JPH06120520A - 非線形の伝達特性をもつ電界効果トランジスタ - Google Patents
非線形の伝達特性をもつ電界効果トランジスタInfo
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 禁止帯幅の広い材料で構成されるバリア層１
８により隔てられ、多重の縦に積層されたチャンネル１
２，１４，１６を有する電界効果半導体装置を提供す
る。 【構成】 チャンネル１２，１４，１６は、禁止帯幅の
広いバッファ層１１上に形成され、各チャンネルはＮ型
ドレーン領域２２ｂに結合される。各チャンネルは、Ｎ
型ソース領域２５ｂにも結合される。ゲート電極１７に
適切なゲート・バイアスが印加されると、チャンネル１
２，１４，１６内の量子化エネルギ・レベルが一致し
て、Ｎチャンネル１２，１６の伝導帯へ移動するＰチャ
ンネル１４の価電子帯内の電子による自己ドーピングが
行われ、ピーク・チャンネルの導電性が図られる。ゲー
ト・バイアスがより高くなると、Ｎチャンネルの一方１
２は非導電性となり、負の抵抗領域を発生する。
８により隔てられ、多重の縦に積層されたチャンネル１
２，１４，１６を有する電界効果半導体装置を提供す
る。 【構成】 チャンネル１２，１４，１６は、禁止帯幅の
広いバッファ層１１上に形成され、各チャンネルはＮ型
ドレーン領域２２ｂに結合される。各チャンネルは、Ｎ
型ソース領域２５ｂにも結合される。ゲート電極１７に
適切なゲート・バイアスが印加されると、チャンネル１
２，１４，１６内の量子化エネルギ・レベルが一致し
て、Ｎチャンネル１２，１６の伝導帯へ移動するＰチャ
ンネル１４の価電子帯内の電子による自己ドーピングが
行われ、ピーク・チャンネルの導電性が図られる。ゲー
ト・バイアスがより高くなると、Ｎチャンネルの一方１
２は非導電性となり、負の抵抗領域を発生する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体装置に
関する。さらに詳しくは、高度に非線形の伝達特性を有
する自己整合電界効果トランジスタに関する。
関する。さらに詳しくは、高度に非線形の伝達特性を有
する自己整合電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】非線形の電流−電圧特性を有する半導体
装置により、より小型の装置内により大きな機能性を組
み込むことができる。このような装置をここでは、「多
機能（multi-functional）」装置と呼ぶ。近年、いくつ
かの多機能装置が開発された。このような装置の例とし
ては、エサキ・ダイオードおよび共鳴トンネル・ダイオ
ードがある。これらの装置の多くは、電子の共鳴トンネ
ル動作により起こされる負の差動抵抗を利用している。
装置により、より小型の装置内により大きな機能性を組
み込むことができる。このような装置をここでは、「多
機能（multi-functional）」装置と呼ぶ。近年、いくつ
かの多機能装置が開発された。このような装置の例とし
ては、エサキ・ダイオードおよび共鳴トンネル・ダイオ
ードがある。これらの装置の多くは、電子の共鳴トンネ
ル動作により起こされる負の差動抵抗を利用している。
【０００３】非線形ダイオードよりもデジタル論理用途
に有用であるのは、ゲインを設ける非線形３端子装置で
ある。共鳴トンネル・ホット電子トランジスタ（resona
nt tunneling hot electron transistor）およびバイポ
ーラ共鳴トンネル・トランジスタ（bipolar resonant t
unneling transistor ）は、現在入手可能な３端子装置
の例である。これらの装置は多少の非線形特性を示す
が、室温では観測される非線形性は小さく、液体窒素温
度以下で性能が向上する。現在入手可能な装置は、非常
に複雑な非平面過程によるバイポーラ・トランジスタ特
性も有し、高いスタンバイ電力を消費する。
に有用であるのは、ゲインを設ける非線形３端子装置で
ある。共鳴トンネル・ホット電子トランジスタ（resona
nt tunneling hot electron transistor）およびバイポ
ーラ共鳴トンネル・トランジスタ（bipolar resonant t
unneling transistor ）は、現在入手可能な３端子装置
の例である。これらの装置は多少の非線形特性を示す
が、室温では観測される非線形性は小さく、液体窒素温
度以下で性能が向上する。現在入手可能な装置は、非常
に複雑な非平面過程によるバイポーラ・トランジスタ特
性も有し、高いスタンバイ電力を消費する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】必要とされるのは、消
費電力が低く、高度に非線形の電流−電圧特性をもつ室
温用電界効果トランジスタである。
費電力が低く、高度に非線形の電流−電圧特性をもつ室
温用電界効果トランジスタである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】簡単に言うと、本発明の
利点は、Ｎ型ソース領域とＮ型ドレーン領域とを結合す
る２個のＮチャンネル量子ウェルを有する電界効果半導
体装置により達成される。各チャンネルの導電性は、ゲ
ート電極により制御される。この装置には、Ｐ型量子ウ
ェルと、Ｐ型層の反対面に形成され、Ｐ型層とは禁止帯
幅の広い材料で構成されるバリア層によって隔てられて
いる２つのＮ型量子ウェルとを含む。Ｐ型量子ウェル
は、Ｎ型量子ウェルの伝導帯エネルギよりも大きい価電
子帯エネルギを有する。Ｎチャンネル量子ウェルのそれ
ぞれは、異なるゲート・バイアスにおいて導電性を有
し、その結果、非線形の伝達特性が得られる。
利点は、Ｎ型ソース領域とＮ型ドレーン領域とを結合す
る２個のＮチャンネル量子ウェルを有する電界効果半導
体装置により達成される。各チャンネルの導電性は、ゲ
ート電極により制御される。この装置には、Ｐ型量子ウ
ェルと、Ｐ型層の反対面に形成され、Ｐ型層とは禁止帯
幅の広い材料で構成されるバリア層によって隔てられて
いる２つのＮ型量子ウェルとを含む。Ｐ型量子ウェル
は、Ｎ型量子ウェルの伝導帯エネルギよりも大きい価電
子帯エネルギを有する。Ｎチャンネル量子ウェルのそれ
ぞれは、異なるゲート・バイアスにおいて導電性を有
し、その結果、非線形の伝達特性が得られる。
【０００６】
【実施例】量子ウェル電界効果トランジスタの設計にお
ける主な問題は、ゲート電極の下のチャンネル領域の構
造である。なぜならチャンネル領域の性能がトランジス
タの性能全体を主に決定するからである。図１は、本発
明による電界効果トランジスタのチャンネル領域の非常
に簡単な断面図である。図１に示されるすべての材料層
は、実質的に単結晶エピタキシャル成長層である。この
ことは、それぞれのエピタキシャル層が下の基板と結晶
学的に和合性を有する材料で構成されることを必要とす
る。そのため、特定の実施例に関して以下に論じられる
電子材料の制約に加えて、材料の選択は結晶の性質によ
っても制限されることに留意されたい。本発明のエピタ
キシャル層は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ），分子
線エピタキシ（ＭＢＥ）または原子層エピタキシ（ＡＬ
Ｅ）などにより成長する。
ける主な問題は、ゲート電極の下のチャンネル領域の構
造である。なぜならチャンネル領域の性能がトランジス
タの性能全体を主に決定するからである。図１は、本発
明による電界効果トランジスタのチャンネル領域の非常
に簡単な断面図である。図１に示されるすべての材料層
は、実質的に単結晶エピタキシャル成長層である。この
ことは、それぞれのエピタキシャル層が下の基板と結晶
学的に和合性を有する材料で構成されることを必要とす
る。そのため、特定の実施例に関して以下に論じられる
電子材料の制約に加えて、材料の選択は結晶の性質によ
っても制限されることに留意されたい。本発明のエピタ
キシャル層は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ），分子
線エピタキシ（ＭＢＥ）または原子層エピタキシ（ＡＬ
Ｅ）などにより成長する。
【０００７】図１に示される実施例には、アンチモン化
アルミニウム（ＡｌＳｂ）またはアンチモン化アルミニ
ウム・ガリウム（ＡｌＧａＳｂ）などの材料で構成さ
れ、半絶縁性のヒ化ガリウムなどの支持結晶基板１０上
に形成された禁止帯幅の広いバッファ層１１が含まれ
る。他の禁止帯幅の広い材料も複合半導体装置において
は知られており、用いられるが、以下に説明されるよう
に、好適な実施例の上の層に用いられる他の材料との和
合性を図るためには、好適な実施例においてはＡｌＳｂ
が望ましい。
アルミニウム（ＡｌＳｂ）またはアンチモン化アルミニ
ウム・ガリウム（ＡｌＧａＳｂ）などの材料で構成さ
れ、半絶縁性のヒ化ガリウムなどの支持結晶基板１０上
に形成された禁止帯幅の広いバッファ層１１が含まれ
る。他の禁止帯幅の広い材料も複合半導体装置において
は知られており、用いられるが、以下に説明されるよう
に、好適な実施例の上の層に用いられる他の材料との和
合性を図るためには、好適な実施例においてはＡｌＳｂ
が望ましい。
【０００８】第１Ｎチャンネル量子ウェル１２が、バッ
ファ１１の上に形成され、禁止帯幅の広い材料で構成さ
れる第１バリア層１８により覆われる。第１Ｎチャンネ
ル量子ウェル１２はＩｎＡｓにより構成され、少なくと
も１０ナノメータ厚の範囲にある。
ファ１１の上に形成され、禁止帯幅の広い材料で構成さ
れる第１バリア層１８により覆われる。第１Ｎチャンネ
ル量子ウェル１２はＩｎＡｓにより構成され、少なくと
も１０ナノメータ厚の範囲にある。
【０００９】第１バリア層１８を覆うようにＰチャンネ
ル量子ウェル１４が形成される。好適な実施例において
は、Ｐチャンネル量子ウェル１４は５ないし２０ナノメ
ータ厚の範囲内で、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）
で構成される。Ｐチャンネル量子ウェル１４は、希望に
より、直接ドーピングするか、あるいは変調ドーピング
法によりドーピングして導電率を改善することができる
が、好適な実施例においては、移動度を最大にするため
に未ドーピング状態のままにする。Ｐチャンネル量子ウ
ェル１４は、約３ナノメータの厚みで、ＡｌＳｂまたは
ＡｌＧａＳｂなどの禁止帯幅の広い材料で構成される第
２バリア層１８により覆われる。
ル量子ウェル１４が形成される。好適な実施例において
は、Ｐチャンネル量子ウェル１４は５ないし２０ナノメ
ータ厚の範囲内で、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）
で構成される。Ｐチャンネル量子ウェル１４は、希望に
より、直接ドーピングするか、あるいは変調ドーピング
法によりドーピングして導電率を改善することができる
が、好適な実施例においては、移動度を最大にするため
に未ドーピング状態のままにする。Ｐチャンネル量子ウ
ェル１４は、約３ナノメータの厚みで、ＡｌＳｂまたは
ＡｌＧａＳｂなどの禁止帯幅の広い材料で構成される第
２バリア層１８により覆われる。
【００１０】第２Ｎチャンネル量子ウェル１６が、Ｐチ
ャンネル量子ウェル１４上に形成され、バリア層１８に
よりＰチャンネル量子ウェル１４から隔てられる。Ｎチ
ャンネル量子ウェル１６は、５ないし２０ナノメータの
厚みで、好適な実施例においては、ヒ化インジウム（Ｉ
ｎＡｓ）などの材料で構成される。別のバリア層１８が
第２Ｎチャンネル量子ウェル１６の上に形成され、これ
が最上層のバリア層であるためにキャップ層として機能
する。この最上バリア層１８も、ＡｌＳｂまたはＡｌＧ
ａＳｂなどの禁止帯幅の広い材料で構成され、好適な実
施例においては、約１０ナノメータの厚さである。Ｎチ
ャンネル量子ウェル１６は、実質的に未ドーピング状態
であることが望ましく、移動度を最大にするためにバリ
ア層内に電荷供給層を置く必要はないので、チャンネル
の効率が増大する。
ャンネル量子ウェル１４上に形成され、バリア層１８に
よりＰチャンネル量子ウェル１４から隔てられる。Ｎチ
ャンネル量子ウェル１６は、５ないし２０ナノメータの
厚みで、好適な実施例においては、ヒ化インジウム（Ｉ
ｎＡｓ）などの材料で構成される。別のバリア層１８が
第２Ｎチャンネル量子ウェル１６の上に形成され、これ
が最上層のバリア層であるためにキャップ層として機能
する。この最上バリア層１８も、ＡｌＳｂまたはＡｌＧ
ａＳｂなどの禁止帯幅の広い材料で構成され、好適な実
施例においては、約１０ナノメータの厚さである。Ｎチ
ャンネル量子ウェル１６は、実質的に未ドーピング状態
であることが望ましく、移動度を最大にするためにバリ
ア層内に電荷供給層を置く必要はないので、チャンネル
の効率が増大する。
【００１１】ゲート電極１７は、バリア層１８の上面に
配置された導電性材料により構成される。ゲート電極１
７は最上のバリア層１８とショットキー接触を行う。Ｎ
型ドレーン領域２２ｂが最上バリア層１８の表面から、
Ｎチャンネル量子ウェル１６，中間バリア層１８および
Ｐチャンネル量子ウェル１４を通って延在する。ドレー
ン領域２２ｂは、イオン注入および熱活性／再配分など
の従来のドーピングおよび拡散方法により形成される。
Ｎ型ソース領域２５ｂがゲート電極１７の反対面に形成
され、これも既知のドーピング方法を用いて行われる。
ゲート電極１７は、ドレーン領域２２ｂおよびソース領
域２５ｂを形成するためのマスクとして機能することが
好ましく、これにより装置の製造が簡素化される。
配置された導電性材料により構成される。ゲート電極１
７は最上のバリア層１８とショットキー接触を行う。Ｎ
型ドレーン領域２２ｂが最上バリア層１８の表面から、
Ｎチャンネル量子ウェル１６，中間バリア層１８および
Ｐチャンネル量子ウェル１４を通って延在する。ドレー
ン領域２２ｂは、イオン注入および熱活性／再配分など
の従来のドーピングおよび拡散方法により形成される。
Ｎ型ソース領域２５ｂがゲート電極１７の反対面に形成
され、これも既知のドーピング方法を用いて行われる。
ゲート電極１７は、ドレーン領域２２ｂおよびソース領
域２５ｂを形成するためのマスクとして機能することが
好ましく、これにより装置の製造が簡素化される。
【００１２】その後、ドレーン導体２２ａが形成され
て、ドレーン領域２２ｂに対してオーミック接触を行
う。同様に、ソース導体２５ａが形成されて、ソース領
域２５ｂに対してオーミック接触を行う。ここで用いら
れる場合は、ドレーン電極２２にはドレーン導体２２ａ
とドレーン領域２２ｂの両方が含まれ、ソース電極２５
にはソース導体２５ａとソース領域２５ｂの両方が含ま
れる。
て、ドレーン領域２２ｂに対してオーミック接触を行
う。同様に、ソース導体２５ａが形成されて、ソース領
域２５ｂに対してオーミック接触を行う。ここで用いら
れる場合は、ドレーン電極２２にはドレーン導体２２ａ
とドレーン領域２２ｂの両方が含まれ、ソース電極２５
にはソース導体２５ａとソース領域２５ｂの両方が含ま
れる。
【００１３】図１に示される装置の動作は、図２ないし
図４に示される禁止帯幅の図を参照して理解することが
できる。Ｐチャンネル量子ウェル１４およびＮチャンネ
ル量子ウェル１６のための独自の材料は、Ｐチャンネル
量子ウェル１４がＮチャンネル量子ウェル１６の伝導帯
エネルギよりも大きな価電子帯エネルギを持つことで選
択される。これに関しては以下にさらに明らかにされ
る。伝導帯エネルギ（Ｅc ）および価電子帯エネルギ
（Ｅv ）は、図２ないし図４の禁止帯幅の図に示され
る。図２ないし図４においては、縦軸が相対エネルギを
電子ボルトで示し、横軸は図１に示される装置構造内の
厚みまたは深さを表す。図の左側が上面で、図の右側が
バッファ層１１である。
図４に示される禁止帯幅の図を参照して理解することが
できる。Ｐチャンネル量子ウェル１４およびＮチャンネ
ル量子ウェル１６のための独自の材料は、Ｐチャンネル
量子ウェル１４がＮチャンネル量子ウェル１６の伝導帯
エネルギよりも大きな価電子帯エネルギを持つことで選
択される。これに関しては以下にさらに明らかにされ
る。伝導帯エネルギ（Ｅc ）および価電子帯エネルギ
（Ｅv ）は、図２ないし図４の禁止帯幅の図に示され
る。図２ないし図４においては、縦軸が相対エネルギを
電子ボルトで示し、横軸は図１に示される装置構造内の
厚みまたは深さを表す。図の左側が上面で、図の右側が
バッファ層１１である。
【００１４】Ｎチャンネル量子ウェル１２，１６と、Ｐ
チャンネル量子ウェル１４とは、禁止帯幅の広いバリア
１８により互いに隔てられている。第１正孔（hole）状
態に関する量子化エネルギ・レベル（εh14 ）は、Ｐチ
ャンネル量子ウェル１４内にあり、量子ウェル１４内の
破線により示される。εh14は、Ｐチャンネル量子ウェ
ル１４の価電子帯エネルギよりも多少低いエネルギにあ
る。εh14 の正確なエネルギは、量子ウェル１４の厚み
により決定される。εh14 は、Ｐチャンネル量子ウェル
１４内の正孔の最小エネルギである。
チャンネル量子ウェル１４とは、禁止帯幅の広いバリア
１８により互いに隔てられている。第１正孔（hole）状
態に関する量子化エネルギ・レベル（εh14 ）は、Ｐチ
ャンネル量子ウェル１４内にあり、量子ウェル１４内の
破線により示される。εh14は、Ｐチャンネル量子ウェ
ル１４の価電子帯エネルギよりも多少低いエネルギにあ
る。εh14 の正確なエネルギは、量子ウェル１４の厚み
により決定される。εh14 は、Ｐチャンネル量子ウェル
１４内の正孔の最小エネルギである。
【００１５】同様にεe12 ，εe16 はそれぞれ、Ｎチャ
ンネル量子ウェル１２，１６内の第１電子状態に関する
量子化エネルギレベルを示す。εe12 ，εe16 は、Ｎチ
ャンネル量子ウェル１２，１６の伝導帯エネルギよりも
多少高い値にあり、これらもＮチャンネル量子ウェル１
２，１６の厚みにより決定される。△εは、Ｐチャンネ
ル量子ウェル１４内の価電子帯エネルギとＮチャンネル
量子ウェル１２，１６の伝導帯エネルギとの差である。
量子ウェルのためにＧａＳｂおよびＩｎＡｓが用いられ
るときは、△εは約０．１７５ｅＶである。
ンネル量子ウェル１２，１６内の第１電子状態に関する
量子化エネルギレベルを示す。εe12 ，εe16 は、Ｎチ
ャンネル量子ウェル１２，１６の伝導帯エネルギよりも
多少高い値にあり、これらもＮチャンネル量子ウェル１
２，１６の厚みにより決定される。△εは、Ｐチャンネ
ル量子ウェル１４内の価電子帯エネルギとＮチャンネル
量子ウェル１２，１６の伝導帯エネルギとの差である。
量子ウェルのためにＧａＳｂおよびＩｎＡｓが用いられ
るときは、△εは約０．１７５ｅＶである。
【００１６】前述のように、εe12 ，εe16 ，εh14
は、量子ウェルの厚みにより可変する。たとえば、Ｐチ
ャンネル量子ウェル１４がもっと薄くなると、εh はＥ
v からもっと隔てられる。同様に、Ｎチャンネル量子ウ
ェル１２，１６がもっと薄くなると、εe12 ，εe16 は
Ｅc からもっと隔てられる。図１に示される自己ドーピ
ング構造のこの状態を用いて、空乏モードと強化モード
特性の両方を有するＨＦＥＴ構造を作成することができ
る。バリア１８の厚みは、Ｎチャンネル量子ウェル１
２，１６内の電子波関数と、隣接するＰチャンネル量子
ウェル１４内の正孔波関数とが重複することができるよ
うに設計される。言い換えれば、バリア１８は、電荷キ
ャリアがＰチャンネル量子ウェル１４ゲートと隣接する
Ｎチャンネル量子ウェルとの間を結合できるほど薄い。
動作中は、電圧がゲート電極１７に印加され、これが
表面からより遠くに配置された量子ウェルに関して表面
により近いところに配置された量子ウェルのエネルギ帯
を上下させることにより禁止帯の関係を変化させる。図
２は、ゲート電極１７にバイアスが印加されていない状
態のこの動作を示す。バイアスがゼロのとき、εh14
は、εe12 より大きいので、Ｐチャンネル量子ウェル１
４の価電子帯内の電子は、第２Ｎチャンネル量子ウェル
１２の伝導帯のほうへ移動する。この状態によりＮチャ
ンネル１２およびＰチャンネル１４の両方に自由電荷キ
ャリアが発生するが、これらの自由電荷キャリアはゲー
ト電極１７により発生したショットキー接触電位により
まず空にされる。Ｎチャンネル量子ウェル１６は、ε
e16 がεh14 よりも大きいので、未ドーピング状態のま
まになる。このため、バイアスがゼロのときは、３個す
べてのチャンネルが空のまま、すなわちキャリアがない
状態になり、導電性を持たない。これは図５に示される
電流電圧特性の状態「Ａ」により表される。
は、量子ウェルの厚みにより可変する。たとえば、Ｐチ
ャンネル量子ウェル１４がもっと薄くなると、εh はＥ
v からもっと隔てられる。同様に、Ｎチャンネル量子ウ
ェル１２，１６がもっと薄くなると、εe12 ，εe16 は
Ｅc からもっと隔てられる。図１に示される自己ドーピ
ング構造のこの状態を用いて、空乏モードと強化モード
特性の両方を有するＨＦＥＴ構造を作成することができ
る。バリア１８の厚みは、Ｎチャンネル量子ウェル１
２，１６内の電子波関数と、隣接するＰチャンネル量子
ウェル１４内の正孔波関数とが重複することができるよ
うに設計される。言い換えれば、バリア１８は、電荷キ
ャリアがＰチャンネル量子ウェル１４ゲートと隣接する
Ｎチャンネル量子ウェルとの間を結合できるほど薄い。
動作中は、電圧がゲート電極１７に印加され、これが
表面からより遠くに配置された量子ウェルに関して表面
により近いところに配置された量子ウェルのエネルギ帯
を上下させることにより禁止帯の関係を変化させる。図
２は、ゲート電極１７にバイアスが印加されていない状
態のこの動作を示す。バイアスがゼロのとき、εh14
は、εe12 より大きいので、Ｐチャンネル量子ウェル１
４の価電子帯内の電子は、第２Ｎチャンネル量子ウェル
１２の伝導帯のほうへ移動する。この状態によりＮチャ
ンネル１２およびＰチャンネル１４の両方に自由電荷キ
ャリアが発生するが、これらの自由電荷キャリアはゲー
ト電極１７により発生したショットキー接触電位により
まず空にされる。Ｎチャンネル量子ウェル１６は、ε
e16 がεh14 よりも大きいので、未ドーピング状態のま
まになる。このため、バイアスがゼロのときは、３個す
べてのチャンネルが空のまま、すなわちキャリアがない
状態になり、導電性を持たない。これは図５に示される
電流電圧特性の状態「Ａ」により表される。
【００１７】バイアスがゲート電極１７に印加される
と、相対バンド・エネルギは図３に示されるようにずれ
る。この場合、Ｎチャンネル１２，１６の両方がＰチャ
ンネル１４の価電子帯からきた電子により満たされる。
さらに、Ｐチャンネル１４の価電子帯は、電子がＮチャ
ンネル１２，１４に向かって離れるために正孔で満たさ
れる。εe12 ，εh14 ，εe16 が一致するゲート・バイ
アスにおいては、ドレーン領域２２ｂからソース領域２
５ｂに流れる高いピーク電流が得られるが、これは図５
の点「Ｂ」により示される。電子は、ドレーン領域２２
から、Ｎチャンネル量子ウェル１２，１６を通り移動す
る。
と、相対バンド・エネルギは図３に示されるようにずれ
る。この場合、Ｎチャンネル１２，１６の両方がＰチャ
ンネル１４の価電子帯からきた電子により満たされる。
さらに、Ｐチャンネル１４の価電子帯は、電子がＮチャ
ンネル１２，１４に向かって離れるために正孔で満たさ
れる。εe12 ，εh14 ，εe16 が一致するゲート・バイ
アスにおいては、ドレーン領域２２ｂからソース領域２
５ｂに流れる高いピーク電流が得られるが、これは図５
の点「Ｂ」により示される。電子は、ドレーン領域２２
から、Ｎチャンネル量子ウェル１２，１６を通り移動す
る。
【００１８】あるいは、Ｎチャンネル１２，１４の厚み
がεh14 と同時に一致しないように設計することもでき
る。この場合は、１つのチャンネルしか電荷を運ばない
のでピーク電流はそれほど高くならない。一方、この設
計を用いると、図５の点Ｂにおいて示されるようにε
h14 がεe12 と一致するときに第１ピーク電流が起こ
り、εh14 がεe16 と一致するときに第２ピーク電流が
起こる（図示せず）ので、より非線形の出力が得られ
る。
がεh14 と同時に一致しないように設計することもでき
る。この場合は、１つのチャンネルしか電荷を運ばない
のでピーク電流はそれほど高くならない。一方、この設
計を用いると、図５の点Ｂにおいて示されるようにε
h14 がεe12 と一致するときに第１ピーク電流が起こ
り、εh14 がεe16 と一致するときに第２ピーク電流が
起こる（図示せず）ので、より非線形の出力が得られ
る。
【００１９】図４に示されるように、さらにゲート・バ
イアスが印加されるとεe12 はεh14 よりも高くなり、
その結果、Ｎチャンネル量子ウェル１２の伝導帯内の電
子はＰチャンネル量子ウェル１４の価電子帯のほうに移
動する。このために、Ｐチャンネル量子ウェル１４およ
びＮチャンネル量子ウェル１２内の電荷が小さくなり、
基本的に非導電性となる。この点は図５に位置「Ｃ」で
示され、このゲート・バイアスにおける鋭い降下を表
す。図５の位置Ｂから位置Ｃまでは負の抵抗であり、こ
のときゲート・バイアスが増大すると電流は低くなる。
最後にゲート・バイアスの大きさがさらに増大すると、
Ｎチャンネル量子ウェル１６は単独チャンネル電界効果
トランジスタのように振舞い始めて、装置の幾何学的形
状およびドーピングにより決定される飽和点まで増分的
に導電性を持つ。このバイアスは図５の領域「Ｄ」によ
り示され、電流の上昇を示す。
イアスが印加されるとεe12 はεh14 よりも高くなり、
その結果、Ｎチャンネル量子ウェル１２の伝導帯内の電
子はＰチャンネル量子ウェル１４の価電子帯のほうに移
動する。このために、Ｐチャンネル量子ウェル１４およ
びＮチャンネル量子ウェル１２内の電荷が小さくなり、
基本的に非導電性となる。この点は図５に位置「Ｃ」で
示され、このゲート・バイアスにおける鋭い降下を表
す。図５の位置Ｂから位置Ｃまでは負の抵抗であり、こ
のときゲート・バイアスが増大すると電流は低くなる。
最後にゲート・バイアスの大きさがさらに増大すると、
Ｎチャンネル量子ウェル１６は単独チャンネル電界効果
トランジスタのように振舞い始めて、装置の幾何学的形
状およびドーピングにより決定される飽和点まで増分的
に導電性を持つ。このバイアスは図５の領域「Ｄ」によ
り示され、電流の上昇を示す。
【００２０】以上、性能が改善され、非線形の伝達特性
を有する電界効果装置が提供されたことが理解いただけ
よう。本発明による多重チャンネル装置構造により、Ｆ
ＥＴ技術のために優れた材料を最適に利用することがで
きるだけでなく、高度に非線形の出力を得て機能性を改
善することができる。
を有する電界効果装置が提供されたことが理解いただけ
よう。本発明による多重チャンネル装置構造により、Ｆ
ＥＴ技術のために優れた材料を最適に利用することがで
きるだけでなく、高度に非線形の出力を得て機能性を改
善することができる。
【図１】本発明により作成された非線形の伝達特性を有
する電界効果装置の一部の非常に簡単な断面図である。
する電界効果装置の一部の非常に簡単な断面図である。
【図２】図１に示される構造にゲート・バイアスが印加
されていない状態のバンド図である。
されていない状態のバンド図である。
【図３】図１に示される構造に第１ゲート・バイアスが
印加されている状態のバンド図である。
印加されている状態のバンド図である。
【図４】図１に示される構造に第２ゲート・バイアスが
印加されている状態のバンド図である。
印加されている状態のバンド図である。
【図５】図１に示される装置の伝達特性である。
１０ 基板 １１ バッファ層 １２，１４，１６ 量子ウェル １７ ゲート電極 １８ バリア層 ２２ ドレーン電極 ２２ａ ドレーン導体 ２２ｂ ドレーン領域 ２５ ソース電極 ２５ａ ソース導体 ２５ｂ ソース領域
フロントページの続き (72)発明者 ジュン・シェン アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 エス・トゥエンティフィフス・プレイス 14654 (72)発明者 サイード・テラーニ アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデイ ル、イー・サン・アルフレド・ドライブ 8602
Claims (2)
- 【請求項１】 結晶性基板（１０）；禁止帯幅の広い材
料で構成され、前記基板上に形成されたバッファ層（１
１）；前記バッファ層上に形成された、第１材料組成の
第１Ｎチャンネル量子ウェル（１２）；禁止帯幅の広い
材料で構成され、前記第１Ｎチャンネル量子ウェル（１
２）を覆う第１バリア層（１８）；前記第１バリア層
（１８）上に形成され、第２材料組成のＰチャンネル量
子ウェル（１４）；前記の禁止帯幅の広い材料で構成さ
れ、前記Ｐチャンネル量子ウェル（１４）を覆う第２バ
リア層（１８）；前記第２バリア層（１８）上に配置さ
れる、第１材料組成の第２Ｎチャンネル量子ウェル（１
６）であって、前記第２材料組成が前記第１材料組成の
伝導帯エネルギよりも大きな価電子帯エネルギを有する
第２Ｎチャンネル量子ウェル（１６）；前記の禁止帯幅
の広い材料で構成され、前記第２Ｎチャンネル量子ウェ
ル（１６）を覆うキャップ層（１８）；前記キャップ層
の上に配置されたゲート電極（１７）；前記ゲート電極
の一面に形成されたＮ型ドレーン領域（２２）；および
前記ゲート電極の反対面に形成されたＮ型ソース領域
（２５）であって、前記ソースおよびドレーン領域が前
記キャップ層の上面から、前記キャップ層，前記第１Ｎ
チャンネル量子ウェル，前記第２バリア層，前記Ｐチャ
ンネル量子ウェル，前記第１バリアおよび前記第１Ｎチ
ャンネル量子ウェルを通って延在し、前記第１および第
２Ｎチャンネル量子ウェル内にドレーン−ソース電流が
流れて、前記Ｐチャンネル量子ウェル内には流れないソ
ース領域（２５）；によって構成されることを特徴とす
る非線形の伝達特性を有する電界効果トランジスタ。 - 【請求項２】 半絶縁性結晶性基板（１０）；禁止帯幅
の広い材料で構成され、前記基板を覆うバッファ層（１
１）；第１の禁止帯幅の狭い材料で構成され、前記バッ
ファ層（１１）の一部を覆う第１Ｎチャンネル（１
２）；禁止帯幅の広い材料で構成され、前記第１チャン
ネルを覆う第１バリア（１８）；第２の禁止帯幅の狭い
材料で構成され、前記第１バリア層（１８）を覆うＰチ
ャンネル（１４）；前記の禁止帯幅の広い材料で構成さ
れ、前記Ｐチャンネル（１４）を覆う第２バリア（１
８）；前記の第１の禁止帯幅の狭い材料で構成され、前
記第２バリア層を覆う第２Ｎチャンネル（１６）；前記
の禁止帯幅の広い材料で構成され、前記第２チャンネル
を覆い、キャップ層として機能する第３バリア（１
８）；前記第３バリアの上面に形成され、前記第３バリ
アに対してショットキー接触を行うゲート電極（１
７）；前記ゲート電極の第１面上で、前記チャンネルの
それぞれに結合されたＮ型ドレーン領域（２２）；およ
び前記ゲート電極の反対面上で、前記チャンネルのそれ
ぞれに結合されたＰ型ソース領域（２５）であって前記
Ｎ型ソース（２５）およびドレーン（２２）領域が前記
Ｐチャンネル（１４）に対する接触を電気的に阻止する
領域；によって構成されることを特徴とする非線形の伝
達特性を有する電界効果トランジスタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/894,989 US5412224A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Field effect transistor with non-linear transfer characteristic |
| US894989 | 1992-06-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120520A true JPH06120520A (ja) | 1994-04-28 |
| JP2929899B2 JP2929899B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=25403790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5154568A Expired - Fee Related JP2929899B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-06-02 | 非線形の伝達特性をもつ電界効果トランジスタ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5412224A (ja) |
| JP (1) | JP2929899B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0406475B1 (en) * | 1989-07-06 | 1994-03-02 | Higashi Hiroshima Golf Shinko K.K. | Automatic food frying and vending system |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10190003A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-07-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| AUPP147398A0 (en) | 1998-01-23 | 1998-02-19 | Defence Science And Technology Organisation | Dual non-parallel electronic field electro-optic effect device |
| US6426514B1 (en) * | 1999-01-22 | 2002-07-30 | Defence Science And Technology Organisation | Dual non-parallel electronic field electro-optic effect device |
| JP2001284576A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-12 | Toshiba Corp | 高電子移動度トランジスタ及びその製造方法 |
| JP3925253B2 (ja) * | 2002-03-15 | 2007-06-06 | 住友電気工業株式会社 | 横型接合型電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
| KR100481209B1 (ko) * | 2002-10-01 | 2005-04-08 | 삼성전자주식회사 | 다중 채널을 갖는 모스 트랜지스터 및 그 제조방법 |
| JP4796329B2 (ja) * | 2004-05-25 | 2011-10-19 | 三星電子株式会社 | マルチ−ブリッジチャンネル型ｍｏｓトランジスタの製造方法 |
| KR100625177B1 (ko) * | 2004-05-25 | 2006-09-20 | 삼성전자주식회사 | 멀티-브리지 채널형 모오스 트랜지스터의 제조 방법 |
| JP4634874B2 (ja) | 2005-06-28 | 2011-02-16 | 株式会社東芝 | 磁気記録媒体の製造方法 |
| US7544572B2 (en) * | 2005-11-30 | 2009-06-09 | Advanced Micro Devices, Inc. | Multi-operational mode transistor with multiple-channel device structure |
| US7518165B2 (en) * | 2006-09-14 | 2009-04-14 | Teledyne Licensing, Llc | Epitaxial nucleation and buffer sequence for via-compatible InAs/AlGaSb HEMTs |
| US7820541B2 (en) * | 2006-09-14 | 2010-10-26 | Teledyne Licensing, Llc | Process for forming low defect density heterojunctions |
| US7808016B2 (en) * | 2006-09-14 | 2010-10-05 | Teledyne Licensing, Llc | Heterogeneous integration of low noise amplifiers with power amplifiers or switches |
| JP4382843B2 (ja) | 2007-09-26 | 2009-12-16 | 株式会社東芝 | 磁気記録媒体およびその製造方法 |
| US8294137B2 (en) * | 2009-01-02 | 2012-10-23 | Faquir Chand Jain | Twin-drain spatial wavefunction switched field-effect transistors |
| US7989842B2 (en) * | 2009-02-27 | 2011-08-02 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Method and apparatus for heterojunction barrier diode detector for ultrahigh sensitivity |
| CN111435681B (zh) * | 2017-10-18 | 2023-10-27 | 汉阳大学校产学协力团 | 层、多级元件、多级元件制造方法和驱动多级元件的方法 |
| US10978561B2 (en) | 2017-10-18 | 2021-04-13 | Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Layer, multilevel element, method for fabricating multilevel element, and method for driving multilevel element |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4207122A (en) * | 1978-01-11 | 1980-06-10 | International Standard Electric Corporation | Infra-red light emissive devices |
| US4195305A (en) * | 1978-09-25 | 1980-03-25 | Varian Associates, Inc. | Lattice constant grading in the Aly Ga1-y As1-x Sbx alloy system |
| JPS5963769A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 高速半導体素子 |
| JPS59100577A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-09 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPH0654784B2 (ja) * | 1984-06-11 | 1994-07-20 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置 |
| JPS6245064A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-27 | Sony Corp | 半導体素子 |
| FR2586804B1 (fr) * | 1985-08-30 | 1989-03-31 | Centre Nat Rech Scient | Procede et dispositif de photo-detection rapide a l'aide d'un superreseau |
| US4793951A (en) * | 1986-08-26 | 1988-12-27 | Tillotson, Ltd. | Carburetor fuel primer |
-
1992
- 1992-06-08 US US07/894,989 patent/US5412224A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-02 JP JP5154568A patent/JP2929899B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0406475B1 (en) * | 1989-07-06 | 1994-03-02 | Higashi Hiroshima Golf Shinko K.K. | Automatic food frying and vending system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2929899B2 (ja) | 1999-08-03 |
| US5412224A (en) | 1995-05-02 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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