JPS58218175A - 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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JPS58218175A
JPS58218175A JP10410282A JP10410282A JPS58218175A JP S58218175 A JPS58218175 A JP S58218175A JP 10410282 A JP10410282 A JP 10410282A JP 10410282 A JP10410282 A JP 10410282A JP S58218175 A JPS58218175 A JP S58218175A
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JP
Japan
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electron
semiconductor
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gaas
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JP10410282A
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JPS6312393B2 (ja
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Kotaro Tsubaki
光太郎 椿
Kenji Kumabe
隈部 建治
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/775Field effect transistors with one dimensional charge carrier gas channel, e.g. quantum wire FET

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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】 本発明は、高電子移動度の電界効果トランジスタに関す
るものである。
第1図に従来用いられている高電子移動度トランジスタ
(HEMT)  を示す。同図は、GaAs  とAt
GaAs  とのヘテロ接合を有する例で、GaAsか
らなる半絶縁性基板11の上にノンドープGaAg層1
2.ノンドーグAtGaAs層13 、 n+AtGa
As層14を順次積層し、かつ表面からノンドープGa
As層12にかけて高不純物濃度の拡散層を互いに分離
して設けてソースおよびドレインとしく図中斜線部)、
その表面上にそれぞれオーミック電極15.in設ける
と共に中間部表面上にゲート金属17を設けである。
この上うなHEMTは、ソースおよびドレイン間のノン
ドープGaAs+層12のAtGaAs層13との界面
部に生じる遊子蓄積層18を流れるチャネル電流を、ゲ
ート直下のAtGaAs空乏層により制御して動作させ
る。その場合、高速性能は電子蓄積層18の内部を走行
する電子の移動度に依存し、高速性変向上のためには電
子移動度を大きくする必要があるが、この電子移動度は
電子蓄積層18の電子面密度および温度で決まシ、温度
  。
4.2にで10 cm /Vsec  程度である。
これに対し、近年へテロ接合およびMO8構造を用いた
極微細半導体細線構造を用いることによって、上記電子
移動度を大きくできることがHoSakaki  ’S
cattering 5uppressionand 
Hlgh−Mobllit7 Effect of 5
lze −Quantized  in Ultraf
ine 8emiconductor Wire 5t
ructures“ Jpn J、ApPl。
:Rhys19 (1980) L735  において
報告されている。即ち、これは第2図に水子ようにp 
−GaAs層21をp −AtGaAs層22で挾んで
ダブルへテロ接合構造を形成し、1端に絶縁膜23を介
してゲート24を設け、絶縁膜23との界面部のp−G
aAs層21に紙面に垂直な方向に延在する電子蓄積層
25を形成するもので、ダブルへテロ接合の側面(電子
蓄積層2・t%、の部分)にn反転層が形成されること
により極微細半導体細線が形成できる・このような極微
:’li導体細線中では・キャリアの伝導は一次元の 
 の自由度しか持ち得ないために弾性散乱は殆んど進行
方向を変える後方散乱のみとなり、イオン化不純物によ
るクーロン散乱は著しく小さくなる結果、HEMT よ
り太きな電子移動度が期待でき、従って上記構成を用い
て高速素子を実現できる可能性がある。しかじながら、
現状では、GaAs上に表面準位の少ない良質な絶縁膜
を付着させることができないため、実用化は困難である
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり
、その目的は、高電子移動度を有し、高速素子の実現が
可能な極微細半導体細線構造を備えた新規な電界効果ト
ランジスタを提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、電子親和
力の差の大きい同一導電型の半導体からなるヘテロ接合
を形成すると共に電子親和力の小さい第2の半導体層に
ド・ブロイ波長の数倍以内の幅の突条を形→し、第2の
半導体層の厚みを上記突条部分におら−てのみ第1の半
導体層の界面に法。
キャリア蓄積層が形成される大きさとしたものである。
なお、上で同一導電型とは、両生導体がn     ”
n + p−p + n−ノンドープ、p−ノンドープ
のいずれかの関係にあることを示す。
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
第3図は本発明の一実施例を示す平面図、第4図は第3
図のIV−IV断面図である。図において、GaAsの
半絶縁性基板31の上にノンドープGaAg層32.ノ
ンドープAtGaAs層33゜n AtGaAs層34
 を順次形成し、その上にゲート金属35、およびこれ
を挾んでソースのオーミック電極36.ドレインのオー
ミック電極3Tを配設しである。即ち、ここでは、電子
親和力の大きい第1の半導体層としてのGaAs層と電
子親和力の小さい第2の半導体層としてのAAGaAs
層とのへテロ接合が形成されている。
ここで、AtGaA3層の厚さは、素子中央部において
のみ直下のGaA+s境界層に電子蓄積層38が形成さ
れる大きさを有し、その両側ではより小さく、GaAs
境界層に電子蓄積層が形成されない大きさとなるように
設定しである。従って、両側の部分では電子は完全に空
乏化している。にのように電子蓄積層38の幅は、中央
のAtGaAs層が厚い部分の幅を変えることにより調
節できるが、この幅を素子の動作温度での電子の持つ運
動エネルギーから決まるド・ブロイ波長程度にしておく
ことによシ、上記電子蓄積層38の幅もド・ブロイ波長
程度にすることができ、従って電子が一次元伝導をする
極微細半導体細線が形成できる。実験によれば、上記幅
線ド・ブロイ波長の数倍以内程度まで拡張しても実際上
良好な結果が得られた。この幅は理論的には上述したよ
うにド・ブロイ波長程度とすることが望ましいが、加工
技術上は多少拡張した方が製造が容易となる利点を有す
る。
次に、第5図および第6図を用いてGaAs境界層に電
子蓄積層3Bが形成される条件について説明する。即ち
、第5図は上記電子蓄積層が形成される場合、第6図は
これが形成されない場合のノくンドダイヤグラムであっ
て、ゲート金属35の領域をI 、 AfflaAs層
の領域を■、ノンドープGaAs5層32の領域を■で
表わす。また、IOは 。
伝導帯の下端、EFはフェルミレベル、Eマは価電子帯
の上端、、Vbl  、vbsはバリア高さ、dl。
d!は空乏層厚さ、doはAtGaAs層の厚搭を示す
ここで、全空乏層の厚さは、ドナー濃度をNDとして次
の式で示される。
全空乏層の厚さ”=di+d2 +(vb2−kT/、)ま ただし、gs  : ALGaAiの誘電率q :を子
の単位電荷 k :ボルツマン定数 T :絶体温匪 この全空乏層の厚さdi + d2 に対し、do=d
l + d!  の時、第5図に示すように電子蓄積層
38が形成さゎ1.。(、、、’鴎dz  。時第6図
に示オよ、に’l!!!−7−iffi/iiゆi′舊
1ヶい。
また、上述した動作温度における電子の運動エネルギー
に対応するド・ブロイ波長は次式で示される。
ド・ブロイ波長へh/〆iVr ただし、h:プラ/り定数 m:電子の有効質量 次に、第3図、第4図に示したような素子の製造方法に
ついて説明する。
先ず、GaAsの半絶縁性基板31の上に分子線エピタ
キシャル法または有機金属気相成長法等によりノンドー
プGaAs層32を約1μmの厚さに、引き続きノンド
ープAtGaAs層33を約15OAの厚さに、同じく
ドナー濃度2X10m  のSlドープn AtGaA
1層34を約80OAの厚さに順次成長させる。これに
よL GaAa層32層外2には電子蓄積層が形成され
る。
次いで、n AtGaAs層34の表面に電子ビーム露
光技術等を川砂てパターニングを施した後、。1.Il
l 引き続き約500 A、J、’、ll、、、、、F)深
さに選択エツチングを行なって中央部に幅約0.08μ
m(動作温度を4.2にとした場合)の突条を形成する
。この場合、複数の突条を平行に形成すれば、第3図、
第4図に示したようなセルが突条の幅方向に周期的に連
続して配列したアレーを形成することが可能である。
次いで、ゲート金属を真空蒸着法等により付着させた後
電子ビーム露光技術等でパターニングを行なってゲート
金属35を形成し、更にソースおよびドレインオーミッ
ク金属を付着しパターニングしてソースのオーミック電
極36およびドレインのオーミック電極37を形成し、
素子製作工程は完了する。
なお、上述した実施例では、電子親和力の大きい第1の
半導体層としてGaAsを、電子親和力の小さい第2の
半導体層としてAtGaAs  を用いた場合について
のみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、半導体の組合せとしては、例えば第1の半導体層と
してG a S b N第2の半導体層としてAtGa
Sbを用いたもの、あるいは第1の半導体層としてIn
GaAs 、  第2の半、導体層としてAtInAs
を用いたもの等でも同様の効果を得ることができること
は言う首でもない。
以上説明したように、本発明によれば、電子親和力の差
の大きい同−導電盤の半導体からなるヘテロ接合を形成
し、電子親和力の大きい第1の半導体層上に形成した第
2の半導体層に幅がド・ブロイ波長の数倍以内の突条を
形成してその部分においてのみ第2の半導体層の厚さを
第1の半導体層界面にキャリア蓄積層が形成される大き
さにするという簡単な構成で、容易に電子の一次元伝導
を利用する極微細半導体細線構造が実現できるため、電
子移動度の大きい高速素子を得る上で極めて有効である
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の高電子移動度トランジスタ
の構成例を示す断面図、第3図は本発明の一実施例を示
す平面図、第4図は第3図の■−IV断面図、第5図お
よび第6図は本発明の電界効果トランジスタの原理を説
明する苑めのバンドダイヤグラムである。 31・・・・GaAs半絶縁性基板、32・・・・ノン
ドープGaAs層、33@Φ・・ノンドープAtGaA
s層、34 e ・* *  n  AtGaAs層、
38・・・・電子蓄積層、■・・・・ゲート金属領域、
■・・拳・AtGaAs層領域、■・・・・ノンドープ
GaA色層領域。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 山川政樹

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電子親和力の差の大きい同一導電型の第1および第2の
    半導体層からなるヘテロ接合を形成し、電子親和力の大
    きい第1の半導体層上に形成した電子親和力の小さい第
    2の半導体層表面に、幅が動作温度でのキャリアの運動
    エネルギに対応するド・ブロイ波長の数倍以内の突条を
    形成し、WJ2の半導体層の厚みを、上記突条部分にお
    いてのみ第1の半導体層界面にキャリア蓄積層が形成さ
    れる大きさにすると共に上記突条に隣接する部分におい
    ては上記キャリア蓄積層が形成されない大きさとしたこ
    とを特徴とする電界効果トランジスタ。
JP10410282A 1982-06-12 1982-06-12 電界効果トランジスタ Granted JPS58218175A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10410282A JPS58218175A (ja) 1982-06-12 1982-06-12 電界効果トランジスタ

Applications Claiming Priority (1)

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JP10410282A JPS58218175A (ja) 1982-06-12 1982-06-12 電界効果トランジスタ

Publications (2)

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JPS58218175A true JPS58218175A (ja) 1983-12-19
JPS6312393B2 JPS6312393B2 (ja) 1988-03-18

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ID=14371751

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JP10410282A Granted JPS58218175A (ja) 1982-06-12 1982-06-12 電界効果トランジスタ

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JP (1) JPS58218175A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0324999A2 (en) * 1987-12-23 1989-07-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor device having a constricted current path

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0324999A2 (en) * 1987-12-23 1989-07-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor device having a constricted current path

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JPS6312393B2 (ja) 1988-03-18

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