JPS5925275A - 高移動度電界効果トランジスタ - Google Patents
高移動度電界効果トランジスタInfo
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- 239000010931 gold Substances 0.000 claims 1
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
- H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高移動度のきわめて薄い二次元電子ガス層の絹
、流を／ヨットギ・バリアゲート箪恢下の半導体層内に
延びる空乏層により制徊１する超高速の７ヨツトキ・バ
リアケート′１Ｌ界効果トラノジスタに関するものであ
る。
、流を／ヨットギ・バリアゲート箪恢下の半導体層内に
延びる空乏層により制徊１する超高速の７ヨツトキ・バ
リアケート′１Ｌ界効果トラノジスタに関するものであ
る。
従来のこの種の高移動度札、界効果トランジスタ′の代
表的な構造の例を第１図に示す。例えば、■は低不純物
濃ＩＷの半絶縁性ＧａＡｓ （高比抵抗半導体基板）、
２は高不純物濃度てＧａＡｓより禁ｆｌｔｌｌ （ｉｉ
’幅の大きいＡｔｏ、３Ｇａｏ、７ ＡｓのＱ［」き半
導体層、３はンヨットキ・パリアゲ−１−電極でＡＡ等
からなり、４，５はソース電極とドレイン電極であり、
Ａｕ−Ｇｅ等からなる。６は半導体層２の不純物エネル
ギレベルが半導体基板１の伝導帯レベルよシ高い位置に
あるため、■と２の界Ｉ相通くの２側の不純物からの’
「ｈ 、７． ｉｐ： １１１１１１ ＶＣ移動して二
次）Ｃ′電子カス層を形成している状態を示しでいる。
表的な構造の例を第１図に示す。例えば、■は低不純物
濃ＩＷの半絶縁性ＧａＡｓ （高比抵抗半導体基板）、
２は高不純物濃度てＧａＡｓより禁ｆｌｔｌｌ （ｉｉ
’幅の大きいＡｔｏ、３Ｇａｏ、７ ＡｓのＱ［」き半
導体層、３はンヨットキ・パリアゲ−１−電極でＡＡ等
からなり、４，５はソース電極とドレイン電極であり、
Ａｕ−Ｇｅ等からなる。６は半導体層２の不純物エネル
ギレベルが半導体基板１の伝導帯レベルよシ高い位置に
あるため、■と２の界Ｉ相通くの２側の不純物からの’
「ｈ 、７． ｉｐ： １１１１１１ ＶＣ移動して二
次）Ｃ′電子カス層を形成している状態を示しでいる。
ゲート・ノース間に加えられた′重圧により、電極３か
ら延びている空乏層７の深さを１ｌｌｌ １ｉｉｌｌ
ｌ、て、二次元′電子ガスの濃Ｊ及を制御して、ドレイ
ン電極５とノース′ｉＬ極４の間に流れる電流を制御す
る。この二次元電子カス６は、二次元状態でしかも不純
物濃度の低いＧａＡｓ層内を走行するので高移動度が期
待され、現在１てに常ｌ晶で５０００〜７０００ｃｒｒ
ｆ／’Ｖ’Ｓ 、 ７７ Ｋで１００．０１１０〜１２
０．０ＯＯＪ／Ｖ・Ｓの極めて高い移動度の実測例が報
告きれている。従って、このような高移動度ＴＩｊｊ界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）は現在開発が進んているＧ
ａＡｓのＦＥＴより、超高速動作ができ将来重要な素子
となる可能性を持っている。イリし、この従来の構造で
は、二次元電子カス濃度を増すため半導体２の不純物濃
度を高くする必要がある。その場合、半導体２上の７ヨ
ツトギ・バリ了ゲート電極３の耐圧が低くなり、空乏層
７の深さを十分制御できないこと、その制御のためには
半畳体層２の厚さ制７ａｌが極めて難しくなること、伯
号据幅が小さく制限されることなど多くの欠点をイ」し
ていた。
ら延びている空乏層７の深さを１ｌｌｌ １ｉｉｌｌ
ｌ、て、二次元′電子ガスの濃Ｊ及を制御して、ドレイ
ン電極５とノース′ｉＬ極４の間に流れる電流を制御す
る。この二次元電子カス６は、二次元状態でしかも不純
物濃度の低いＧａＡｓ層内を走行するので高移動度が期
待され、現在１てに常ｌ晶で５０００〜７０００ｃｒｒ
ｆ／’Ｖ’Ｓ 、 ７７ Ｋで１００．０１１０〜１２
０．０ＯＯＪ／Ｖ・Ｓの極めて高い移動度の実測例が報
告きれている。従って、このような高移動度ＴＩｊｊ界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）は現在開発が進んているＧ
ａＡｓのＦＥＴより、超高速動作ができ将来重要な素子
となる可能性を持っている。イリし、この従来の構造で
は、二次元電子カス濃度を増すため半導体２の不純物濃
度を高くする必要がある。その場合、半導体２上の７ヨ
ツトギ・バリ了ゲート電極３の耐圧が低くなり、空乏層
７の深さを十分制御できないこと、その制御のためには
半畳体層２の厚さ制７ａｌが極めて難しくなること、伯
号据幅が小さく制限されることなど多くの欠点をイ」し
ていた。
本発明は、これらの欠点を除去するため、二次元電子カ
スを供給する。坊纜度半専体層の厚さを必要最小限に薄
くシ、その上に低濃度の半導体層と７ヨツトキ・ハＩＪ
アゲート電極を順次形成したもので、ゲート′電極下が
低濃度であるため、高耐圧動作、ゲート人力容量が小さ
くなり超高速動作ができるなどの特徴を有する＾移動度
電界効果トランジスタを提供するものである。
スを供給する。坊纜度半専体層の厚さを必要最小限に薄
くシ、その上に低濃度の半導体層と７ヨツトキ・ハＩＪ
アゲート電極を順次形成したもので、ゲート′電極下が
低濃度であるため、高耐圧動作、ゲート人力容量が小さ
くなり超高速動作ができるなどの特徴を有する＾移動度
電界効果トランジスタを提供するものである。
以下図面により本発明の詳細な説明する。
第２図は本発明の一実施例である。１，２．８は格子定
数整合のとれた半導体が望１しく、以下の例では、■は
半絶縁性ＧａＡｓ基板であり、比抵抗は約１０７Ω’
Ｉ？ＩＩ＋と高く、２ Ｖｌ、 Ａｌｏ、３ Ｇａｏ７
ＡＳて約１０１８ｄ３の高濃度でｊ７さ２００λの薄層
てあり、８は約Ｉ Ｘ １０１７ｔ−ｒｎ−３の比較的
低濃度のＡｔｏ、３Ｇａｏ、７ Ａｓ層で約１００ＯＡ
の厚さである。４と５はそれぞれノース・オーミ、り電
極とドレイン・オーミック電極てあり、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎ
ｉのアロイ電極からなり、３はＡｔ等の／ヨ、トキ・バ
リアゲート電極である。
数整合のとれた半導体が望１しく、以下の例では、■は
半絶縁性ＧａＡｓ基板であり、比抵抗は約１０７Ω’
Ｉ？ＩＩ＋と高く、２ Ｖｌ、 Ａｌｏ、３ Ｇａｏ７
ＡＳて約１０１８ｄ３の高濃度でｊ７さ２００λの薄層
てあり、８は約Ｉ Ｘ １０１７ｔ−ｒｎ−３の比較的
低濃度のＡｔｏ、３Ｇａｏ、７ Ａｓ層で約１００ＯＡ
の厚さである。４と５はそれぞれノース・オーミ、り電
極とドレイン・オーミック電極てあり、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎ
ｉのアロイ電極からなり、３はＡｔ等の／ヨ、トキ・バ
リアゲート電極である。
本実施例では／ヨットキ・ハリアゲート′電極３のゲー
ト長は１μｍ、ソース・ゲート間１μｍ、ゲート・ドレ
イノ間１μｍ、ゲート幅ｌＯＯμｍである。ゲート・ノ
ース間のバイアス′亀圧■Ｇｓか岑のとき、／ヨットキ
ゲート電極３下の約０．８Ｖの封入箱、圧て空乏層７は
半導体層８，２の界１ω近く捷て延ひており、Ｖｃｓ−
０，３Ｖで半導体層２，１の界面の１け１１内に存在す
る二次元″Ｎｊ子カス６を空乏層７の帆ひで除去し、電
流を力、トオフできる。従って、ＶＧｓ””Ｏ〜−〇、
３Ｖの範囲でドレイン・ノース間の二次元電子ガス６に
もとづ（ｔｇ、 ｒＡｒを制御している。
ト長は１μｍ、ソース・ゲート間１μｍ、ゲート・ドレ
イノ間１μｍ、ゲート幅ｌＯＯμｍである。ゲート・ノ
ース間のバイアス′亀圧■Ｇｓか岑のとき、／ヨットキ
ゲート電極３下の約０．８Ｖの封入箱、圧て空乏層７は
半導体層８，２の界１ω近く捷て延ひており、Ｖｃｓ−
０，３Ｖで半導体層２，１の界面の１け１１内に存在す
る二次元″Ｎｊ子カス６を空乏層７の帆ひで除去し、電
流を力、トオフできる。従って、ＶＧｓ””Ｏ〜−〇、
３Ｖの範囲でドレイン・ノース間の二次元電子ガス６に
もとづ（ｔｇ、 ｒＡｒを制御している。
本素子を回路中で使用する場合の而［比は、ノヨットギ
バリア電極３に接する半導体８の濃度で決寸り、約１５
Ｖとなる。また、Ｖｃｓ＝ＯＶ のときの相互コ７ダク
タンスｇｍ＝１５ｍＳ、入力ゲート ノース間容量（：
Ｇｓ＝０．１ｐＦとなり、カットオフ周波数ｆ７〜２４
Ｇ Ｈｚが得られた。
バリア電極３に接する半導体８の濃度で決寸り、約１５
Ｖとなる。また、Ｖｃｓ＝ＯＶ のときの相互コ７ダク
タンスｇｍ＝１５ｍＳ、入力ゲート ノース間容量（：
Ｇｓ＝０．１ｐＦとなり、カットオフ周波数ｆ７〜２４
Ｇ Ｈｚが得られた。
第１図の従来の構造では、半導体層２として１０１８
ｃ１ｉ３の高濃贋で約６００久の厚さのＡｌｏ、３ Ｇ
ａ ０−７Ａｓを用いた場合、ｖａｓ−−０，３Ｖで力
、トオフとなり、上述の本発明の素子と類似の信号レベ
ルで動作する。但し、ゲートの耐圧は３〜５Ｖと低く、
１だ人力ゲート容量Ｃｃｓ＝０．２５ｐＦ となりｆＴ
〜１０ＧＨｚ ８度である。
ｃ１ｉ３の高濃贋で約６００久の厚さのＡｌｏ、３ Ｇ
ａ ０−７Ａｓを用いた場合、ｖａｓ−−０，３Ｖで力
、トオフとなり、上述の本発明の素子と類似の信号レベ
ルで動作する。但し、ゲートの耐圧は３〜５Ｖと低く、
１だ人力ゲート容量Ｃｃｓ＝０．２５ｐＦ となりｆＴ
〜１０ＧＨｚ ８度である。
従って、本発明の高移動度ＦＥＴは、従来のものと比較
して、ゲート耐圧で約３倍以上、力、トオフ周波数（利
得−帯域幅積）で約２５倍も改善される。
して、ゲート耐圧で約３倍以上、力、トオフ周波数（利
得−帯域幅積）で約２５倍も改善される。
第２図の実施例において、半導体層８をｌ Ｘ １０”
ｄ３の比較的低濃度のＧａＡｓ層とした場合、２と１の
界面の８の側にも２次元電子カス層６ａが形成さｔｌｌ
、ノース電極下とドレイン電極下の抵抗が低くなり、ゲ
ート・ソース間抵抗Ｒｓ ＋ゲート・ドレイン間抵抗Ｒ
ｄが従来のものと比較してさらに小さくなり、ｇｍ ＋
ＪＴの約１０％の改善が得られた。
ｄ３の比較的低濃度のＧａＡｓ層とした場合、２と１の
界面の８の側にも２次元電子カス層６ａが形成さｔｌｌ
、ノース電極下とドレイン電極下の抵抗が低くなり、ゲ
ート・ソース間抵抗Ｒｓ ＋ゲート・ドレイン間抵抗Ｒ
ｄが従来のものと比較してさらに小さくなり、ｇｍ ＋
ＪＴの約１０％の改善が得られた。
第３図の実施例は、上述のＲｓ 、 Ｒｄを小さくする
ため、半導体層８上に高濃度のＧａＡｓ層を形成し、そ
の上に４，５のＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ等のオーミック′電極
を伺加したものであり、第２図の場合よりもｇｍ・ｆＴ
か約１０係改善された。
ため、半導体層８上に高濃度のＧａＡｓ層を形成し、そ
の上に４，５のＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ等のオーミック′電極
を伺加したものであり、第２図の場合よりもｇｍ・ｆＴ
か約１０係改善された。
第２図、第３図の実施例の要旨に従った多層半導体から
なる高移動ｊ庭ＦＥＴのすべて本発明に含まれるもので
あり、１＋すえば、第２図において半導体層２の１に接
する側の約１００λを不純物を１・−ブしない層にした
もの、才た１、２．８の順にＩｎＰ。
なる高移動ｊ庭ＦＥＴのすべて本発明に含まれるもので
あり、１＋すえば、第２図において半導体層２の１に接
する側の約１００λを不純物を１・−ブしない層にした
もの、才た１、２．８の順にＩｎＰ。
高層Ｉｆ４１ Ａｔｏ、４ｓ ＩｎＯ，５２ＡＳ＋低濃
度ＡＬｏ、４ｓＩｎｏ、５２Ａｓとし／こ場合、この構
成において基板１のＩｎＰの代りにＩｎＰ上の不純物を
ドープしないＧａ０．４７１ ｎｏ、５３ Ａｓ層を用
いた場合等いずれも本発明の要旨にそった多層構造であ
り、従来のものにない」−述のような効果が存在するも
のである。
度ＡＬｏ、４ｓＩｎｏ、５２Ａｓとし／こ場合、この構
成において基板１のＩｎＰの代りにＩｎＰ上の不純物を
ドープしないＧａ０．４７１ ｎｏ、５３ Ａｓ層を用
いた場合等いずれも本発明の要旨にそった多層構造であ
り、従来のものにない」−述のような効果が存在するも
のである。
以上説明したように、本発明の高移動度電界効果トラン
ジスタは、ゲート入力’！４ Ｅｌが小さく、ノースと
ドレインの畜生抵抗が小さいことから、ノノットオフ周
波奴ｆＴが１μｍゲート長で２０ ＧＨｚ以」−のもの
が得らハ２、さらにサブμｍゲート長にすれは、ｆＴが
３０ＧＨｚ以上にもなり、１０ビフ秒（１０”５ｅｃ）
／素子以下の超藁速デバイスとして超１−速論理ＩＣ。
ジスタは、ゲート入力’！４ Ｅｌが小さく、ノースと
ドレインの畜生抵抗が小さいことから、ノノットオフ周
波奴ｆＴが１μｍゲート長で２０ ＧＨｚ以」−のもの
が得らハ２、さらにサブμｍゲート長にすれは、ｆＴが
３０ＧＨｚ以上にもなり、１０ビフ秒（１０”５ｅｃ）
／素子以下の超藁速デバイスとして超１−速論理ＩＣ。
超高速メモ！ＪＩＣ，超高速スイ、チ等の幅広い用途が
期待される。壕だ、ｆＴが旨いことから４１匹低’Ａ詮
の増幅素子として用いることができ、２０ＧＨｚで外音
指数２ｄ１３す、］・も期待てき、衛星通信等の前ｉＭ
Ｊ￥１幅器への応用に適している。捷た、２次元′電
子カスの移動度は低温にする程極めて高くなり、４にで
動作する利得や信号レベル等極めて低いジョセフノン接
合素子の外部へ信号を取り出す際のバ。
期待される。壕だ、ｆＴが旨いことから４１匹低’Ａ詮
の増幅素子として用いることができ、２０ＧＨｚで外音
指数２ｄ１３す、］・も期待てき、衛星通信等の前ｉＭ
Ｊ￥１幅器への応用に適している。捷た、２次元′電
子カスの移動度は低温にする程極めて高くなり、４にで
動作する利得や信号レベル等極めて低いジョセフノン接
合素子の外部へ信号を取り出す際のバ。
ノア回路等への応用も重要である。
第１図は従来の高移動度電子ガス層を有する／ヨットキ
・バリアゲート電界効果トランジスタの構造を示す縦断
面図、第２図は本発明の高移動度電界効果トランジスタ
の一実施例を示す縦断面図、第３図は本発明の一応用実
施例を示す縦断面図である。 ■・・高比抵抗半導体基板、 ２・・・１より禁制帯
エネルギ幅の大きい高不純物濃度の半導体層、３・・・
／ヨットキ・バリアゲート電極、 ４・・・ソース・
オーミック電極、 ５・ ドレイン・オーミック電極
、６ ＋ ６ ａ・・・高移動度２次元電子カス、
７・・空乏層、 ８・・２より低い不純物濃度の半導
体層、 ９・・高不純物濃度の半導体層。 第 １ η ２ 閃 一 第 ３ 飛−。
・バリアゲート電界効果トランジスタの構造を示す縦断
面図、第２図は本発明の高移動度電界効果トランジスタ
の一実施例を示す縦断面図、第３図は本発明の一応用実
施例を示す縦断面図である。 ■・・高比抵抗半導体基板、 ２・・・１より禁制帯
エネルギ幅の大きい高不純物濃度の半導体層、３・・・
／ヨットキ・バリアゲート電極、 ４・・・ソース・
オーミック電極、 ５・ ドレイン・オーミック電極
、６ ＋ ６ ａ・・・高移動度２次元電子カス、
７・・空乏層、 ８・・２より低い不純物濃度の半導
体層、 ９・・高不純物濃度の半導体層。 第 １ η ２ 閃 一 第 ３ 飛−。
Claims (2)
- （１）高比抵抗の半纒体基板上に該半導体基板より禁制
イ１；・エネルギー幅の大きな半導体層、該半導体層よ
り低い不純物濃度を有する半４ト体ｊ曽を順次重ねた多
層構造の半導体層重に、知い／ヨノトギ・バリアゲート
用金属′電極、該金１．ｑ４電極の両側へ短い距１１１
１だけ離れてオーミック’ｔｌＪ 椿を有することを特
徴とする高移動度電界効果トラノジスタ。 - （２） ｔ’ｉｉｌ記オーミ、り電極は高不純物濃度の
ｌ（すい半４体層を介して前記低い不純物濃度を竹する
半碑体ハ゛ツ上に形Ｊ戎されたことを特徴とする勾８′
１請求の範囲第１項記載の高移動度′電界効果トランジ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13499882A JPS5925275A (ja) | 1982-08-02 | 1982-08-02 | 高移動度電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13499882A JPS5925275A (ja) | 1982-08-02 | 1982-08-02 | 高移動度電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5925275A true JPS5925275A (ja) | 1984-02-09 |
Family
ID=15141543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13499882A Pending JPS5925275A (ja) | 1982-08-02 | 1982-08-02 | 高移動度電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5925275A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4821093A (en) * | 1986-08-18 | 1989-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Dual channel high electron mobility field effect transistor |
| US4882608A (en) * | 1987-02-09 | 1989-11-21 | International Business Machines Corporation | Multilayer semiconductor device having multiple paths of current flow |
| JPH0212928A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
-
1982
- 1982-08-02 JP JP13499882A patent/JPS5925275A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4821093A (en) * | 1986-08-18 | 1989-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Dual channel high electron mobility field effect transistor |
| US4882608A (en) * | 1987-02-09 | 1989-11-21 | International Business Machines Corporation | Multilayer semiconductor device having multiple paths of current flow |
| JPH0212928A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
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