRIEによって、GaAs基
板51及びn−AlGaAs層52上のGaAs層53
やAlGaAs層54が除去され、前記傾斜面52a上
のGaAs層53及びAlGaAs層54が除去される
Next, RIE (reactive ion etching) is performed obliquely from the direction of the arrow in FIG. 13, which is the in-plane direction of the inclined surface 52a. By this oblique RIE, the GaAs layer 53 on the GaAs substrate 51 and the n-AlGaAs layer 52 is
and the AlGaAs layer 54 are removed, and the GaAs layer 53 and the AlGaAs layer 54 on the inclined surface 52a are removed.

【0050】このように傾斜面52a上にのみGaAs
層53及びAlGaAs層54を残存させた後、図14
に示すように、パターニングを行って複数の溝55を形
成する。この溝55は傾斜面52aを傾斜面内で縦に分
断するように形成され、同時にGaAs層53の一部に
も溝55が延在される。このためGaAs層53とn−
AlGaAs層52の間のヘテロ接合面は、キャリアの
走行方向である図中Y方向で分断されたものとなり、該
ヘテロ接合面側にチャネルを形成するゲートバイアス時
には、絶縁状態となる。
In this way, GaAs is formed only on the inclined surface 52a.
After leaving layer 53 and AlGaAs layer 54, FIG.
As shown in FIG. 2, a plurality of grooves 55 are formed by patterning. This groove 55 is formed so as to vertically divide the inclined surface 52a within the inclined surface, and at the same time, the groove 55 also extends to a part of the GaAs layer 53. Therefore, the GaAs layer 53 and n-
The heterojunction surface between the AlGaAs layers 52 is divided in the Y direction in the figure, which is the traveling direction of carriers, and becomes insulated when a gate bias is applied to form a channel on the heterojunction surface side.

【0051】以下、ソース電極,ドレイン電極及びゲー
ト電極等を形成して、図10に示す如き電界効果型トラ
ンジスタを完成する。なお、溝55の部分は空気による
絶縁領域としても良く、絶縁物を埋め込むようにするこ
ともできる。
Thereafter, a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, etc. are formed to complete a field effect transistor as shown in FIG. Note that the groove 55 may be an insulating region made of air, or may be filled with an insulator.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明の電界効果型トランジスタは、上
述のように、絶縁領域が形成される第1のキャリア走行
層と、第2のキャリア走行層とが、ゲートバイアスによ
り選択されて、その結果、電気的な特性は絶縁状態と半
導体状態の間で遷移する。そして、この遷移が特に高速
に行われるため、高速動作や高gmが実現される。
Effects of the Invention As described above, in the field effect transistor of the present invention, the first carrier transit layer in which the insulating region is formed and the second carrier transit layer are selected by a gate bias. As a result, the electrical properties transition between an insulating state and a semiconductor state. Since this transition is performed particularly quickly, high-speed operation and high gm are realized.

【0053】また、第2のキャリア走行層で量子閉じ込
めがなされる電界効果型トランジスタでは、キャリアの
運動方向が限定されて、例えば走行層をアンドープとす
ることで不純物に伴うクーロン散乱の影響を著しく低減
できる。このため高いキャリア移動度を得ることができ
る。
Furthermore, in a field effect transistor in which quantum confinement is achieved in the second carrier transport layer, the direction of movement of carriers is limited, and by making the transport layer undoped, for example, the influence of Coulomb scattering due to impurities can be significantly reduced. Can be reduced. Therefore, high carrier mobility can be obtained.

【0054】また、第2のキャリア走行層に超格子ミニ
バンドが形成される電界効果型トランジスタでは、いわ
ゆる量子細線や結合量子箱構造とすることもでき、光学
フォノンのエネルギーに比べて超格子ミニバンド幅が小
さく且つミニギャップの幅が広い時に、バリステックな
キャリアの伝導が実現される。
Furthermore, in a field effect transistor in which a superlattice miniband is formed in the second carrier transport layer, a so-called quantum wire or coupled quantum box structure can be used, and the superlattice miniband is smaller than the energy of optical phonons. Ballistic carrier conduction is achieved when the band width is small and the minigap width is wide.

【0055】[0055]

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

【図1】本発明の電界効果型トランジスタの一例のチャ
ネル付近の断面構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure near a channel of an example of a field-effect transistor of the present invention.

【図2】前記一例をチャネル方向に一部省略して示す平
面図である。
FIG. 2 is a plan view partially omitted in the channel direction of the example.

【図3】前記一例の絶縁状態におけるチャネル領域の拡
がりを模式的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the expansion of the channel region in the insulating state of the example.

【図4】前記一例の半導体状態におけるチャネル領域の
拡がりを模式的に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the expansion of the channel region in the semiconductor state of the example.

【図5】前記一例のポテンシャルエネルギー図であり、
(a)はゲートバイアスが零の場合すなわち絶縁状態の
ポテンシャルを示す図であり、(b)はゲートバイアス
がマイナスの場合すなわち半導体状態のポテンシャルを
示す図である。
FIG. 5 is a potential energy diagram of the above example,
(a) is a diagram showing the potential when the gate bias is zero, that is, the potential in the insulating state, and (b) is a diagram showing the potential when the gate bias is negative, that is, the potential in the semiconductor state.

【図6】本発明の電界効果型トランジスタの他の一例で
あって、量子細線構造を有する電界効果型トランジスタ
の例の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of another example of the field effect transistor of the present invention, which is a field effect transistor having a quantum wire structure.

【図7】本発明の電界効果型トランジスタのさらに他の
一例であって電子供給層側ではなくチャネル層側にゲー
ト電極を有するトランジスタの例の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of still another example of the field-effect transistor of the present invention, which is a transistor having a gate electrode on the channel layer side rather than on the electron supply layer side.

【図8】図7の電界効果型トランジスタの絶縁状態の場
合のポテンシャルを示すポテンシャルエネルギー図であ
る。
8 is a potential energy diagram showing the potential of the field effect transistor of FIG. 7 in an insulated state; FIG.

【図9】図7の電界効果型トランジスタの半導体状態の
場合のポテンシャルを示すポテンシャルエネルギー図で
ある。
9 is a potential energy diagram showing the potential of the field effect transistor of FIG. 7 in a semiconductor state; FIG.

【図10】本発明の電界効果型トランジスタのまた更に
他の一例を一部破断して示す斜視図である。
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view showing still another example of the field effect transistor of the present invention.

【図11】前記図10の電界効果型トランジスタの製造
工程を説明するための工程断面図であって、傾斜面の形
成工程までの工程断面図である。
11 is a process sectional view for explaining the manufacturing process of the field effect transistor shown in FIG. 10, up to the step of forming an inclined surface; FIG.

【図12】前記図10の電界効果型トランジスタの製造
工程を説明するための工程断面図であって、AlGaA
s層の成長工程までの工程断面図である。
12 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 10, in which AlGaA
FIG. 3 is a process cross-sectional view up to the growth process of the s-layer.

【図13】前記図10の電界効果型トランジスタの製造
工程を説明するための工程断面図であって、斜めRIE
工程までの工程断面図である。
13 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 10, in which oblique RIE
It is a process sectional view up to the process.

【図14】前記図10の電界効果型トランジスタの製造
工程を説明するための工程断面図であって、溝の形成工
程までの工程断面図である。
14 is a process cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 10, up to the step of forming a groove; FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…GaAs基体 1a…ヘテロ接合面 2…絶縁領域 3…n−AlGaAs層 4…ゲート電極 5…ソース領域 6…ドレイン領域 21…GaAs基体 22…絶縁領域 23…n−AlGaAs層 24…ゲート電極層 25…AlGaAs層 31…GaAs基板 32…絶縁領域 33…n−AlGaAs層 34…GaAs層 35…ヘテロ接合面 36…AlGaAs層 37…ヘテロ接合面 38…ゲート電極層 39…ソース領域 40…ドレイン領域 41…GaAs層 42…AlGaAs層 43…n−AlGaAs層 44…絶縁領域 45…ヘテロ接合面 46…ゲート電極 47…ソース領域 48…ヘテロ接合面 1...GaAs substrate 1a...Heterojunction surface 2...Insulation area 3...n-AlGaAs layer 4...Gate electrode 5...Source area 6...Drain region 21...GaAs substrate 22...Insulation area 23...n-AlGaAs layer 24...Gate electrode layer 25...AlGaAs layer 31...GaAs substrate 32...Insulation area 33...n-AlGaAs layer 34...GaAs layer 35...Heterojunction surface 36...AlGaAs layer 37...Heterojunction surface 38...Gate electrode layer 39...Source area 40...Drain region 41...GaAs layer 42...AlGaAs layer 43...n-AlGaAs layer 44...Insulation area 45...Heterojunction surface 46...Gate electrode 47...Source area 48...Heterojunction surface

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  第1のキャリア走行層若しくは第2の
キャリア走行層がゲートバイアスによりキャリアの走行
のために選択される電界効果型トランジスタであって、
前記第1のキャリア走行層中に絶縁領域が存在すること
を特徴とする電界効果型トランジスタ。
1. A field effect transistor in which a first carrier transit layer or a second carrier transit layer is selected for carrier transit by a gate bias,
A field effect transistor characterized in that an insulating region is present in the first carrier transport layer.
【請求項2】  前記第2のキャリア走行層は少なくと
も一部にキャリアの走行方向に対して垂直方向に量子閉
じ込めを行う構造を有することを特徴とする請求項1記
載の電界効果型トランジスタ。
2. The field-effect transistor according to claim 1, wherein at least a portion of the second carrier traveling layer has a structure that performs quantum confinement in a direction perpendicular to the carrier traveling direction.
【請求項3】  前記第2のキャリア走行層はキャリア
の走行方向に沿ってトンネルバリアが存在し超格子ミニ
バンドを形成していることを特徴とする請求項1記載の
電界効果型トランジスタ。
3. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second carrier traveling layer has a tunnel barrier along the carrier traveling direction to form a superlattice mini-band.
JP15575591A 1991-05-30 1991-05-30 Field effect transistor Withdrawn JPH04354164A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8761651B2 (en) 2010-08-18 2014-06-24 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus
US8818255B2 (en) 2010-03-17 2014-08-26 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus with fixing liquid applicator

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US8818255B2 (en) 2010-03-17 2014-08-26 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus with fixing liquid applicator
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