JPH043942A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPH043942A
JPH043942A JP10494690A JP10494690A JPH043942A JP H043942 A JPH043942 A JP H043942A JP 10494690 A JP10494690 A JP 10494690A JP 10494690 A JP10494690 A JP 10494690A JP H043942 A JPH043942 A JP H043942A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界効果トランジスタに関し、特にヘテロ接合
に生成される2次元電子ガスを能動層として利用する電
界効果トランジスタ(2DEGFET)に関する。
〔従来の技術〕
第3図は従来技術による2DEGFETの一例の素子の
断面図である。このような素子は、例えば、ヘンダース
ン(Henderson)らによってアイ・イー・イー
・イー・エレクトロン、デバイス・レターズ(IEEE
  ElectronDevice  Letters
)第EDL−7巻、第12号、649頁、1986年に
報告されている。同図において、1はS、1.GaAs
からなる半絶縁性基板、2はノンドープGaAsからな
るバッファ層、3はI nGaAsからなるノンドープ
チャネル層、4はキャリア供給層でありn型AlGaA
sにより構成されている。ノンドープチャネル層3にお
けるキャリア供給層4との界面近傍には、2次元電子ガ
ス(2DEG)が誘起されチャネル層を形成している。
キャリア供給層4上には、ソース電極6.ドレイン電極
7が蒸着により形成されて2DEGチャネル層とオーム
性接触をとっであるとともに、ゲート電極5が形成され
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
第3図に示した2DEGFETのノンドープチャネル層
3における伝導帯のポテンシャルプロファイル(ソース
−トレイン方向)を、第4図に示す。この図から解るよ
うに、チャネル中では低電界で電子のドリフト速度が低
電界移動度(μ。)と電界(E)との積で決まるオーム
性領域と、電子速度が一定値(Vsat)になる速度飽
和領域とか形成される。オーム性領域では電子のドリフ
ト速度か低いため、オーム性領域が長いほど遮断周波数
(ft’)は低下する。
FETにおいては、トレイン雑音電流〈1d)とゲート
雑音電流(i3)との間にキャパシティブな相関がある
ため、両者が打ち消し合う。これがFETが低雑音素子
である主な理由であると考えられている。スタッブ(S
tatz)らがアイ・イー・イー・イー・トランザクシ
ョンズ・オン・エレクトロン・デバイス(IEEE  
Transactions  on  E  I  e
 c t r o nDevices)、第ED−21
号、549頁(1974年)に報告したように、idと
16とか打ち消し合う効果はオーム性領域の長い素子で
は弱められる。これは以下のような理由である。
オーム性領域に発生する雑音電荷Aq (x)はXとと
もに符号が反転する。一方、雑音電流/1d(x)の符
号はXに依存しない。そのため、オーム性領域から発生
する雑音に伴うidと18との相関: は小さるなる。ここで、j =、/”T 、 ωは角周
波数L8はゲート長である。一方、速度飽和領域では、
A i d(x) =V、ataq (x)が成り立つ
ので、(1)の積分には打ち消し合う項は現われず、i
dと18との間には完全な相関が成り立つ。即ち、オー
ム性領域が長い素子ではftが低下するたけでなく、ド
レイン雑音とゲート雑音との相関が低下するために、雑
音指数が増加してしまう。
ゲート長とキャリア供給層厚の比(アスペクト比)が1
0程度の通常の2DEGFETでは、オーム性領域長の
ゲート長に対する割合(L1/L、)は0.5〜0.7
程度であることが知られている。このように、従来の2
DEGFETではL1/L、が比較的大きいことが素子
の低雑音化における障害となっていた。
本発明の目的は、チャネル層に変更を加えることにより
、オーム性領域長のゲート長に対する割合を低下させ、
雑音指数の一層の低減を可能にする2DEGFET構造
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に依れば、ノンドープチャネル層とn型不純物か
ドープされたキャリア供給層が積層され、ソース、ドレ
イン、ゲートの各電極が設けられた電界効果トランジス
タにおいて、ノンドープチャネル層はその実効的な電子
親和力がソースからドレインに向かうにしたがって増大
するような面内構造に依って形成されることを特徴とす
る電界効果トランジスタが得られ、 更に、かかる電界効果トランジスタにおいて、ノンドー
プチャネル層を形成する面内構造が電子親和力χ1を有
する第1半導体領域と電子親和力χ2 (χ1 〈χ2
)を有する第2半導体領域とが交互に隣接配置された面
内超格子構造から形成され、χ2はキャリア供給層にお
ける電子親和力χ、より大きいと共に、面内超格子を形
成する第2半導体領域の第1半導体領域に対する割合が
ソースからドレインに向かうにしたがって大きくなるこ
とを特徴とする電界効果トランジスタが得られる。
〔作用〕
オーム性領域はチャネルに沿った電界強度が速度飽和の
臨界電界(E3at)より小さい領域である。したがっ
て、オーム性領域長のゲート長に対する割合を低下させ
るためには、チャネルに沿って電子を加速する方向に内
部電界を与えてやればよい。即ち、ソースからドレイン
に向かうにしたがって実効的な電子親和力が増加するよ
うな構造にすればよい。これを実現するには、例えば、
チャネル層として電子親和力の異なる材料からなる面内
超格子を用い、電子親和力の大きい材料からなる領域(
量子井戸)の超格子方向の幅をソースからドレインに向
かうにしたがって大きくしてやればよい。なぜならば、
超格子における実効的な伝導帯の底は量子井戸における
電子の基底状態に位置すると考えられ、電子の基底準位
はソースからトレインに向かって量子井戸幅の大きくな
るにしたかって低下してくるからである。このことは、
電子親和力の大きい領域の電子親和力の小さい領域に対
する割合がソースからドレインに向かって漸増するもの
と解釈することもできる。このような面内超格子層をチ
ャネルとして用いることによって、電子を加速するよう
な内部電界が発生し、オーム性領域のゲート長に対する
割合が低下するため、ftが上昇するとともに、ドレイ
ン雑音とゲート雑音とが効率的に相殺されるようになり
、素子の一層の低雑音化が可能となる。
あるいは、面内構造としてチャネル層の組成を徐々に変
ることにより、実効的に電子親和力がドレインに向かう
にしたがって増加する構造とすることができる。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の2DEGFETの素子断面
模式図である。同図において、1,2゜4.5,6.7
は第3図におけるものと同じものを意味している。31
は面内超構造層であり、ソース電極6下のノンドープG
aAs領域31aゲート電極5直下のノンドープGaA
s/ノンドープI no、2 G ao、B A S面
内超格子領域31bおよびドレイン電極7直下のノンド
ープInO,2G a(1,B A S領域31cから
構成されている。本実施例の特長は、ノンドープI n
GaAsチャネル層を面内超構造層31に置き換えたこ
とにある。
このような素子は以下の様にして作製される。
S、1.GaAs基板1上に、次のようなエピタキシャ
ル層構造を成長する。各層の構造は以下のとうりである
バッファ層2:ノンドープGaAs。
膜厚1μm、 面内超構造層31:ノンドープGaAs/ノンドープI
 no、2 G aQ8A s 、膜厚100人、層3
1の細部構造はソースからドレインに向かう方向に次の
ように形成されている: (材料)    (幅) G a A s             : 31 
aInGaAs  20人      二31c、キャ
リア供給層4:n型A 1.)、2 Ga(,8As〈
ドーピング濃度3×1018/cm3)膜厚300人。
ここで、T nGaAsとG a A sとは格子定数
が異なるか、面内超格子層31をミスフィツト転移の起
る基板面に垂直な方向の臨界膜厚く約150人)以下に
することにより、弾性歪が格子不整を緩和する歪格子層
となり、良好な界面が形成されることが知られている。
n型AlGaAsのキャリア供給層4上にソース電極6
およびドレイン電極7を蒸着により形成後、アロイ処理
によりオーム性接触をとる。また、n型AlGaAsの
キャリア供給層4上には、ゲート電極5が形成される。
第1図に示した本実施例のチャネル層である面内超構造
層31における電界印加時の伝導帯のポテンシャルプロ
ファイル(ソース−ドレイン方向)を第2図に示す。こ
こで、面内超格子31bにおける】番目のI nGaA
s層内に形成される電子の基底準位E、 (口は、I 
nGaAs層の幅をり、とすると、以下のように表わさ
れる。
ここで、qは電子電荷 mNは電子有効質量、πは円周
率、2π6はブランク定数である。ソースからドレイン
に向かうにしたがってり、は増加するため、E1口ゝは
低下する。そのため、実効的な電子親和力は面内超格子
領域内でGaAsの値からI nGaAsの値に向かっ
て漸増する。この電子親和力の面内変化が電子を加速す
るような内部電界を生じ、チャネル中の速度飽和領域の
ゲート超に対する割合を増加する。その結果、〔作用〕
の項て述へたような理由で素子の一層の低雑音化が可能
となる。
本実施例ては、AlGaAs/I nGaAs系2DE
GFETを用いたが、本発明は勿論、通常のA I G
 a A s / G a A s系やA I GaA
s/Ga I nAs系等の他の材料系の2DEGFE
Tにも適用可能である。
また、本実施例では面内超格子を用いて実効的な電子親
和力かソースからドレインに向かうにしたがって増大す
るようにしたが、これはチャネルとしてIn、Ga1□
Asを用いてソースからトレインに向かて例えばx=O
〜0.2というようにInの組成比を連続的に変ること
によっても実現可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明は、2DEGFETにおいて、
実効的な電子親和力がソースからドレインに向かって漸
増するように、チャネルとして面内超格子層を用いるこ
とにより、速度飽和領域長のゲート長に対する割合が増
加し、f、が上昇するとともに、トレイン雑音とゲート
雑音とが効果的に相殺されるようになり、素子の一層の
低雑音化が可能になる。
31・・・面内超構造層、31a・・・ノンドープGa
As領域、3 l b−・・ノンドープI nGaAs
/ノンドープGaAs面内超格子領域、31c・・・ノ
ンドープI nGaAs領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ノンドープチャネル層とn型不純物がドープされた
    キャリア供給層とが積層され、ソース、ドレイン、ゲー
    トの各電極が設けられた電界効果トランジスタにおいて
    、 前記ノンドープチャネル層における実効的な電子親和力
    がソースからドレインに向うにしたがって増大する面内
    構造に依って形成されていることを特徴とする電界効果
    トランジスタ。 2、請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、 前記ノンドープチャネル層を形成する前記面内構造が、
    第1の電子親和力を有する第1半導体領域、並びに前記
    第1の電子親和力より大きくかつ前記キャリア供給層に
    おける第3の電子親和力より大きな第2の電子親和力を
    有する第2半導体領域が交互に隣接配置された面内超格
    子構造から形成され、 前記面内超格子構造を形成する前記第2半導体領域の前
    記第1半導体領域に対する割合が、ソースからドレイン
    に向かうにしたがって大きくなることを特徴とする電界
    効果トランジスタ。
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