JPH04363029A - Heterojunction field-effect transistor - Google Patents

Heterojunction field-effect transistor

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JPH04363029A
JPH04363029A JP28730291A JP28730291A JPH04363029A JP H04363029 A JPH04363029 A JP H04363029A JP 28730291 A JP28730291 A JP 28730291A JP 28730291 A JP28730291 A JP 28730291A JP H04363029 A JPH04363029 A JP H04363029A
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electron
channel
buffer
semiconductor
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Takatomo Enoki
孝知 榎木
Naoteru Shigekawa
直輝 重川
Kunihiro Arai
邦博 荒井
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Abstract

PURPOSE:To obtain a heterojunction field-effect transistor wherein various characteristics such as a high-frequency characteristic and the like are improved as compared with those in conventional cases and an element characteristic is stabilized. CONSTITUTION:A semiconductor layer 3, for channel use, which is composed of a compound semiconductor is formed on a semiconductor layer 2 for buffer use on a substrate 1. A semiconductor layer 5, for electron supply layer, which is composed of a compound semiconductor is formed on it. A Schottky junction gate electrode 8, a source electrode 10 and a drain electrode 11 are formed on it. In addition, a semiconductor layer 21 for electron traveling use is formed between the semiconductor layer 2 for buffer use and the semiconductor layer 3 for channel use. The semiconductor layer 21 is composed of a compound whose electron affinity is small as compared with that of the semiconductor layer 3 and large as compared with that of the semiconductor layers 2, 5 and whose electric-field intensity taking the maximum value of an electron velocity is situated in a position different form that of the semiconductor layer 3; it is arranged in such a way that an energy level at the bottom of an electron conduction band is set to nearly the same as a Fermi level.

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、ヘテロ接合型電界効果
トランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterojunction field effect transistor.

【0002】0002

【従来の技術】従来、種々の高速用トランジスタが開発
されており、このヘテロ接合型電界効果型トランジスタ
もそのひとつである。この従来のヘテロ接合型電界効果
トランジスタは、たとえば図9に示されるような構成で
ある。
2. Description of the Related Art Hitherto, various high-speed transistors have been developed, and this heterojunction field effect transistor is one of them. This conventional heterojunction field effect transistor has a configuration as shown in FIG. 9, for example.

【0003】同図において、このトランジスタは、例え
ばInPからなる化合物半導体で形成された半絶縁性半
導体基板1を使用し、この上に、例えばInAlAs系
のような化合物半導体によって構成され、しかもn型不
純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入されてい
ないか導入されていても十分低い濃度でしか導入されて
いないバッファ用半導体層2が形成されている。このバ
ッファ用半導体層2上には、バッファ用半導体層2に比
し大きな電子親和力を有する、例えばInGaAs系の
ような化合物半導体によって構成され、しかもn型不純
物またはp型不純物のいずれも意図的に導入されていな
いか導入されていても十分低い濃度でしか導入されてい
ないチャンネル形成用半導体層3が形成されている。
In the figure, this transistor uses a semi-insulating semiconductor substrate 1 made of a compound semiconductor such as InP, and on top of this is an n-type semiconductor substrate made of a compound semiconductor such as InAlAs. A buffer semiconductor layer 2 is formed in which neither impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or even if they are introduced, they are introduced only at a sufficiently low concentration. The buffer semiconductor layer 2 is made of a compound semiconductor such as InGaAs, which has a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer 2, and is intentionally free of either n-type impurities or p-type impurities. A channel forming semiconductor layer 3 is formed in which no impurities are introduced, or even if they are introduced, the impurities are introduced only at a sufficiently low concentration.

【0004】さらに、チャンネル形成用半導体層3上に
は、スペーサ用半導体層4を介して、チャンネル形成用
半導体層3に比し小さな電子親和力を有する、例えばI
nAlAs系のような化合物半導体によって構成され、
しかもn型不純物を高濃度に導入している電子供給用半
導体層5が形成されている。この場合、スペーサ用半導
体層4は、チャンネル形成用半導体層3に比し小さな電
子親和力を有する例えばInAlAs系でなる化合物半
導体によって構成され、しかもn型不純物またはp型不
純物のいずれも意図的に導入されていないか、導入され
ていても十分低い濃度でしか導入されていないものであ
る。
Further, on the channel forming semiconductor layer 3, a semiconductor material having a smaller electron affinity than that of the channel forming semiconductor layer 3, such as I
Composed of compound semiconductors such as nAlAs,
Furthermore, an electron supply semiconductor layer 5 into which n-type impurities are introduced at a high concentration is formed. In this case, the spacer semiconductor layer 4 is made of a compound semiconductor made of, for example, InAlAs, which has a smaller electron affinity than the channel-forming semiconductor layer 3, and is intentionally doped with either an n-type impurity or a p-type impurity. Either they have not been introduced, or even if they have been introduced, they have only been introduced at sufficiently low concentrations.

【0005】また、電子供給用半導体層5上には、例え
ばInGaAs系のような化合物半導体によって構成さ
れ、しかもn型不純物を高濃度に導入している電極付用
半導体層6が形成されている。この場合、電極付用半導
体層6には、電子供給用半導体層5を外部に臨ませる窓
7が形成されている。さらに、電子供給用半導体層5上
には、電極付用半導体層6の窓7に臨む領域において、
ショットキ接合9を形成するようにゲート電極8が配置
されている。また、電極付用半導体層6上には、窓7を
挟んだ左右両位置、したがって、ゲート電極8を挟んだ
左右両位置において、ソース電極10およびドレイン電
極11がそれぞれ電極付半導体層6とオーミック接触す
るように配置されている。
[0005] Further, on the electron supply semiconductor layer 5, an electrode semiconductor layer 6 is formed, which is made of a compound semiconductor such as InGaAs, and into which n-type impurities are introduced at a high concentration. . In this case, a window 7 is formed in the electrode-attached semiconductor layer 6 so that the electron supply semiconductor layer 5 is exposed to the outside. Further, on the electron supply semiconductor layer 5, in the region facing the window 7 of the electrode-attached semiconductor layer 6,
A gate electrode 8 is arranged to form a Schottky junction 9. Further, on the semiconductor layer 6 for electrode attachment, a source electrode 10 and a drain electrode 11 are ohmically connected to the semiconductor layer 6 for electrode attachment at both left and right positions across the window 7, and therefore at both left and right positions across the gate electrode 8. are placed in contact with each other.

【0006】このような構成を有する従来のヘテロ接合
型電界効果トランジスタによれば、チャンネル形成用半
導体層3に電子供給用半導体層5からスペーサ用半導体
層4を介して電子が供給されることによって、チャンネ
ル形成用半導体層3のスペーサ用半導体層4側において
、電子ガス層13が形成される。そして、ゲート電極8
に、ソース電極10を基準とし、空乏層がショットキ接
合9から半絶縁性半導体基板1側にスペーサ用半導体層
4及びチャンネル形成用半導体層3間のヘテロ接合また
はその近傍に達するまで広がるのに十分なバイアス電圧
に重畳して、制御電圧を印加すると、電子ガス層13に
おける電子によるチャンネル形成用半導体層3内におけ
る電子濃度が、制御電圧の値に応じて制御される。
According to the conventional heterojunction field effect transistor having such a structure, electrons are supplied to the channel forming semiconductor layer 3 from the electron supplying semiconductor layer 5 via the spacer semiconductor layer 4. , an electron gas layer 13 is formed on the spacer semiconductor layer 4 side of the channel forming semiconductor layer 3. And gate electrode 8
With reference to the source electrode 10, the depletion layer spreads from the Schottky junction 9 toward the semi-insulating semiconductor substrate 1 side until it reaches the heterojunction between the spacer semiconductor layer 4 and the channel forming semiconductor layer 3 or its vicinity. When a control voltage is applied in addition to a bias voltage, the electron concentration in the channel-forming semiconductor layer 3 due to electrons in the electron gas layer 13 is controlled in accordance with the value of the control voltage.

【0007】したがって、ソース電極10と、ドレイン
電極11との間に、ドレイン電極11側を正とする所要
の電源を、負荷を通じてあらかじめ接続しておけば、負
荷に、制御電圧に応じた電流を供給させることができ、
電界効果トランジスタとしての機能を呈する。
Therefore, if a required power source with the drain electrode 11 side being positive is connected in advance between the source electrode 10 and the drain electrode 11 through the load, a current corresponding to the control voltage can be applied to the load. can be supplied,
It functions as a field effect transistor.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図9に示され
るような従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタの場
合、チャンネル形成用半導体層3には、電子供給用半導
体層5からの電子の供給による1つの電子ガス層13し
か形成されないので、チャンネル形成用半導体層3にお
ける平均電子濃度を十分に高くすることができず、負荷
に供給できる電流値を大きくすることができない、とい
う欠点を有していた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the case of a conventional heterojunction field effect transistor as shown in FIG. Since only one electron gas layer 13 is formed, the average electron concentration in the channel-forming semiconductor layer 3 cannot be made sufficiently high, and the current value that can be supplied to the load cannot be increased. Ta.

【0009】また、図9に示されるような従来のヘテロ
接合型電界効果トランジスタの場合、上述した電界効果
トランジスタの機能を呈しているとき、チャンネル形成
用半導体層3のゲート電極8下の領域における電界強度
が、ソース電極10下の領域側の端からドレイン電極1
1下の領域側の端に向かうにしたがって高くなっている
が、チャンネル形成用半導体層3を構成しているInG
aAs系のような化合物半導体の場合、そこに走行する
電子の速度は、図3のInGaAsの特性に示すように
、低い電界強度位置において極大を呈する電界強度依存
性を示すため、チャンネル形成用半導体層3のゲート電
極8下の領域におけるソース電極10下の領域側の領域
においては、比較的高い電子速度が得られるが、チャン
ネル形成用半導体層3のゲート電極8下の領域における
ドレイン電極11下の領域側の領域においては、比較的
低い電子速度しか得られず、チャンネル形成用半導体層
3を走行する電子の平均速度が比較的低い。このため、
電界効果トランジスタとしての高周波特性が、良好に得
られない、という欠点を有していた。
Furthermore, in the case of a conventional heterojunction field effect transistor as shown in FIG. The electric field strength varies from the edge of the region below the source electrode 10 to the drain electrode 1.
Although the height increases toward the edge of the region below 1, the height of InG constituting the channel forming semiconductor layer 3 increases.
In the case of a compound semiconductor such as an aAs-based compound semiconductor, the velocity of electrons traveling there exhibits an electric field strength dependence that reaches a maximum at a low electric field strength position, as shown in the characteristics of InGaAs in Figure 3. A relatively high electron velocity can be obtained in the region under the source electrode 10 in the region under the gate electrode 8 of the layer 3, but in the region under the drain electrode 11 in the region under the gate electrode 8 of the channel forming semiconductor layer 3 In the region on the region side, only a relatively low electron velocity is obtained, and the average velocity of electrons traveling through the channel forming semiconductor layer 3 is relatively low. For this reason,
This has the disadvantage that good high frequency characteristics as a field effect transistor cannot be obtained.

【0010】また、図9に示す従来のヘテロ接合型電界
効果トランジスタの場合、通常、ゲート電極8と電極付
用半導体層6との間には、わずかな間隙12が設けられ
ている。これは、直接ゲート電極8のn型の不純物が高
濃度に導入された電極付用半導体層6に触れた部分では
、ショットキ特性が得られず、オーミック特性を示す。 このため、ゲートリーク電流がゲート電極8から電極付
用半導体層6に直接流れ、チャンネル形成用半導体層3
内の二次元電子ガス13を制御できなくなることを避け
るためである。しかしながら、この間隙12の表面電位
は、ヘテロ接合型電界効果トランジスタを製造中、大気
、薬品、プラズマ等にさらされて変化しやすい。また、
この間隙12があるため、ゲート電極8の下の空乏層は
、間隙12の下まで広がり、間隙12の下の領域のチャ
ンネル形成用半導体層3内の二次元電子ガス13の濃度
を低下させてしまう。これは、ヘテロ接合型電界効果ト
ランジスタのソース抵抗およびドレイン抵抗を増大させ
、素子特性を著しく低下させる。この低下の程度は、ヘ
テロ接合型電界効果トランジスタの製造工程により大き
く変動し、または、製造後も、素子特性の安定性を著し
く劣化させる要因となるという欠点を有していた。
Further, in the case of the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. 9, a slight gap 12 is usually provided between the gate electrode 8 and the semiconductor layer 6 for electrode attachment. This is because the portion of the gate electrode 8 that directly touches the electrode-attached semiconductor layer 6 into which n-type impurities are introduced at a high concentration does not exhibit Schottky characteristics, but exhibits ohmic characteristics. Therefore, gate leakage current flows directly from the gate electrode 8 to the semiconductor layer 6 for forming an electrode, and the semiconductor layer 3 for channel formation
This is to prevent the two-dimensional electron gas 13 inside from becoming uncontrollable. However, the surface potential of this gap 12 is likely to change due to exposure to the atmosphere, chemicals, plasma, etc. during manufacturing of the heterojunction field effect transistor. Also,
Because of this gap 12, the depletion layer below the gate electrode 8 spreads to below the gap 12, reducing the concentration of the two-dimensional electron gas 13 in the channel forming semiconductor layer 3 in the region below the gap 12. Put it away. This increases the source resistance and drain resistance of the heterojunction field effect transistor, and significantly deteriorates the device characteristics. The degree of this reduction varies greatly depending on the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor, or even after manufacturing, it has the disadvantage that it becomes a factor that significantly deteriorates the stability of device characteristics.

【0011】また、図9に示す従来のヘテロ接合型電界
効果トランジスタにおいては、そのヘテロ接合型電界効
果トランジスタの使用される回路形式により決まる閾値
電圧Vthを有することが必要である。このとき、ゲー
ト電極8にソース電極10に対して閾値電圧が印加され
ているとき、ショットキ接合9における電界強度Esは
、  Es=2(Vbi−Vth)/dとなる。ここで
、dは電子供給用半導体層5の厚さ、Vbiは電子供給
用半導体層5、スペーサ用半導体層4とチャンネル形成
用半導体層3に存在する内部電圧である。ゲート電極の
耐圧を確保するためには、Esを半導体材料できまる一
定値以下に下げる必要があるが、前述した式からわかる
ように、Vthを固定して考えると、Esはdのみで決
まり、dを小さくすることができない。しかしながら、
トランジスタの伝達コンダクタンスgmは  gm=ε
vs/d  (vsは電子速度)で与えられ、伝達コン
ダクタンスを増加させることが不可能となる。このため
、ゲート耐圧を確保しながらトランジスタの特性を向上
させることが困難であるという欠点を有していた。
Further, the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. 9 needs to have a threshold voltage Vth determined by the circuit type in which the heterojunction field effect transistor is used. At this time, when a threshold voltage is applied to the gate electrode 8 with respect to the source electrode 10, the electric field strength Es at the Schottky junction 9 becomes Es=2(Vbi-Vth)/d. Here, d is the thickness of the electron supplying semiconductor layer 5, and Vbi is the internal voltage existing in the electron supplying semiconductor layer 5, the spacer semiconductor layer 4, and the channel forming semiconductor layer 3. In order to ensure the withstand voltage of the gate electrode, it is necessary to lower Es to a certain value or less that can be determined by the semiconductor material, but as can be seen from the above equation, if Vth is fixed, Es is determined only by d, d cannot be made small. however,
The transfer conductance gm of the transistor is gm=ε
It is given by vs/d (vs is the electron velocity), and it becomes impossible to increase the transfer conductance. For this reason, it has a drawback that it is difficult to improve the characteristics of the transistor while ensuring the gate breakdown voltage.

【0012】それ故、本発明の目的は、高周波特性を従
来よりも改善し、素子特性が従来より安定し、かつゲー
ト耐圧を確保しながら特性を向上させたヘテロ接合型電
界効果トランジスタを提供することにある。
[0012] Therefore, an object of the present invention is to provide a heterojunction field effect transistor which has improved high frequency characteristics compared to the conventional one, whose device characteristics are more stable than the conventional one, and whose characteristics are improved while ensuring gate breakdown voltage. There is a particular thing.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、基板上のバッファ用半導体層上に形成された
化合物半導体からなるチャンネル形成用半導体層と、こ
のチャンネル形成用半導体層上に形成された化合物半導
体からなる電子供給用半導体層と、この電子供給用半導
体層上に形成されたショットキ接合ゲート電極、ソース
電極及びドレイン電極とを備えたヘテロ接合型電界効果
トランジスタにおいて、チャンネル形成用半導体層に比
し小さくかつスペーサ用半導体層、電子供給用半導体層
およびバッファ用半導体層に比し大きな電子親和力を有
し、かつチャンネル形成用半導体層とは電子速度の極大
値をとる電界強度の位置を異にしている化合物半導体に
よって構成され、かつこの層の電子伝導帯の底のエネル
ギレベルがフェルミレベルと同程度となるように配置さ
れた電子走行用半導体層を、バッファ用半導体層とチャ
ンネル形成用半導体層の間に形成したものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, a channel forming semiconductor layer made of a compound semiconductor is formed on a buffer semiconductor layer on a substrate, and a channel forming semiconductor layer made of a compound semiconductor is formed on a buffer semiconductor layer on a substrate. In a heterojunction field effect transistor comprising an electron supplying semiconductor layer made of a formed compound semiconductor, and a Schottky junction gate electrode, a source electrode, and a drain electrode formed on this electron supplying semiconductor layer, It is smaller than the semiconductor layer and has a larger electron affinity than the spacer semiconductor layer, electron supply semiconductor layer, and buffer semiconductor layer, and the channel formation semiconductor layer has an electric field strength that takes the maximum electron velocity. The semiconductor layer for electron transport, which is composed of compound semiconductors in different positions and arranged so that the energy level at the bottom of the electron conduction band of this layer is about the same as the Fermi level, is connected to the semiconductor layer for buffer and the channel. It is formed between semiconductor layers for formation.

【0014】また、電子走行用半導体層とチャンネル形
成用半導体層の間に、第2のスペーサ用半導体層を形成
したものである。また、バッファ用半導体層とチャンネ
ル形成用半導体層の間に、電子走行用半導体層のほかに
、さらにバッファ用半導体層と電子走行用半導体層の間
に第3のスペーサ用半導体層及び第2の電子供給用半導
体層を形成したものである。
Furthermore, a second spacer semiconductor layer is formed between the electron travel semiconductor layer and the channel forming semiconductor layer. Furthermore, in addition to the electron transit semiconductor layer between the buffer semiconductor layer and the channel forming semiconductor layer, a third spacer semiconductor layer and a second spacer semiconductor layer are provided between the buffer semiconductor layer and the electron transit semiconductor layer. A semiconductor layer for supplying electrons is formed.

【0015】[0015]

【作用】チャンネル形成用半導体層に対して電子走行用
半導体層を形成したことによって、チャンネル形成用半
導体層に従来とは別の電子ガス層が形成され、負荷に供
給できる電流が格段に大きくなるとともに、良好な高周
波特性を得ることができる。また、第2のスペーサ用半
導体層を形成したことによって、チャンネル形成用半導
体層内の電子が電子走行用半導体層内の高濃度の不純物
からのクーロン散乱を有効に回避でき、電子速度が増加
して高周波特性が向上する。また、第3のスペーサ用半
導体層及び第2の電子供給用半導体層を形成したことに
よって、同様な効果が得られる。
[Function] By forming the electron transport semiconductor layer on the channel forming semiconductor layer, an electron gas layer different from the conventional one is formed in the channel forming semiconductor layer, and the current that can be supplied to the load is significantly increased. At the same time, good high frequency characteristics can be obtained. Furthermore, by forming the second spacer semiconductor layer, electrons in the channel forming semiconductor layer can effectively avoid Coulomb scattering from high concentration impurities in the electron transport semiconductor layer, increasing the electron velocity. This improves high frequency characteristics. Further, similar effects can be obtained by forming the third spacer semiconductor layer and the second electron supply semiconductor layer.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

「実施例1」図1は、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第1の実施例(第1発明)を示してお
り、同図において、このトランジスタは、例えばInP
からなる化合物半導体で形成された半絶縁性半導体基板
1の上に、例えばInAlAs系のような化合物半導体
によって構成され、しかもn型不純物またはp型不純物
のいずれも意図的に導入されていないか導入されていて
も十分低い濃度でしか導入されていないバッファ用半導
体層2が形成されている。このバッファ用半導体層2上
には、バッファ用半導体層2に比し大きな電子親和力を
有する、例えばInGaAs系のような化合物半導体に
よって構成され、しかもn型不純物またはp型不純物の
いずれも意図的に導入されていないか導入されていても
十分低い濃度でしか導入されていないチャンネル形成用
半導体層3が、本発明によって特徴づけられかつ後で詳
述する電子走行用半導体層21を介して、形成されてい
る。
"Embodiment 1" FIG. 1 shows a first embodiment (first invention) of a heterojunction field effect transistor according to the present invention.
The semi-insulating semiconductor substrate 1 is made of a compound semiconductor such as InAlAs, and neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced. Even if the buffer semiconductor layer 2 is doped, the buffer semiconductor layer 2 is doped only at a sufficiently low concentration. The buffer semiconductor layer 2 is made of a compound semiconductor such as InGaAs, which has a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer 2, and is intentionally free of either n-type impurities or p-type impurities. The channel forming semiconductor layer 3, which is not introduced or is introduced only at a sufficiently low concentration, is formed through the electron transport semiconductor layer 21, which is characterized by the present invention and will be described in detail later. has been done.

【0017】さらに、チャンネル形成用半導体層3上に
は、スペーサ用半導体層4を介して、チャンネル形成用
半導体層3に比し小さな電子親和力を有する、例えばI
nAlAs系のような化合物半導体によって構成され、
しかもn型不純物を高濃度に導入している電子供給用半
導体層5が形成されている。この場合、スペーサ用半導
体層4は、チャンネル形成用半導体層3に比し小さな電
子親和力を有する例えばInAlAs系でなる化合物半
導体によって構成され、しかもn型不純物またはp型不
純物のいずれも意図的に導入されていないか、導入され
ていても十分低い濃度でしか導入されていないものであ
る。
Further, on the channel forming semiconductor layer 3, a material having a smaller electron affinity than that of the channel forming semiconductor layer 3, such as I
Composed of compound semiconductors such as nAlAs,
Furthermore, an electron supply semiconductor layer 5 into which n-type impurities are introduced at a high concentration is formed. In this case, the spacer semiconductor layer 4 is made of a compound semiconductor made of, for example, InAlAs, which has a smaller electron affinity than the channel-forming semiconductor layer 3, and is intentionally doped with either an n-type impurity or a p-type impurity. Either they have not been introduced, or even if they have been introduced, they have only been introduced at sufficiently low concentrations.

【0018】また、電子供給用半導体層5上には、例え
ばInGaAs系のような化合物半導体によって構成さ
れ、しかもn型不純物を高濃度に導入している電極付用
半導体層6が形成されている。この場合、電極付用半導
体層6には、電子供給用半導体層5を外部に臨ませる窓
7が形成されている。さらに、電子供給用半導体層5上
には、電極付用半導体層6の窓7に臨む領域において、
ショットキ接合9を形成するようにゲート電極8が配置
されている。また、電極付用半導体層6上には、窓7を
挟んだ左右両位置、したがって、ゲート電極8を挟んだ
左右両位置において、ソース電極10およびドレイン電
極11がそれぞれ電極付半導体層6とオーミック接触す
るように配置されている。
Further, on the electron supply semiconductor layer 5, an electrode semiconductor layer 6 is formed, which is made of a compound semiconductor such as InGaAs, and into which n-type impurities are introduced at a high concentration. . In this case, a window 7 is formed in the electrode-attached semiconductor layer 6 so that the electron supply semiconductor layer 5 is exposed to the outside. Further, on the electron supply semiconductor layer 5, in the region facing the window 7 of the electrode-attached semiconductor layer 6,
A gate electrode 8 is arranged to form a Schottky junction 9. Further, on the semiconductor layer 6 for electrode attachment, a source electrode 10 and a drain electrode 11 are ohmically connected to the semiconductor layer 6 for electrode attachment at both left and right positions across the window 7, and therefore at both left and right positions across the gate electrode 8. are placed in contact with each other.

【0019】そして、本発明によって特徴づけられる電
子走行用半導体層21は、バッファ用半導体層2とチャ
ンネル形成用半導体層3との間に形成されている。この
電子走行用半導体層21は、チャンネル形成用半導体層
3に比し小さくかつスペーサ用半導体層4、電極付用半
導体層5及びバッファ用半導体層2に比し大きな電子親
和力を有し、チャンネル形成用半導体層3とは電子速度
の極大値をとる電界強度の位置を異にしている例えばI
nPのような化合物半導体によって構成され、n型不純
物が高濃度に導入されている。以上が、本発明によるヘ
テロ接合型電界効果トランジスタの第1の実施例の構成
である。
The electron transport semiconductor layer 21 characterized by the present invention is formed between the buffer semiconductor layer 2 and the channel forming semiconductor layer 3. This semiconductor layer 21 for electron travel is smaller than the semiconductor layer 3 for channel formation and has a larger electron affinity than the semiconductor layer 4 for spacer, the semiconductor layer 5 for electrode attachment, and the semiconductor layer 2 for buffer, and forms a channel. For example, I
It is made of a compound semiconductor such as nP, and is doped with n-type impurities at a high concentration. The above is the configuration of the first embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention.

【0020】このような本発明によるヘテロ接合型電界
効果トランジスタによれば、図2の線aで示すように、
チャンネル形成用半導体層3の電子供給用半導体層5側
に、二次元電子ガス13が形成されるとともに、電子走
行用半導体層21を有するので、チャンネル形成用半導
体層3の電子走行用半導体層21側にも電子ガス層13
’が形成され、そして、それら電子ガス層13および1
3’における電子濃度が、ゲート電極8に印加されてい
る制御電圧に応じて制御される。この場合、図9に示し
た従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタの場合と同
じように、ゲート電極8に印加される制御電圧に応じた
電流を負荷に供給することができる。
According to the heterojunction field effect transistor according to the present invention, as shown by line a in FIG.
Since the two-dimensional electron gas 13 is formed on the side of the electron supplying semiconductor layer 5 of the channel forming semiconductor layer 3 and has the electron traveling semiconductor layer 21, the electron traveling semiconductor layer 21 of the channel forming semiconductor layer 3 is provided with the electron traveling semiconductor layer 21. There is also an electronic gas layer 13 on the side.
' are formed, and the electron gas layers 13 and 1
The electron concentration at 3' is controlled according to the control voltage applied to the gate electrode 8. In this case, as in the case of the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. 9, a current corresponding to the control voltage applied to the gate electrode 8 can be supplied to the load.

【0021】このように、図1に示す本発明によるヘテ
ロ接合型電界効果トランジスタの場合、図2の線aで示
すように、チャンネル形成用半導体層3の上側に電子供
給用半導体層5が隣接して形成されていることによって
、チャンネル形成用半導体層3の電子供給用半導体層5
側に電子ガス13が形成されるほか、チャンネル形成用
半導体層3の下側に、電子走行用半導体層21を隣接し
て形成することによって、チャンネル形成用半導体層3
の電子走行用半導体層21側に他の電子ガス13’が形
成される。このため、チャンネル形成用半導体層3にお
いて図9で前述した従来のヘテロ接合型電界効果トラン
ジスタの場合に比し2倍またはそれに近い高い平均電子
濃度を有する。この結果、電子走行用半導体層21は、
電子供給層としても作用し、負荷に供給できる電流値を
、図9に示した従来のヘテロ接合型電界効果トランジス
タの場合に比し格段に大きくすることができる。
As described above, in the case of the heterojunction field effect transistor according to the present invention shown in FIG. 1, as shown by line a in FIG. As a result, the electron supply semiconductor layer 5 of the channel formation semiconductor layer 3
In addition to forming the electron gas 13 on the side of the semiconductor layer 3 for forming a channel, the semiconductor layer 21 for electron travel is formed adjacently to the lower side of the semiconductor layer 3 for forming a channel.
Another electron gas 13' is formed on the electron traveling semiconductor layer 21 side. Therefore, the channel forming semiconductor layer 3 has a high average electron concentration that is twice or nearly twice that of the conventional heterojunction field effect transistor described above with reference to FIG. As a result, the semiconductor layer 21 for electron travel is
It also acts as an electron supply layer, and the current value that can be supplied to the load can be made much larger than in the case of the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG.

【0022】また、図1に示すヘテロ接合型電界効果ト
ランジスタの場合、チャンネル形成用半導体層3を構成
している化合物半導体も、また電子走行用半導体層21
を構成している化合物半導体も、ともに、図9に示した
従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様に、そ
こに走行する電子の速度が、そこでの電界強度依存性を
有している。その電界依存性は、図3に示すように、電
子速度がチャンネル形成用半導体層3を構成している化
合物半導体(図1においては、In0.53Ga0.4
7As)と電子走行用半導体層21を構成している化合
物半導体(図1においては、InP)とで互いに異なる
電界強度位置において極大値を呈している。
Furthermore, in the case of the heterojunction field effect transistor shown in FIG.
Similarly to the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. 9, the speed of electrons traveling therein is dependent on the electric field strength of the compound semiconductors constituting the transistors. As shown in FIG. 3, the electric field dependence is such that the electron velocity changes with the compound semiconductor (In0.53Ga0.4
7As) and the compound semiconductor (InP in FIG. 1) constituting the electron transport semiconductor layer 21 exhibit maximum values at different electric field strength positions.

【0023】したがって、チャンネル形成用半導体層3
および電子走行用半導体層21において、ゲート電極8
下の領域におけるソース電極10側の電界強度の低い領
域においては、電子がチャンネル形成用半導体層3内を
高速度で走行し、チャンネル形成用半導体層3および電
子走行用半導体層21において、ゲート電極8下の領域
におけるドレイン電極11側の電界強度の強い領域にお
いては、電子の運動エネルギが大きくかつ電子走行用半
導体層21の電子伝導帯のポテンシャルエネルギは、図
2の線bで示すように、高濃度のn型不純物により低下
し、フェルミレベルに近い状態となっている(図2参照
)ため、電子走行用半導体層21内の電子の存在確率が
増加し、チャンネル形成用半導体層3からの電子の移動
が容易となる。このため、ゲート電極8下の領域におけ
る平均の電子の速度を、図9に示した従来のヘテロ接合
型電界効果トランジスタの場合に比し高くすることがで
きる。したがって、図9に示した従来のヘテロ接合型電
界効果トランジスタの場合に比し良好な電界効果トラン
ジスタとしての高周波特性を得ることができる。
Therefore, the channel forming semiconductor layer 3
And in the semiconductor layer 21 for electron travel, the gate electrode 8
In the region where the electric field strength is low on the source electrode 10 side in the lower region, electrons travel at high speed in the channel forming semiconductor layer 3 and the gate electrode in the channel forming semiconductor layer 3 and the electron traveling semiconductor layer 21. In the region below 8 where the electric field strength is strong on the drain electrode 11 side, the kinetic energy of electrons is large, and the potential energy of the electron conduction band of the electron traveling semiconductor layer 21 is as shown by line b in FIG. The concentration is lowered by the high concentration of n-type impurities and is close to the Fermi level (see FIG. 2), so the probability of existence of electrons in the electron transit semiconductor layer 21 increases, and the electrons are removed from the channel forming semiconductor layer 3. Electron movement becomes easier. Therefore, the average electron velocity in the region below the gate electrode 8 can be made higher than in the case of the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. Therefore, it is possible to obtain better high frequency characteristics as a field effect transistor than in the case of the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG.

【0024】また、本発明によるヘテロ接合型電界効果
トランジスタでは、ゲート電極8にソース電極10に対
して閾値電圧が印加されているとき、ショットキ接合9
における電界強度Esは、  Es=2(Vbi−Vt
h)/d−N1(d12+d0+d)/(2dε)とな
る。ここで、N1は電子走行用半導体層21のn型不純
物濃度、d1は電子走行用半導体層21の厚さ、dは電
子供給用半導体層5の厚さ、d0はチャンネル形成用半
導体層3の厚さ、Vbiは電子供給用半導体層5、スペ
ーサ用半導体層4及びチャンネル形成用半導体層3に存
在する内部電圧である。この式からわかるように、ショ
ットキ接合9の電界強度は、図9で上述した従来のヘテ
ロ接合型電界効果トランジスタに比べ低くなり、したが
って、ゲート耐圧が図9に示される従来のヘテロ接合型
電界効果トランジスタに比べ増加する。また、図9に示
される従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタに比べ
ゲート耐圧を低下させることなくdを小さく出来、伝達
コンダクタンスを増加させることができる。このため、
本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタは、図
9に示される従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタ
に比し設計余裕が増大し、素子特性を向上させることが
できる。
Further, in the heterojunction field effect transistor according to the present invention, when a threshold voltage is applied to the gate electrode 8 with respect to the source electrode 10, the Schottky junction 9
The electric field strength Es at is Es=2(Vbi-Vt
h)/d−N1(d12+d0+d)/(2dε). Here, N1 is the n-type impurity concentration of the electron transit semiconductor layer 21, d1 is the thickness of the electron transit semiconductor layer 21, d is the thickness of the electron supply semiconductor layer 5, and d0 is the thickness of the channel forming semiconductor layer 3. The thickness and Vbi are internal voltages existing in the electron supply semiconductor layer 5, the spacer semiconductor layer 4, and the channel formation semiconductor layer 3. As can be seen from this equation, the electric field strength of the Schottky junction 9 is lower than that of the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. This increases compared to transistors. Furthermore, compared to the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. 9, d can be made smaller without lowering the gate breakdown voltage, and the transfer conductance can be increased. For this reason,
The heterojunction field effect transistor according to the present invention has a larger design margin than the conventional heterojunction field effect transistor shown in FIG. 9, and can improve device characteristics.

【0025】「実施例2」つぎに、図4を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第2の実
施例を説明する。なお、図4において、図1との対応部
分には同一符号を付して詳細説明を省略する。また、図
4に示す本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タは、次の事項を除いて、図1を用いて説明した第1の
実施例のヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様の構
成を有する。すなわち、電子供給用半導体層5と電極付
用半導体層6との間に、ショットキ形成用半導体層24
、オーミック抵抗低減用半導体層25が形成されている
。この場合、ショットキ形成用半導体層24は電子供給
用半導体層5側に形成されている。
``Embodiment 2'' Next, a second embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that in FIG. 4, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The heterojunction field effect transistor according to the present invention shown in FIG. 4 has the same structure as the heterojunction field effect transistor of the first embodiment described using FIG. 1, except for the following points. That is, the Schottky forming semiconductor layer 24 is placed between the electron supply semiconductor layer 5 and the electrode attachment semiconductor layer 6.
, an ohmic resistance reducing semiconductor layer 25 is formed. In this case, the Schottky forming semiconductor layer 24 is formed on the electron supplying semiconductor layer 5 side.

【0026】ショットキ形成用半導体層24は、チャン
ネル形成用半導体層3に比し小さな電子親和力を有する
例えばInAlAs系の化合物半導体によって構成され
、しかもn型不純物またはp型不純物のいずれも意図的
に導入されていないか、導入されていても十分低い濃度
でしか導入されていない、スペーサ用半導体層4と同様
の構成である。この場合、ショットキ形成用半導体層2
4は、そこにおける電子の拡散長以下の厚さを有する。 また、オーミック抵抗低減用半導体層25は、チャンネ
ル形成用半導体層3に比し小さな電子親和力を有する例
えばショットキ形成用半導体層24と同じInAlAs
系の化合物半導体によって構成され、しかもn型不純物
を高濃度に導入している構成である。また、オーミック
抵抗低減用半導体層25には、電極付用半導体層6の窓
7に連通しかつショットキ形成用半導体層24を外部に
臨ませる窓(以下、その窓と電極付用半導体層6の窓7
とを通して窓7と称す)が形成され、そして、ゲート電
極8が、図1の電子供給用半導体層5に付されているの
に代え、ショットキ形成用半導体層24にショットキ接
合9を形成するように付されている。
The Schottky forming semiconductor layer 24 is made of, for example, an InAlAs-based compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel forming semiconductor layer 3, and is intentionally doped with either an n-type impurity or a p-type impurity. It has the same structure as the spacer semiconductor layer 4 in which it is not introduced, or even if it is introduced, it is only introduced at a sufficiently low concentration. In this case, the Schottky forming semiconductor layer 2
4 has a thickness less than or equal to the diffusion length of electrons therein. The ohmic resistance reducing semiconductor layer 25 is made of, for example, InAlAs, which is the same as the Schottky forming semiconductor layer 24 and has a smaller electron affinity than the channel forming semiconductor layer 3.
This structure is made of a compound semiconductor based on a compound semiconductor and has a high concentration of n-type impurities introduced therein. The ohmic resistance reducing semiconductor layer 25 also includes a window (hereinafter, a window between the window and the electrode-attached semiconductor layer 6) that communicates with the window 7 of the electrode-attached semiconductor layer 6 and exposes the Schottky-forming semiconductor layer 24 to the outside. window 7
A gate electrode 8 (referred to as a window 7) is formed through the Schottky forming semiconductor layer 24 to form a Schottky junction 9 instead of being attached to the electron supplying semiconductor layer 5 of FIG. It is attached to.

【0027】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタ第2の実施例の構成である。このような
構成を有する本発明によるヘテロ接合型電界効果トラン
ジスタの第2の実施例によれば、上述した事項を除いて
、図1で上述した本発明によるヘテロ接合型電界効果ト
ランジスタと同様の構成を有するので、図1で上述した
本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様
の作用・効果が得られるとともに、ゲート電極8が、電
子供給用半導体層5に直接付されておらず、電子供給用
半導体層5上に形成されかつn型不純物またはp型不純
物のいずれも意図的に導入されていないか、導入されて
いても十分低い濃度でしか導入されていないショットキ
形成用半導体層24に付されているため、ショットキ接
合9が、図1に示したヘテロ接合型電界効果トランジス
タの場合に比し良好に形成されている。したがって、図
1のヘテロ接合型電界効果トランジスタの場合に比し良
好な特性が得られる。
The above is the structure of the second embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention. According to the second embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention having such a configuration, the structure is similar to that of the heterojunction field effect transistor according to the present invention described above with reference to FIG. 1, except for the above-mentioned matters. Therefore, the same functions and effects as the heterojunction field effect transistor according to the present invention described above with reference to FIG. Schottky forming semiconductor layer 24 formed on Schottky forming semiconductor layer 5 and in which neither n-type impurity nor p-type impurity is intentionally introduced, or even if introduced, it is only introduced at a sufficiently low concentration. Therefore, the Schottky junction 9 is formed better than in the case of the heterojunction field effect transistor shown in FIG. Therefore, better characteristics can be obtained than in the case of the heterojunction field effect transistor shown in FIG.

【0028】「実施例3」つぎに、図5を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第3の実
施例(第2発明)を説明する。なお、図5において、図
1との対応部分には同一符号を付して詳細説明を省略す
る。また、図5に示す本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタは、次の事項を除いて、図1に示した第
1実施例のヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様の
構成を有する。この実施例では、電子走行用半導体層2
1とチャンネル形成用半導体層3との間に、第2のスペ
ーサ用半導体層34が形成されている。この第2のスペ
ーサ用半導体層34は、チャンネル形成用半導体層3に
比し小さくかつスペーサ用半導体層4、電子供給用半導
体層5およびバッファ用半導体層2に比し大きな電子親
和力を有する化合物半導体であって、しかもn型不純物
またはp型不純物のいずれも意図的に導入されていない
か、導入されていても十分低い濃度でしか導入されてい
ない構成のものである。
Embodiment 3 Next, a third embodiment (second invention) of the heterojunction field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that in FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The heterojunction field effect transistor according to the present invention shown in FIG. 5 has the same structure as the heterojunction field effect transistor of the first embodiment shown in FIG. 1, except for the following points. In this embodiment, the semiconductor layer 2 for electron travel is
1 and the channel forming semiconductor layer 3, a second spacer semiconductor layer 34 is formed. The second spacer semiconductor layer 34 is a compound semiconductor that is smaller than the channel forming semiconductor layer 3 and has a larger electron affinity than the spacer semiconductor layer 4, the electron supply semiconductor layer 5, and the buffer semiconductor layer 2. Moreover, neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or even if they are introduced, they are introduced only at sufficiently low concentrations.

【0029】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第3の実施例の構成である。このよう
な構成のヘテロ接合型電界効果トランジスタによれば、
上述した事項を除いて、図1で上述した本発明によるヘ
テロ接合型電界効果トランジスタと同様の構成を有する
ので、第1の実施例と同様の作用・効果が得られるとと
もに、第2のスペーサ用半導体層34を有するので、チ
ャンネル形成用半導体層3内の電子が、電子走行用半導
体層21内の高濃度のn型不純物からのクーロン散乱を
有効に回避し、したがって、チャンネル形成用半導体層
3内の電子速度が増加し、図1の第1の実施例のヘテロ
接合型電界効果トランジスタの場合に比しより高周波特
性を向上させることができる。
The above is the structure of the third embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention. According to a heterojunction field effect transistor with such a configuration,
Except for the above-mentioned matters, it has the same structure as the heterojunction field effect transistor according to the present invention described above in FIG. Since the semiconductor layer 34 is provided, the electrons in the channel forming semiconductor layer 3 can effectively avoid Coulomb scattering from the high concentration n-type impurity in the electron traveling semiconductor layer 21, and therefore the channel forming semiconductor layer 3 The electron velocity within the transistor increases, and the high frequency characteristics can be improved more than in the case of the heterojunction field effect transistor of the first embodiment shown in FIG.

【0030】「実施例4」つぎに、図6を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第4の実
施例を説明する。なお、図6において、図4との対応部
分には同一符号を付して詳細説明を省略する。また、図
6に示されるヘテロ接合型電界効果トランジスタは、つ
ぎの事項を除いて、図4の第2実施例と同様の構成を有
する。すなわち、図5で上述した本発明によるヘテロ接
合型電界効果トランジスタの場合と同様に、電子走行用
半導体層21とチャンネル形成用半導体層3との間に、
第2のスペーサ用半導体層34が形成されている。この
第2のスペーサ用半導体層34は、チャンネル形成用半
導体層3に比し小さくかつスペーサ用半導体層4、電子
供給用半導体層5およびバッファ用半導体層2に比し大
きな電子親和力を有する化合物半導体であって、しかも
n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入さ
れていないか、導入されていても十分低い濃度でしか導
入されていない構成のものである。
``Embodiment 4'' Next, a fourth embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that in FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The heterojunction field effect transistor shown in FIG. 6 has the same configuration as the second embodiment shown in FIG. 4 except for the following points. That is, as in the case of the heterojunction field effect transistor according to the present invention described above with reference to FIG.
A second spacer semiconductor layer 34 is formed. The second spacer semiconductor layer 34 is a compound semiconductor that is smaller than the channel forming semiconductor layer 3 and has a larger electron affinity than the spacer semiconductor layer 4, the electron supply semiconductor layer 5, and the buffer semiconductor layer 2. Moreover, neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or even if they are introduced, they are introduced only at sufficiently low concentrations.

【0031】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第4の実施例の構成である。このよう
な構成を有する本発明によるヘテロ接合型電界効果トラ
ンジスタによれば、上述した事項を除いて、図4で上述
した本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタと
同様の構成を有するので、図4の実施例と同様の作用・
効果が得られるとともに、スペーサ用半導体層34を有
するので、図5と関連して説明したヘテロ接合型電界効
果トランジスタと同様に、チャンネル形成用半導体層3
内の電子が、電子走行用半導体層21内の高濃度のn型
不純物からのクーロン散乱を有効に回避され、従って、
チャンネル形成用半導体層3内の電子速度が増加し、図
4の第2実施例のヘテロ接合型電界効果トランジスタの
場合に比しより高周波特性を向上させることができる。
The above is the configuration of the fourth embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention. The heterojunction field effect transistor according to the present invention having such a configuration has the same configuration as the heterojunction field effect transistor according to the present invention described above with reference to FIG. 4, except for the matters described above. The same effect as in the example of
This effect is obtained, and since the spacer semiconductor layer 34 is provided, the channel forming semiconductor layer 3 can be used similarly to the heterojunction field effect transistor described in connection with FIG.
Coulomb scattering from the high concentration n-type impurity in the electron transport semiconductor layer 21 is effectively avoided, and therefore,
The electron velocity within the channel-forming semiconductor layer 3 increases, and the high frequency characteristics can be improved more than in the case of the heterojunction field effect transistor of the second embodiment shown in FIG.

【0032】「実施例5」つぎに、図7を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第5の実
施例(第3発明)を説明する。なお、図7において、図
1との対応部分には同一符号を付して詳細説明を省略す
る。また、図7に示す本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタは、次の事項を除いて、図1に示した本
発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様の
構成を有する。この図7では、図1のヘテロ接合型電界
効果トランジスタにおける、高濃度にn型不純物を有す
る電子走行用半導体層21に代えて、前記バッファ用半
導体層2と前記チャンネル形成用半導体層3との間に以
下の3層が形成される。
``Embodiment 5'' Next, a fifth embodiment (third invention) of the heterojunction field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that in FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the heterojunction field effect transistor according to the present invention shown in FIG. 7 has the same configuration as the heterojunction field effect transistor according to the invention shown in FIG. 1, except for the following points. In FIG. 7, the buffer semiconductor layer 2 and the channel forming semiconductor layer 3 are used instead of the electron transit semiconductor layer 21 having a high concentration of n-type impurity in the heterojunction field effect transistor of FIG. The following three layers are formed in between.

【0033】すなわち、この3層のひとつは、電子走行
用半導体層21であり、この電子走行用半導体層21は
、チャンネル形成用半導体層3に比し小さくかつ上記ス
ペーサ用半導体層4、上記電子供給用半導体層5に比し
大きな電子親和力を有し、チャンネル形成用半導体層3
とは電子速度の極大値をとる電界強度の位置を異にして
いる化合物半導体、例えばInPによって構成され、し
かもこの電子走行用半導体層21には、n型不純物また
はp型不純物のいずれも意図的に導入されていないか、
導入されていても十分低い濃度でしか導入されていない
。また、3層の残りの一つは、第3のスペーサ用半導体
層41であり、この半導体層41は、電子走行用半導体
層21の下にあって、電子走行用半導体層21に比し小
さな電子親和力を有する化合物半導体例えばInAlA
s系によって構成され、しかもこの半導体層41には、
n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入さ
れていないか、導入されていても十分低い濃度でしか導
入されていない。また、3層の最後の一つは、第2の電
子供給用半導体層51である。この半導体層51は、第
3のスペーサ用半導体層4の下にあり、電子走行用半導
体層21に比し小さな電子親和力を有する化合物半導体
、例えばInAlAs系によって構成され、しかもn型
不純物が高濃度に導入されている。
That is, one of these three layers is the electron transit semiconductor layer 21, which is smaller than the channel forming semiconductor layer 3 and is smaller than the spacer semiconductor layer 4 and the electron transit semiconductor layer 21. The channel forming semiconductor layer 3 has a larger electron affinity than the supply semiconductor layer 5.
The semiconductor layer 21 is made of a compound semiconductor, such as InP, in which the electric field strength at which the electron velocity reaches its maximum value is at a different position, and the electron traveling semiconductor layer 21 contains neither n-type impurities nor p-type impurities intentionally. has not been introduced into
Even if it is introduced, it is only introduced at a sufficiently low concentration. The remaining one of the three layers is a third spacer semiconductor layer 41, which is located below the electron transit semiconductor layer 21 and is smaller than the electron transit semiconductor layer 21. Compound semiconductors with electron affinity, such as InAlA
The semiconductor layer 41 is composed of s-based material, and furthermore, this semiconductor layer 41 has
Neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or even if they are introduced, they are only introduced at sufficiently low concentrations. Moreover, the last one of the three layers is the second electron supply semiconductor layer 51. This semiconductor layer 51 is located under the third spacer semiconductor layer 4, and is made of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the electron transport semiconductor layer 21, such as InAlAs, and has a high concentration of n-type impurities. has been introduced.

【0034】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第5実施例の構成である。このような
構成を有するヘテロ接合型電界効果トランジスタによれ
ば、図8に示すように、第2の電子供給用半導体層51
があるため、チャンネル形成用半導体層3内に2次元電
子ガス13が形成されるのと同じ理由で電子走行用半導
体層21内に2次元電子ガス13’が形成される。上述
した事項を除いて、図1の実施例のヘテロ接合型電界効
果トランジスタと同様の構成を有するので、図1のヘテ
ロ接合型電界効果トランジスタと同様の作用・効果が得
られる。また、この図7の構成のヘテロ接合型電界効果
トランジスタにおいても、第2の電子供給用半導体層5
1が高濃度のn型不純物を有するため、電子走行用半導
体層21の電子伝導帯のポテンシャルエネルギが低下し
、電子走行用半導体層21に電子の存在する確率が増加
し、図1に示した第1の実施例のヘテロ接合型電界効果
トランジスタと同様の理由により、同様の効果が得られ
る。
The above is the configuration of the fifth embodiment of the heterojunction field effect transistor according to the present invention. According to the heterojunction field effect transistor having such a configuration, as shown in FIG.
Therefore, a two-dimensional electron gas 13' is formed in the electron transport semiconductor layer 21 for the same reason that the two-dimensional electron gas 13 is formed in the channel-forming semiconductor layer 3. Except for the above-mentioned matters, the structure is similar to that of the heterojunction field effect transistor of the embodiment shown in FIG. 1, so that the same functions and effects as the heterojunction field effect transistor of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained. Further, also in the heterojunction field effect transistor having the configuration shown in FIG. 7, the second electron supply semiconductor layer 5
1 has a high concentration of n-type impurities, the potential energy of the electron conduction band of the electron transport semiconductor layer 21 decreases, and the probability that electrons exist in the electron transport semiconductor layer 21 increases, as shown in FIG. Similar effects can be obtained for the same reason as the heterojunction field effect transistor of the first embodiment.

【0035】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、上述した実施例の構成において、スペーサ用半導
体層4を省略した構成とすることもでき、また、図4お
よび図6において、オーミック抵抗低減用半導体層25
を省略した構成とすることもでき、また、図7の実施例
において、オーミク抵抗低減用半導体層、またはショッ
トキ形成用半導体層を導入した構成とすることもできる
。また、図1において、スペーサ用半導体層4を除去し
た構成にすることもできる。その他、本発明の精神を脱
することなしに、種々の変形、変更をなし得るであろう
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the spacer semiconductor layer 4 may be omitted from the structure of the above-described embodiments. Also, in FIGS. 4 and 6, Semiconductor layer 25 for reducing ohmic resistance
It is also possible to adopt a structure in which the ohmic resistance reduction semiconductor layer or a Schottky formation semiconductor layer is introduced in the embodiment of FIG. 7. Further, in FIG. 1, a structure may be adopted in which the spacer semiconductor layer 4 is removed. In addition, various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the invention.

【0036】[0036]

【発明の効果】このように、本発明によるヘテロ接合型
電界効果トランジスタによると、チャンネル形成用半導
体層に対して電子走行用半導体層を形成したことによっ
て、チャンネル形成用半導体層に従来とは別の電子ガス
層が形成され、負荷に供給できる電流が格段に大きくな
るとともに、良好な高周波特性を得ることができる。ま
た、第2のスペーサ用半導体層を形成したことによって
、チャンネル形成用半導体層内の電子が電子走行用半導
体層内の高濃度の不純物からのクーロン散乱を有効に回
避でき、電子速度が増加して高周波特性が向上する。 また、第3のスペーサ用半導体層及び第2の電子供給用
半導体層を形成したことによって、上記と同様な効果が
得られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the heterojunction field effect transistor according to the present invention, by forming the electron transport semiconductor layer on the channel forming semiconductor layer, the channel forming semiconductor layer is different from the conventional one. An electron gas layer is formed, and the current that can be supplied to the load becomes significantly larger, and good high frequency characteristics can be obtained. Furthermore, by forming the second spacer semiconductor layer, electrons in the channel forming semiconductor layer can effectively avoid Coulomb scattering from high concentration impurities in the electron transport semiconductor layer, increasing the electron velocity. This improves high frequency characteristics. Further, by forming the third spacer semiconductor layer and the second electron supply semiconductor layer, the same effects as described above can be obtained.

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

【図1】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第1の実施例(第1発明)を示す略線的断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment (first invention) of a heterojunction field effect transistor according to the present invention.

【図2】図1の説明に供するバンド構造図である。FIG. 2 is a band structure diagram for explaining FIG. 1;

【図3】図1におけるチャンネル形成用半導体層及び電
子走行用半導体層における電界強度(kV/cm)に対
する電子速度(x107cm/s)の関係を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the electron velocity (x10 cm/s) and the electric field strength (kV/cm) in the channel forming semiconductor layer and the electron transport semiconductor layer in FIG. 1;

【図4】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第2の実施例を示す略線的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of a heterojunction field effect transistor according to the present invention.

【図5】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第3の実施例(第2発明)を示す略線的断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment (second invention) of a heterojunction field effect transistor according to the present invention.

【図6】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第4の実施例を示す略線的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment of a heterojunction field effect transistor according to the present invention.

【図7】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第5の実施例(第3発明)を示す略線的断面図であ
る。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment (third invention) of a heterojunction field effect transistor according to the present invention.

【図8】図7の説明に供するバンド構造図である。8 is a band structure diagram for explaining FIG. 7; FIG.

【図9】従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタを示
す略線的断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a conventional heterojunction field effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  半絶縁性半導体基板 2  バッファ用半導体層 3  チャンネル形成用半導体層 4  スペーサ用半導体層 5  電子供給用半導体層 6  電極付用半導体層 7  窓 8  ゲート電極 9  ショットキ接合 10  ソース電極 11  ドレイン電極 21  電子走行用半導体層 34  第2のスペーサ用半導体層 41  第3のスペーサ用半導体層 51  第2の電子供給用半導体層 1 Semi-insulating semiconductor substrate 2 Semiconductor layer for buffer 3 Semiconductor layer for channel formation 4 Semiconductor layer for spacer 5 Semiconductor layer for electron supply 6 Semiconductor layer for electrode attachment 7 Window 8 Gate electrode 9 Schottky junction 10 Source electrode 11 Drain electrode 21 Semiconductor layer for electron transport 34 Second spacer semiconductor layer 41 Third spacer semiconductor layer 51 Second electron supply semiconductor layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半絶縁性半導体基板上に形成されてい
るとともに、化合物半導体からなり、かつn型不純物ま
たはp型不純物のいずれも意図的に導入されていないか
導入されていても十分低い濃度でしか導入されていない
バッファ用半導体層と、上記バッファ用半導体層上に形
成されているとともに、上記バッファ用半導体層に比し
大きな電子親和力を有する化合物半導体からなり、かつ
n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入さ
れていないか導入されていても十分低い濃度でしか導入
されていないチャンネル形成用半導体層と、上記チャン
ネル形成用半導体層上に、それに比し小さな電子親和力
を有する化合物半導体からなり、かつn型不純物または
p型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導入
されていても十分低い濃度でしか導入されていないスペ
ーサ用半導体層を介してまたは介することなしに形成さ
れているとともに、上記チャンネル形成用半導体層に比
し小さな電子親和力を有する化合物半導体からなり、か
つn型不純物を高濃度に導入している電子供給用半導体
層と、上記電子供給用半導体層上に、またはその電子供
給用半導体層上に形成された上記チャンネル形成用半導
体層に比し小さな電子親和力を有する化合物半導体から
なり、かつn型不純物またはp型不純物のいずれも意図
的に導入されていないか導入されていても十分低い濃度
でしか導入されていないショットキ形成用半導体層に、
ショットキ接合を形成するように付されているゲート電
極と、上記チャンネル形成用半導体層に、上記ゲート電
極を挟んだ両位置においてそれぞれ電気的に連結してい
るソース電極及びドレイン電極を有するヘテロ接合型電
界効果トランジスタにおいて、上記バッファ用半導体層
と上記チャンネル形成用半導体層との間に形成されてい
るとともに、上記チャンネル形成用半導体層に比し小さ
くかつ上記スペーサ用半導体層、上記電子供給用半導体
層及び上記バッファ用半導体層に比し大きな電子親和力
を有しかつ上記チャンネル形成用半導体層とは電子速度
の極大値をとる電界強度の位置を異にしている化合物半
導体によって構成され、かつこの層の電子伝導帯の底の
エネルギレベルがフェルミレベルと同程度となるように
配置された電子走行用半導体層を有することを特徴とす
るヘテロ接合型電界効果トランジスタ。
Claim 1: Formed on a semi-insulating semiconductor substrate, made of a compound semiconductor, and either n-type impurity or p-type impurity is not intentionally introduced, or even if it is introduced, the concentration is sufficiently low. A buffer semiconductor layer is formed on the buffer semiconductor layer and is made of a compound semiconductor having a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer, and is doped with n-type impurities or p-type impurities. A channel-forming semiconductor layer in which no impurities are intentionally introduced or, even if impurities are introduced, only at a sufficiently low concentration, and a channel-forming semiconductor layer having a smaller electron affinity compared to the above-mentioned channel-forming semiconductor layer. With or without a spacer semiconductor layer made of a compound semiconductor and in which neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or if introduced, only at a sufficiently low concentration. an electron-supplying semiconductor layer which is formed of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel-forming semiconductor layer and into which an n-type impurity is introduced at a high concentration, and the electron-supplying semiconductor layer. It is made of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel forming semiconductor layer formed above or on the electron supplying semiconductor layer, and in which either an n-type impurity or a p-type impurity is intentionally introduced. In the semiconductor layer for Schottky formation, which has not been introduced or has been introduced only at a sufficiently low concentration,
A heterojunction type having a gate electrode attached to form a Schottky junction, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the channel forming semiconductor layer at both positions sandwiching the gate electrode. In the field effect transistor, the spacer semiconductor layer and the electron supply semiconductor layer are formed between the buffer semiconductor layer and the channel formation semiconductor layer, and are smaller than the channel formation semiconductor layer. and is composed of a compound semiconductor that has a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer and has a different electric field strength position at which the electron velocity reaches its maximum value than the channel forming semiconductor layer, and A heterojunction field effect transistor characterized by having an electron transit semiconductor layer arranged such that the energy level at the bottom of the electron conduction band is approximately the same as the Fermi level.
【請求項2】  半絶縁性半導体基板上に形成されてい
るとともに、化合物半導体からなり、かつn型不純物ま
たはp型不純物のいずれも意図的に導入されていないか
導入されていても十分低い濃度でしか導入されていない
バッファ用半導体層と、上記バッファ用半導体層上に形
成されているとともに、上記バッファ用半導体層に比し
大きな電子親和力を有する化合物半導体からなり、かつ
n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入さ
れていないか導入されていても十分低い濃度でしか導入
されていないチャンネル形成用半導体層と、上記チャン
ネル形成用半導体層上に、それに比し小さな電子親和力
を有する化合物半導体からなり、かつn型不純物または
p型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導入
されていても十分低い濃度でしか導入されていないスペ
ーサ用半導体層を介してまたは介することなしに形成さ
れているとともに、上記チャンネル形成用半導体層に比
し小さな電子親和力を有する化合物半導体からなり、か
つn型不純物を高濃度に導入している電子供給用半導体
層と、上記電子供給用半導体層上に、またはその電子供
給用半導体層上に形成された上記チャンネル形成用半導
体層に比し小さな電子親和力を有する化合物半導体から
なり、かつn型不純物またはp型不純物のいずれも意図
的に導入されていないか導入されていても十分低い濃度
でしか導入されていないショットキ形成用半導体層に、
ショットキ接合を形成するように付されているゲート電
極と、上記チャンネル形成用半導体層に、上記ゲート電
極を挟んだ両位置においてそれぞれ電気的に連結してい
るソース電極及びドレイン電極を有するヘテロ接合型電
界効果トランジスタにおいて、上記バッファ用半導体層
と上記チャンネル形成用半導体層との間に形成されてい
るとともに、かつ、上記チャンネル形成用半導体層に比
し小さくかつ上記スペーサ用半導体層、上記電子供給用
半導体層及び上記バッファ用半導体層に比し大きな電子
親和力を有する化合物半導体からなり、かつn型不純物
またはp型不純物のいずれも意図的に導入されていない
か導入されていても十分低い濃度でしか導入されていな
い第2のスペーサ用半導体層を上記チャンネル形成用半
導体層側に介してまたは介することなしに形成されると
ともに、上記チャンネル形成用半導体層に比し小さくか
つ上記スペーサ用半導体層、上記電子供給用半導体層及
び上記バッファ用半導体層に比し大きな電子親和力を有
しかつ上記チャンネル形成用半導体層とは電子速度の極
大値をとる電界強度の位置を異にしている化合物半導体
によって構成され、かつ高濃度にn型の不純物が導入さ
れた電子走行用半導体層を有することを特徴とするヘテ
ロ接合型電界効果トランジスタ。
2. Formed on a semi-insulating semiconductor substrate, made of a compound semiconductor, and either n-type impurity or p-type impurity is not intentionally introduced, or even if it is introduced, the concentration is sufficiently low. A buffer semiconductor layer is formed on the buffer semiconductor layer and is made of a compound semiconductor having a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer, and is doped with n-type impurities or p-type impurities. A channel-forming semiconductor layer in which no impurities are intentionally introduced or, even if impurities are introduced, only at a sufficiently low concentration, and a channel-forming semiconductor layer having a smaller electron affinity compared to the above-mentioned channel-forming semiconductor layer. With or without a spacer semiconductor layer made of a compound semiconductor and in which neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or if introduced, only at a sufficiently low concentration. an electron-supplying semiconductor layer which is formed of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel-forming semiconductor layer and into which an n-type impurity is introduced at a high concentration, and the electron-supplying semiconductor layer. It is made of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel forming semiconductor layer formed above or on the electron supplying semiconductor layer, and in which either an n-type impurity or a p-type impurity is intentionally introduced. In the semiconductor layer for Schottky formation, which has not been introduced or has been introduced only at a sufficiently low concentration,
A heterojunction type having a gate electrode attached to form a Schottky junction, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the channel forming semiconductor layer at both positions sandwiching the gate electrode. In the field effect transistor, the spacer semiconductor layer is formed between the buffer semiconductor layer and the channel formation semiconductor layer, and is smaller than the channel formation semiconductor layer, and the spacer semiconductor layer and the electron supply semiconductor layer are formed between the buffer semiconductor layer and the channel formation semiconductor layer. The semiconductor layer is made of a compound semiconductor having a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer, and neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or even if they are introduced, only at a sufficiently low concentration. The second semiconductor layer for spacer, which is not introduced, is formed on the side of the semiconductor layer for channel formation, with or without intervening, and is smaller than the semiconductor layer for channel formation, and the semiconductor layer for spacer, The compound semiconductor layer is made of a compound semiconductor that has a larger electron affinity than the electron supply semiconductor layer and the buffer semiconductor layer, and has a different electric field intensity position at which the electron velocity reaches a maximum value than the channel formation semiconductor layer. 1. A heterojunction field effect transistor comprising: a semiconductor layer for electron transport into which n-type impurities are introduced at a high concentration;
【請求項3】  半絶縁性半導体基板上に形成されてい
るとともに、化合物半導体からなり、かつn型不純物ま
たはp型不純物のいずれも意図的に導入されていないか
導入されていても十分低い濃度でしか導入されていない
バッファ用半導体層と、上記バッファ用半導体層上に形
成されているとともに、上記バッファ用半導体層に比し
大きな電子親和力を有する化合物半導体からなり、かつ
n型不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入さ
れていないか導入されていても十分低い濃度でしか導入
されていないチャンネル形成用半導体層と、上記チャン
ネル形成用半導体層上に、それに比し小さな電子親和力
を有する化合物半導体からなり、かつn型不純物または
p型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導入
されていても十分低い濃度でしか導入されていないスペ
ーサ用半導体層を介してまたは介することなしに形成さ
れているとともに、上記チャンネル形成用半導体層に比
し小さな電子親和力を有する化合物半導体からなり、か
つn型不純物を高濃度に導入している電子供給用半導体
層と、上記電子供給用半導体層上に、またはその電子供
給用半導体層上に形成された上記チャンネル形成用半導
体層に比し小さな電子親和力を有する化合物半導体から
なり、かつn型不純物またはp型不純物のいずれも意図
的に導入されていないか導入されていても十分低い濃度
でしか導入されていないショットキ形成用半導体層に、
ショットキ接合を形成するように付されているゲート電
極と、上記チャンネル形成用半導体層に、上記ゲート電
極を挟んだ両位置においてそれぞれ電気的に連結してい
るソース電極及びドレイン電極を有するヘテロ接合型電
界効果トランジスタにおいて、上記バッファ用半導体層
と上記チャンネル形成用半導体層との間に形成されてい
るとともに、かつ、上記チャンネル形成用半導体層に比
し小さくかつ上記スペーサ用半導体層、上記電子供給用
半導体層及び上記バッファ用半導体層に比し大きな電子
親和力を有しかつ上記チャンネル形成用半導体層とは電
子速度の極大値をとる電界強度の位置を異にしている化
合物半導体によって構成され、かつn型不純物またはp
型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導入さ
れていても十分低い濃度でしか導入されていない電子走
行用半導体層を有するとともに、上記電子走行用半導体
層と上記バッファ用半導体層との間に形成されていると
ともに、上記電子走行用半導体層下に、それに比し小さ
な電子親和力を有する化合物半導体からなり、かつn型
不純物またはp型不純物のいずれも意図的に導入されて
いないか導入されていても十分低い濃度でしか導入され
ていない第3のスペーサ用半導体層を介してまたは介す
ることなしに形成されるとともに、上記電子走行用半導
体層に比し小さな電子親和力を有する化合物半導体から
なり、かつn型不純物を高濃度に導入している第2の電
子供給用半導体層とを有することを特徴とするヘテロ接
合型電界効果トランジスタ。
3. Formed on a semi-insulating semiconductor substrate, made of a compound semiconductor, and containing neither n-type impurities nor p-type impurities intentionally introduced, or even if introduced, at a sufficiently low concentration. A buffer semiconductor layer is formed on the buffer semiconductor layer and is made of a compound semiconductor having a larger electron affinity than the buffer semiconductor layer, and is doped with n-type impurities or p-type impurities. A channel-forming semiconductor layer in which no impurities are intentionally introduced or, even if impurities are introduced, only at a sufficiently low concentration, and a channel-forming semiconductor layer having a smaller electron affinity compared to the above-mentioned channel-forming semiconductor layer. With or without a spacer semiconductor layer made of a compound semiconductor and in which neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced, or if introduced, only at a sufficiently low concentration. an electron-supplying semiconductor layer which is formed of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel-forming semiconductor layer and into which an n-type impurity is introduced at a high concentration, and the electron-supplying semiconductor layer. It is made of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the channel forming semiconductor layer formed above or on the electron supplying semiconductor layer, and in which either an n-type impurity or a p-type impurity is intentionally introduced. In the semiconductor layer for Schottky formation, which has not been introduced or has been introduced only at a sufficiently low concentration,
A heterojunction type having a gate electrode attached to form a Schottky junction, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the channel forming semiconductor layer at both positions sandwiching the gate electrode. In the field effect transistor, the spacer semiconductor layer is formed between the buffer semiconductor layer and the channel formation semiconductor layer, and is smaller than the channel formation semiconductor layer, and the spacer semiconductor layer and the electron supply semiconductor layer are formed between the buffer semiconductor layer and the channel formation semiconductor layer. It is composed of a compound semiconductor that has a larger electron affinity than the semiconductor layer and the buffer semiconductor layer, and has a different position of electric field strength at which the electron velocity reaches its maximum value than the channel-forming semiconductor layer, and type impurity or p
The electron transport semiconductor layer has an electron transport semiconductor layer in which none of the type impurities are intentionally introduced or is introduced only at a sufficiently low concentration, and the electron transport semiconductor layer and the buffer semiconductor layer are combined. In addition to being formed between the semiconductor layer for electron transport, the semiconductor layer is made of a compound semiconductor having a smaller electron affinity than the semiconductor layer for electron transport, and neither n-type impurities nor p-type impurities are intentionally introduced. The compound semiconductor is formed with or without a third spacer semiconductor layer introduced only at a sufficiently low concentration even if and a second electron supply semiconductor layer into which n-type impurities are introduced at a high concentration.
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