JPH07153780A - 線形電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広いダイナミックレンジを有する電界効果ト
ランジスタを得る。 【構成】 本トランジスタは、ソースとドレインとの間
にチャンネルを含み、前記チャンネルが：第１のドーピ
ング濃度を有する第１の半導体材料の第１の領域２２；
第１の領域２２の上に形成された第２のドーピング濃度
を有する第２の半導体材料の第２の領域２０；前記第１
のドーピング濃度が前記第２および第３のドーピング濃
度よりも高くなるように、第２の領域２０の上に形成さ
れた第３のドーピング濃度を有する前記第１の半導体材
料の第３の領域１８；および前記第３の領域１８の上に
形成されたゲート電極１２を含み；これによって前記チ
ャンネル中を流れる電流が主として前記第１の領域２２
を、あるいは前記ゲート電極１２上の電圧を変化させる
ことで主として前記第２の領域２０を流れるようにでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的には電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）に関するものであり、更に詳細には
広いダイナミックレンジを有するＦＥＴに関する。

【０００２】

【従来の技術】実際の増幅器は少なくとも２つの制限因
子：雑音と非線形性とによって理想的な増幅器に到達で
きない。増幅された信号に加わる雑音は低レベル信号
の”質”を劣化させ、他方、デバイスの非線形性は大振
幅の信号を歪ませる。能動的なデバイスが電力増幅を行
うことのできる有効な範囲はダイナミックレンジと呼ば
れる。増幅可能な最も低レベルの信号は内部的なデバイ
ス雑音によって支配される。増幅可能な最も高レベルの
信号は、歪みをもたらすデバイス非線形性によって決ま
る。雑音を最小化し、デバイス線形性を最大化すること
に加えて、これを達成するのに要するＤＣ（直流）電力
を最小化することもまた望まれる。この要求はしばし
ば、供給されるＤＣ電力に対する（特定の歪みレベルに
おける）最大マイクロ波出力電力の比に等しい良度指数
で表される。この良度指数に関して歪みのレベルを指定
する従来の方法は第３次高調波出力交差点、あるいは単
にＯＩＰ３と呼ばれるものである。このＯＩＰ３法は周
波数がわずかに異なるが、パワーは本質的に等しい大き
さで調節可能な２つの入力信号に対して適用される。基
本周波数出力電力と第３次相互変調出力中の電力をそれ
ぞれ入力電力に対してプロットし、それらを直線的に外
挿する。それら２つの外挿線の交差点がＯＩＰ３振幅で
あり、出力電力（縦）軸からｄＢｍ値で読みとられる。

【０００３】増幅器のダイナミックレンジを改善するた
めの試みは少なくとも２つのカテゴリーに分類できる：
回路的な方法と、能動デバイスそのものの内部的な改善
とである。フィードフォーワードやプレディストーショ
ン等の回路的な方法は有効ではあるが、複雑で電力を消
費する回路になりがちである。マイクロ波ＦＥＴ領域で
のデバイスの内部的な改善は、もっぱら線形な伝達特性
を有するデバイス、すなわち一定の相互コンダクタンス
ｇ_m ＝ΔＩ_DS/ ΔＶ_GS（相互コンダクタンスはドレイン
電流の変化をゲート電圧の変化で割ったものに等しい）
を有するＦＥＴを作製する方向に集中している。

【０００４】ＷｉｌｌｉａｍｓとＳｈａｗ（ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｄ
ｅｖｉｃｅｓの１９７８年７月号、第ＥＤ−２５巻、第
６号の頁６００−６０５に発表された論文”Ｇｒａｄｅ
ｄ Ｃｈａｎｎｅｌ ＦＥＴ’ｓ：Ｉｍｐｒｏｖｅｄ
Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒ
ｅ（グレーデドチャンネルＦＥＴ：線形性および雑音指
数の改善）”参照）は、このテーマに関する彼らの理論
的な研究の中で、すべてのゲート電圧において一定の相
互コンダクタンスを維持するために特別なドーピング分
布を利用することを強調している。Ｃｈｕ等（ＩＥＥＥ
−ＭＴＴ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗ
ａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ １９９１
の頁７３５−７２８に発表された論文”Ａ Ｈｉｇｈｌ
ｙ ｌｉｎｅａｒ ＭＥＳＦＥＴ（線形性に優れたＭＥ
ＳＦＥＴ）”参照）によって用いられた構造は、一定の
ｇｍを達成するものの、非常に複雑で、従来のエッチン
グ技術を用いてそのゲート領域を再現性よく作製するこ
とは困難である。本出願人は既に上に述べた従来技術の
ものよりももっと簡単な構造で同様な効果を得る構造を
提案している（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓの１９９１年５月２３日発行の第２７巻、第１１号の
頁９４５−９４６に発表されたＩｋａｌａｉｎｅｎとＷ
ｉｔｋｏｗｓｋｉによる論文”Ｈｉｇｈ Ｄｙｎａｍｉ
ｃ Ｒａｎｇｅ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ＦＥＴ（広ダイ
ナミックレンジのマイクロ波ＦＥＴ）”参照）。

【０００５】

【発明の概要】従来技術では、広範囲で線形動作特性を
示し、従って広いダイナミックレンジを有するトランジ
スタを作製するための試みとして、ゲート電圧に対して
線形な相互コンダクタンスを示す特性を維持することに
集中してきた。ここに開示される基板材料構造は複数の
ドーパント層を用いたもので、それの１つ（典型的には
低濃度にドープされたインジウムガリウム砒素、ＩｎＧ
ａＡｓ）は高濃度にドープされたＧａＡｓよりも高い電
子移動度と飽和速度を有している。これによって、この
基板上に作製されるＦＥＴの相互コンダクタンスを、ゲ
ート電圧に対してわずかに非線形な相互コンダクタンス
になるように精密に制御することが可能となる。本発明
の制御された相互コンダクタンスの非線形性は、ＧａＡ
ｓ電界効果トランジスタ固有の非線形な出力コンダクタ
ンスを補償できる。従来技術の構造もしばしばこの望ま
しい非線形性をわずかに示すことがあったが、それの物
理的な根源はそれらの構造の中で良く理解されておらず
また予測もできなかった。それに較べて、ここに述べる
構造はエピタキシャル層の設計を選択することによっ
て、増減自由な望ましい相互コンダクタンスの非線形性
を作り出すことができる。

【０００６】本発明の１つの態様において、電界効果ト
ランジスタが開示され、そのトランジスタは：ソースと
ドレインとの間にチャンネルを含み、前記チャンネル
は、第１のドーピング濃度を有する第１の半導体材料の
第１の領域、前記第１の領域の上に位置し、第２のドー
ピング濃度を有する第２の半導体材料の第２の領域、前
記第２の領域の上に位置し、前記第１のドーピング濃度
が前記第２および第３のドーピング濃度よりも高くなる
ようにドープされた、第３のドーピング濃度を有する前
記第１の半導体材料の第３の領域、および前記第３の領
域の上に位置するゲート電極を含み、これによって前記
チャンネル中を流れる電流が主として前記第１の領域中
を、あるいはゲート電極上の電圧を変化させることで主
として前記第２領域中を流れるようになっている。

【０００７】本発明の別の１つの態様において、電界効
果トランジスタが開示され、そのトランジスタは：第１
の半導体材料を含む第１のチャンネル層をその上に取り
付けられた基板；前記第１のチャンネル層の上に取り付
けられ、第２の半導体材料を含む第２のチャンネル層；
前記第２のチャンネル層の上に取り付けられ、前記第１
の半導体材料を含む第３のチャンネル層；および前記第
３のチャンネル層の上に取り付けられたゲートを含んで
おり；ここにおいて前記第２の半導体材料が前記第１の
半導体材料よりも狭いバンドギャップを有しており、ま
た前記第１のチャンネル層が前記第２および第３のチャ
ンネル層よりも高いドーピング濃度を有している。

【０００８】本発明の更に別の１つの態様において、電
界効果トランジスタを作製する方法が開示され、その方
法は：ソースとドレインとの間にチャンネルを形成する
工程を含んでおり、前記チャンネルを形成する工程は：
第１のドーピング濃度を有する第１の半導体材料の第１
の領域を形成すること；前記第１の領域の上に第２のド
ーピング濃度を有する第２の半導体材料の第２の領域を
形成すること；前記第１のドーピング濃度が前記第２お
よび第３のドーピング濃度よりも高くなるように、前記
第２の領域の上に第３のドーピング濃度を有する前記第
１の半導体材料の第３の領域を形成すること；前記第３
の領域の上にゲート電極を形成することを含み；これに
よってチャンネル中を流れる電流が主として第１の領域
を、あるいはゲート電極上の電圧を変化させることで主
として第２領域を流れるようになっている。

【０００９】本発明の１つの特長は、それがトランジス
タ中に、制御され、再現性のよい方法で望ましい非線形
性を作り出すことができることである。従来技術の構造
と対照的に、ここに述べた本発明の相互コンダクタンス
特性の非線形性は、層の厚さ、ドーピング、あるいは材
料の組成等のパラメーターを変化させることによって予
測できるかたちで変更することができる。更に、ここに
述べた実施例はヘテロ界面における二次元ガス中の電流
導通を示している。このことは、ＡｌＧａＡｓ上のＧａ
Ａｓエピタキシーに依存しなくてもよいため、当該分野
で良く知られた伝統的な反転した高電子移動度トランジ
スタよりも容易に作成できる構造の中に実現できてい
る。

【００１０】

【実施例】各図面において、参照符号は特に断らない限
り対応する部品を意味する。

【００１１】出願人の研究によれば、３次までの非線形
性を考慮した場合、ほぼ一定の相互コンダクタンスを有
するデバイスが好ましいが、理想的には相互コンダクタ
ンス対ゲート電圧特性はわずかに正の曲率を有するべき
である。すなわち、ｇｍのゲート電圧に対する２次の導
関数は正であるべきである。そうすることによって、非
線形出力コンダクタンスと非線形ｇｍとの間で生ずる歪
みを打ち消すことができる。この打ち消しは、トランジ
スタの出力コンダクタンスの問題となる非線形性に対す
る有効な解答となることが明らかとなった（１９９２年
８月開催のＥｕｒｏｐｅａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃ
ｏｎｆ Ｐｒｏｃの頁５７０−５７５に発表されたＩｋ
ａｋａｉｎｅｎ等による論文”Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ，Ｌ
ｏｗ ＤＣ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅａｒ ＦＥＴ（低雑
音、低ＤＣ電力線形ＦＥＴ）”参照）。しかしながら、
ＧａＡｓの低−高ドーピング分布は小さい正の曲率を有
する相互コンダクタンス特性を示すことができるもの
の、この曲率の大きさを制御する容易な、あるいは正確
な方法が存在しない。出願人の研究結果から引用した図
２ａおよび図２ｂは、従来技術の設計と好適実施例とを
対比させながら作製した結果を示す。図２ａは従来技術
設計の相互コンダクタンスが高ゲート電圧（−０．５Ｖ
ないし０．５Ｖ）において望ましい以上に平坦化する
が、第１の好適実施例トランジスタは同電圧範囲に第２
のピークを持つことを示している。

【００１２】従来技術のこの欠点を明らかにし、図２ｂ
に示す相互コンダクタンスをもたらす好適実施例につい
て図１および次の表１を参照しながら説明しよう。表１
はゲート電圧に対する相互コンダクタンスの形状を正確
に制御して、高度に線形なマイクロ波ＦＥＴ増幅器を作
製することを許容する材料構造を示している。

【００１３】

【表１】

【００１４】半絶縁性基板２４は好ましくはＧａＡｓで
あるが、その他のＩｎＰやＳｉのような材料も使用でき
る。ドーパントは典型的にはＳｉであるが、例えばＳｎ
やＰｂのようなものを代用してもよい。ショットキーゲ
ート１２は典型的には長さが０．５ミクロンあるいはそ
れ以下であり、典型的にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの複合層で
ある。コンタクト金属１０は典型的にはＡｕＧｅ／Ｎｉ
／Ａｕの複合層であるが、ソースおよびドレイン１４に
対してオーミックコンタクトを形成し、典型的には合金
処理されてコンタクト金属１０からスパイクが成長して
（図１の破線１１を参照）、それによってチャンネル層
１８、２０、および２２に接触する。本好適実施例の重
要な特徴は、チャンネルドーピングの分布が低（１８）
−低（２０）−高（２２）のようになっていることであ
る。これらのドーピング層の厚さとドーピング濃度とが
以下に説明するように、ゲート電圧に対するＦＥＴ相互
コンダクタンスの好ましい非線形性形状をもたらす。

【００１５】動作時には、本実施例のトランジスタはド
レインとソースのコンタクト１０間に電圧を印加され、
またゲート電極１２にも電圧が印加される。第１チャン
ネル層２２、第２チャンネル層２０、および第３チャン
ネル層１８を含むチャンネルはゲート電極１２へ印加さ
れる電圧のレベルを選ぶことで導通状態にも、非導通状
態にもすることができる。このトランジスタの動作を、
それがピンチオフの状態（すなわち、大きな負のゲート
電圧で非導通チャンネル）から完全導通チャンネルの状
態（すなわち、０Ｖに近いゲート電圧で完全導通チャン
ネル）へ変化する場合について説明するのが都合がよ
い。ゲート電圧が大きな負電圧から０Ｖへ向かって変化
すると、トランジスタ動作はピンチオフ（非常に低い相
互コンダクタンス状態）から完全導通チャンネルへと移
行する。初期のソース−ドレイン電流は高濃度にドープ
された第１のチャンネル層２２によって運ばれ、相互コ
ンダクタンスは図２ａおよび図２ｂに示されたように、
（Ｖ_G ＝−０．５Ｖ付近で）ほとんど一定の値に達す
る。しかし、０Ｖへ接近しそれを越した高ゲート電圧に
おいては、ソース−ドレイン電流の一部は実施例のトラ
ンジスタで低濃度にドープされた第２のチャンネルであ
るｎ−ＩｎＧａＡｓ層２０中へ移動する。ＩｎＧａＡｓ
の第２のチャンネル層２０は下層のＧａＡｓの第１チャ
ンネル層２２よりも高い電子移動度と飽和速度を有する
ので、相互コンダクタンス特性中に増加部分、すなわち
第２のピークが現れる（図２ｂにおいてＶ_G ＞０Ｖを参
照）。このことは図２ａに示した従来技術のＩｎＧａＡ
ｓ層を用いない標準的な低−高ドーピング分布基板上に
作製されたＧａＡｓＦＥＴの特性と比較することができ
る。

【００１６】この実施例トランジスタの動作をよりグラ
フ的に表現したものが図３ａ、図３ｂ、図４ａ、および
図４ｂである。図３ａと図３ｂは３つのチャンネル層１
８、２０、および２２（縦の破線で境界を示してある）
の−０．５Ｖ（図３ａ）と０Ｖ（図３ｂ）のゲートバイ
アス下でのバンドダイアグラムの計算結果である。図３
ａにおいて、バンドダイアグラムの１８、２０、および
２２として示した領域はそれぞれ、ＧａＡｓ第３チャン
ネル層、ＩｎＧａＡｓ第２チャンネル層、および高濃度
にドープされたＧａＡｓ第１チャンネル層を表してい
る。図３ａと図３ｂを比較することによって、−０．５
Ｖから０Ｖへのゲートバイアスの変化のもとでの、伝導
帯２６と価電子帯２８の曲がりとフェルミレベル３０の
シフトの様子が明らかになる。

【００１７】図４ａと図４ｂは図３ａと図３ｂに対応し
た計算結果であって、−０．５Ｖ（図４ａ）および０Ｖ
（図４ｂ）のゲートバイアスのもとでの層１８、２０、
および２２中のドーピング密度、またはドーピング濃度
３２とキャリア濃度３４を示している。図４ａを見れ
ば、図３ａのフェルミレベル３０によって示されたよう
に、大多数のキャリア（従って電流も）が高濃度にドー
プされたＧａＡｓ層２２中に存在することが分かる。し
かし、図４ｂに示された０Ｖのゲートバイアスでは、Ｉ
ｎＧａＡｓ層２０中に大きなスパイク３６が現れてい
る。図３ｂから分かるように、層２０と２２の間のヘテ
ロ接合部において、フェルミレベル３０は伝導帯ディッ
プ位置またはその上にある。こうして、電子がディップ
に累積し、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ高電子移動度トラン
ジスタ（ＨＥＭＴ）に見られるように電子ガスを形成し
ている。このように、ＧａＡｓよりも高い電子移動度お
よび飽和速度を有するバルクのＩｎＧａＡｓ層に加え
て、材料間の界面もまた特に強化されたキャリア輸送特
性を有する。図２ｂ中の相互コンダクタンスの第２のピ
ークは、トランジスタに印加されたゲート電圧が、層２
２中のみならず層２０中においても、また層２０と２２
の間の界面においても伝導が開始するレベルに達した結
果生成したものである。

【００１８】この第２の相互コンダクタンスピークの寸
法またはスケールを制御することは第２のチャンネル層
２０の厚さ、ドーピング濃度、またはＩｎ−Ｇａモル分
率を変えることによって可能である。一般に、もし第２
のチャンネル層２０がより厚くなれば相互コンダクタン
スの第２のピークは増大する。同様に、もしドーピング
またはＩｎのモル分率が増大すると、ピークも増大する
ことが期待される。しかし、これらのパラメーターには
実際上の制限がある。ＩｎＧａＡｓ層のＩｎモル分率と
厚さはそれぞれ、０．２０ないし０．２２と２００ない
し２５０Åに制限される。それ以上厚い層ではＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓ境界において格子不整合によって誘起さ
れる欠陥の問題が発生する。同様に、ＩｎＧａＡｓ中の
Ｉｎのモル分率が（１７％から）増大すると、それの格
子定数はＧａＡｓのそれと違ってきて、許容できない歪
んだＩｎＧａＡｓ層ができてしまう。一般に、ＩｎＧａ
Ａｓ層のドーピングは、全般的に低−低−高のドーピン
グ分布を保持し、それによって既に述べたように第２の
相互コンダクタンスピークに現れるような有利な電流輸
送を保持するように低く保たれる。

【００１９】図５ａと図５ｂは、従来技術の低−高デバ
イス（図５ａ）と第１の好適実施例の低−低−高デバイ
スとでゲート電圧に対する相互コンダクタンスの２次の
導関数を比較してプロットしたものである。図５ａのカ
ーブで濃く示した線の区分ａ−ｂでは２次の導関数はほ
ぼ零であり、図５ｂのカーブで濃く示した線の区分ｃ−
ｄではゲート電圧が０Ｖよりもわずかに小さいところか
らほぼ０．５Ｖまでの範囲にわたって、明らかに正であ
る。出願人はこのような特性を有するデバイスがデバイ
スの出力コンダクタンスの非線形性を非常に効果的に打
ち消すことができることを見いだした。このことは、よ
り線形な動作のできるデバイスにつながり、従って従来
技術で述べられたデバイスよりももっと広いダイナミッ
クレンジにつながる。

【００２０】実用に供するために、従来技術と第１の好
適実施例の構造に対して１０ＧＨｚにおいてマイクロ波
のテストを実施した。図６に示されたＯＩＰ３の結果
は、従来技術の３７ｄＢｍに対して実施例のデバイスで
は４２ｄＢｍであることを示している。この新しい設計
は低雑音に関して特に最適化されていないものの、これ
ら２つの設計の最小雑音指数は約１．７ｄＢで同じであ
った。このように、好適実施例のトランジスタにおい
て、ダイナミックレンジは５ｄＢもの増大を示した。

【００２１】図３ａ、図３ｂ、図４ａ、および図４ｂを
参照しながら以上簡単に説明したように、低−低−高の
ドーピング分布構造の利点はそれが反転された高電子移
動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の特徴を有するというこ
とである。ＨＥＭＴは一般的に、異なるバンドギャップ
を有する２つの異なる半導体を含むトランジスタであ
る。標準的なＨＥＭＴでは、より狭いバンドギャップを
有する低濃度にドープされた層の上に広バンドギャップ
の高濃度にドープされた層が形成される。この層間のバ
ンド不連続はこの界面におけるポテンシャル井戸の生成
を促進する。この井戸中に二次元電子ガスが形成され、
それが周囲のバルク半導体よりも優れたキャリア輸送特
性を提供する。反転したＨＥＭＴは、高濃度にドープさ
れた広バンドギャップ材料上の低濃度にドープされた狭
バンドギャップ材料によって特徴づけられる。通常の反
転したＨＥＭＴでは、下側の層としてアルミニウムガリ
ウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）を、上側の成長層としてＧａ
Ａｓを使用する。通常行われることであるが、ＡｌＧａ
Ａｓの上にＧａＡｓを成長させることによってＧａＡｓ
層中には高密度の欠陥が発生する。この欠陥のため、ト
ランジスタ特性が劣化する。これとは対照的に、ＧａＡ
ｓの上へのＩｎＧａＡｓの成長では生ずる欠陥の密度は
一般に低い。既に述べた好適実施例のように、高濃度に
ドープされた広バンドギャップ層としてＧａＡｓを用
い、低濃度にドープされた狭バンドギャップ層としてＩ
ｎＧａＡｓを用いることで、できる構造が非常に再現性
に優れたものとなり、線形増幅にとって好ましい伝達特
性が得られる。

【００２２】本発明は例示の実施例に関して説明してき
たが、この説明は限定的な意図のものではない。本発明
はＳｉ／Ｇｅ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ等の変動する移動
度を備えたその他の材料にも適用できる。更に、これま
で述べてきた好適実施例トランジスタは、例えば、低雑
音マイクロ波受信増幅器、電力増幅器、スイッチ、位相
シフター等の伝統的にＭＥＳＦＥＴやＨＥＭＴが用いら
れてきた応用に使用することができる。

【００２３】この説明を参照することで、本発明のその
他の実施例とともに、例示実施例の各種の修正や組み合
わせが当業者には明らかになるであろう。従って、請求
の範囲はそのようなすべての修正や実施例を包含すると
解釈されるべきである。

【００２４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）電界効果トランジスタであって：ソースとドレイ
ンとの間のチャンネルであって：第１のドーピング濃度
を有する第１の半導体材料の第１の領域、前記第１の領
域の上に形成され、第２のドーピング濃度を有する第２
の半導体材料の第２の領域、前記第２の領域の上に形成
され、第３のドーピング濃度を有する前記第１の半導体
材料の第３の領域であって、前記第１のドーピング濃度
が前記第２および第３のドーピング濃度よりも高くなっ
ている、第３の領域、および前記第３の領域の上に形成
されたゲート電極であって、それによって前記チャンネ
ル中を流れる電流が主として前記第１の領域を、あるい
は前記ゲート電極上の電圧を変化させることで主として
前記第２の領域を流れるようになった、ゲート電極、を
含むチャンネル、を含む電界効果トランジスタ。

【００２５】（２）第１項記載のトランジスタであっ
て、前記第２の半導体材料が前記第１の半導体材料より
も狭いバンドギャップを有している電界効果トランジス
タ。

【００２６】（３）第２項記載のトランジスタであっ
て、前記第２の半導体材料が前記第１の半導体材料より
も高い電子移動度と飽和速度を有している電界効果トラ
ンジスタ。

【００２７】（４）第１項記載のトランジスタであっ
て、前記第２の半導体材料がＩｎＧａＡｓで、前記第１
の半導体材料がＧａＡｓである電界効果トランジスタ。

【００２８】（５）第１項記載のトランジスタであっ
て、前記基板がＧａＡｓを含み、前記第１の半導体材料
が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3にドープされ、前記第２のチャン
ネル層が約１×１０16ないし１×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲内
にある濃度にドープされ、そして前記第３のチャンネル
層が約１×１０¹⁶ないし１×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲内にあ
る濃度にドープされている電界効果トランジスタ。

【００２９】（６）電界効果トランジスタであって：基
板、前記基板の上に形成されて、第１の半導体材料を含
む第１のチャンネル層、前記第１のチャンネル層の上に
形成されて、第２の半導体材料を含む第２のチャンネル
層、前記第２のチャンネル層の上に形成されて、前記第
１の半導体材料を含む第３のチャンネル層、および前記
第３のチャンネル層の上に形成されたゲート電極、を含
み、前記第２の半導体材料が前記第１の半導体材料より
も狭いバンドギャップを有し、更に前記第１のチャンネ
ル層が前記第２、第３のチャンネル層よりも高いドーピ
ング濃度を有している、電界効果トランジスタ。

【００３０】（７）第６項記載のトランジスタであっ
て、前記第１のチャンネル層と前記第２のチャンネル層
とが界面に沿って互いに接しており、電流の一部が前記
界面における二次元電子ガスによって前記両層を横切っ
て輸送されるようになった電界効果トランジスタ。

【００３１】（８）第６項記載のトランジスタであっ
て、更に前記第１、第２、および第３のチャンネル層に
接するドレインおよびソースのコンタクトを含み、前記
トランジスタが前記ドレインコンタクトから前記ソース
コンタクトへのドレイン電流によって動作できるように
なっており、前記ドレイン電流のレベルが前記ゲート電
極と前記ソースコンタクトとの間の電圧に依存してお
り、更に、ドレインの電流変化をゲート電圧の変化で除
した２次の導関数が約０ボルトのゲート電圧のところで
正である電界効果トランジスタ。

【００３２】（９）第８項記載のトランジスタであっ
て、前記第２のチャンネル層が約１００Åの厚さで、前
記２次の導関数が正の第１の値を有している電界効果ト
ランジスタ。

【００３３】（１０）第９項記載のトランジスタであっ
て、前記第２のチャンネル層の厚さが約１００Åよりも
厚く作られており、前記トランジスタが前記正の第１の
値よりも大きい正の第２の値を有する２次の導関数によ
って特徴づけられる電界効果トランジスタ。

【００３４】（１１）第８項記載のトランジスタであっ
て、前記第２のチャンネル層のドーピング濃度が約５×
１０¹⁶ｃｍ^-3であり、前記２次の導関数が正の第１の値
を有している電界効果トランジスタ。

【００３５】（１２）第１１項記載のトランジスタであ
って、前記第２のチャンネル層が約５×１０¹⁶ｃｍ^-3よ
りも大きいドーピング濃度を有するように作られてお
り、前記トランジスタが前記正の第１の値よりも大きい
正の第２の値を有する２次の導関数によって特徴づけら
れる電界効果トランジスタ。

【００３６】（１３）第６項記載のトランジスタであっ
て、前記第２の半導体材料がＩｎＧａＡｓであり、前記
第１の半導体材料がＧａＡｓである電界効果トランジス
タ。

【００３７】（１４）第８項記載のトランジスタであっ
て、前記第２のチャンネル層がｘを約０．１７としたＩ
ｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓであり、前記２次の導関数が正の第１
の値を有している電界効果トランジスタ。

【００３８】（１５）第１４項記載のトランジスタであ
って、前記第２のチャンネル層がｘを約０．１７よりも
大きい値としたＩｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓであり、前記トラン
ジスタが前記正の第１の値よりも大きい正の第２の値を
有する２次の導関数で特徴づけられる電界効果トランジ
スタ。

【００３９】（１６）電界効果トランジスタを作製する
ための方法であって：ソースとドレインとの間にチャン
ネルを形成する工程であって：第１のドーピング濃度を
有する第１の半導体材料の第１の領域を形成すること、
前記第１の領域上に第２のドーピング濃度を有する第２
の半導体材料の第２の領域を形成すること、前記第１の
ドーピング濃度が前記第２、第３のドーピング濃度より
も高いように、前記第２の領域上に前記第１の半導体材
料を含む第３の領域を形成すること、および前記第３の
領域上にゲート電極を形成することであって、それによ
って前記チャンネル中を流れる電流が主として前記第１
の領域中を、あるいは前記ゲート電極上の電圧を変化さ
せることで主として前記第２の領域中を流れるようにゲ
ート電極を形成すること、の工程を含むチャンネル形成
工程、の工程を含む方法。

【００４０】（１７）第１６項記載の方法であって、前
記第２の半導体材料が前記第１の半導体材料よりも狭い
バンドギャップを有している方法。

【００４１】（１８）第１７項記載の方法であって、前
記第２の半導体材料が前記第１の半導体材料よりも高い
電子移動度と飽和速度を有している方法。

【００４２】（１９）第１６項記載の方法であって、前
記第２の半導体材料がＩｎＧａＡｓで、前記第１の半導
体材料がＧａＡｓである方法。

【００４３】（２０）第１６項記載の方法であって、前
記基板がＧａＡｓを含み、前記第１の半導体材料が約１
×１０¹⁸ｃｍ^-3の濃度にドープされ、前記第２のチャン
ネル層が約１×１０¹⁶ないし１×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲内
にある濃度にドープされ、そして前記第３のチャンネル
層が約１×１０¹⁶ないし１×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲内にあ
る濃度にドープされる方法。

【００４４】（２１）本発明の１つの実施例として電界
効果トランジスタが開示されており、本トランジスタ
は：ソースとドレインとの間にチャンネルを含み、前記
チャンネルは：第１のドーピング濃度を有する第１の半
導体材料の第１の領域２２；前記第１の領域２２の上に
形成され、第２のドーピング濃度を有する第２の半導体
材料の第２の領域２０；前記第１のドーピング濃度が前
記第２および第３のドーピング濃度よりも高くなるよう
に、前記第２の領域２０の上に形成され、第３のドーピ
ング濃度を有する前記第１の半導体材料の第３の領域１
８；および前記第３の領域１８の上に形成されたゲート
電極１２を含み；これによって前記チャンネル中を流れ
る電流が主として前記第１の領域２２を、あるいは前記
ゲート電極１２上の電圧を変化させることで主として前
記第２の領域２０を流れるようになっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】好適実施例デバイスの断面図。

【図２】ａは従来技術によるトランジスタの相互コンダ
クタンス。ｂは第１の好適実施例トランジスタの相互コ
ンダクタンス。

【図３】ａは−０．５Ｖのゲートバイアス電圧における
第１の好適実施例トランジスタの一部分のバンドダイア
グラム計算結果。ｂは０Ｖのゲートバイアス電圧におけ
る第１の好適実施例トランジスタの一部分のバンドダイ
アグラム計算結果。

【図４】ａは−０．５Ｖのゲートバイアス電圧における
第１の好適実施例トランジスタの一部分のドーピングお
よびキャリア濃度分布の計算結果。ｂは０Ｖのゲートバ
イアス電圧における第１の好適実施例トランジスタの一
部分のドーピングおよびキャリア濃度分布の計算結果。

【図５】ａは従来技術トランジスタの相互コンダクタン
ス対ゲート電圧特性における２次の導関数。ｂは第１の
好適実施例トランジスタの相互コンダクタンス対ゲート
電圧特性における２次の導関数。

【図６】従来技術と好適実施例のデバイスでのＯＩＰ３
比較。

【符号の説明】

１０ コンタクト金属 １２ ゲート金属 １４ ソース／ドレイン １８ 第３のチャンネル層 ２０ 第２のチャンネル層 ２２ 第１のチャンネル層 ２４ 半絶縁性基板 ２６ 伝導帯 ２８ 価電子帯 ３０ フェルミレベル ３２ ドーピング濃度 ３４ キャリア濃度 ３６ スパイク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界効果トランジスタであって：ソース
   とドレインとの間のチャンネルであって：第１のドーピ
   ング濃度を有する第１の半導体材料の第１の領域、 前記第１の領域の上に形成され、第２のドーピング濃度
   を有する第２の半導体材料の第２の領域、 前記第２の領域の上に形成され、第３のドーピング濃度
   を有する前記第１の半導体材料の第３の領域であって、
   前記第１のドーピング濃度が前記第２および第３のドー
   ピング濃度よりも高くなっている、第３の領域、および
   前記第３の領域の上に形成されたゲート電極であって、
   それによって前記チャンネル中を流れる電流が主として
   前記第１の領域を、あるいは前記ゲート電極上の電圧を
   変化させることで主として前記第２の領域を流れるよう
   になった、ゲート電極、 を含むチャンネル、を含む電界効果トランジスタ。
2. 【請求項２】 電界効果トランジスタを作製するための
   方法であって：ソースとドレインとの間にチャンネルを
   形成する工程であって：第１のドーピング濃度を有する
   第１の半導体材料の第１の領域を形成すること、 前記第１の領域上に第２のドーピング濃度を有する第２
   の半導体材料の第２の領域を形成すること、 前記第１のドーピング濃度が前記第２、第３のドーピン
   グ濃度よりも高いように、前記第２の領域上に前記第１
   の半導体材料を含む第３の領域を形成すること、および
   前記第３の領域上にゲート電極を形成することであっ
   て、それによって前記チャンネル中を流れる電流が主と
   して前記第１の領域中を、あるいは前記ゲート電極上の
   電圧を変化させることで主として前記第２の領域中を流
   れるようにゲート電極を形成すること、 の工程を含むチャンネル形成工程、の工程を含む方法。