JPS61159769A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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- JPS61159769A JPS61159769A JP68585A JP68585A JPS61159769A JP S61159769 A JPS61159769 A JP S61159769A JP 68585 A JP68585 A JP 68585A JP 68585 A JP68585 A JP 68585A JP S61159769 A JPS61159769 A JP S61159769A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 12
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66977—Quantum effect devices, e.g. using quantum reflection, diffraction or interference effects, i.e. Bragg- or Aharonov-Bohm effects
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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】
「産業上の利用分野」
この発明は大きな相互コンダクタンスを持つ電界効果ト
ランジスタに間するものである。
ランジスタに間するものである。
「従来の技術」
第4図に従来用られている高移動度電界効果トランジス
タ(以下HEMTと称す)の断面図を、第5図にその平
面図を示す。
タ(以下HEMTと称す)の断面図を、第5図にその平
面図を示す。
例えばGaAsのような半絶縁性基板11の上にノンド
ープGaAs層から成る第1の半導体層12とノンドー
プA j! GaAs層から成る第2の半導体層13
n″AffGaAs層14を順次積層し、かつ表面から
第1の半導体層12にかけて高不純物濃度の拡散層S及
びDを互いに分離して設け、この拡散層S及びDをソー
ス及びドレインとし、その表面上にそれぞれオーミック
接合させたソース電極15及びドレイン電極16を設け
るとともに中間部の表面上にゲート金属電極17を設け
である。
ープGaAs層から成る第1の半導体層12とノンドー
プA j! GaAs層から成る第2の半導体層13
n″AffGaAs層14を順次積層し、かつ表面から
第1の半導体層12にかけて高不純物濃度の拡散層S及
びDを互いに分離して設け、この拡散層S及びDをソー
ス及びドレインとし、その表面上にそれぞれオーミック
接合させたソース電極15及びドレイン電極16を設け
るとともに中間部の表面上にゲート金属電極17を設け
である。
また第5図に示すように従来のHEMTのチャンネル1
9はソース電極15からでてドレイン電極16まで途中
分かれることなく一本である。
9はソース電極15からでてドレイン電極16まで途中
分かれることなく一本である。
「発明が解決しようとする問題点」
従来のIf!MTはソースSおよびビレ4フ0間の第1
の半導体層12と第2の半導体層13との界面部に生じ
る電子蓄積層18を流れるチャンネル電流をゲート直下
に形成される^41 GaAs空乏層を変化させて制御
している。この場合相互コンダクタンスは電子蓄積層I
8の内部を走行する電子の移動度に依存し大きな相互コ
ンダクタンスを得るためには電子移動度を大きくする以
外にない。電子移動度は上限があるため現在得られてい
る相互コンダクタンスはゲート幅1mあたり400 t
asが得られているにすぎない。
の半導体層12と第2の半導体層13との界面部に生じ
る電子蓄積層18を流れるチャンネル電流をゲート直下
に形成される^41 GaAs空乏層を変化させて制御
している。この場合相互コンダクタンスは電子蓄積層I
8の内部を走行する電子の移動度に依存し大きな相互コ
ンダクタンスを得るためには電子移動度を大きくする以
外にない。電子移動度は上限があるため現在得られてい
る相互コンダクタンスはゲート幅1mあたり400 t
asが得られているにすぎない。
つまり従来のIf!MTの相互コンダクタンスには上限
があるため、ドレイン電流、動作速度、増幅率に上限を
有し、これらを大きくすることができない欠点がある。
があるため、ドレイン電流、動作速度、増幅率に上限を
有し、これらを大きくすることができない欠点がある。
「問題点を解決するための手段」
この発明はこのような状況に鑑み相互コンダクタンスが
電子移動度だけで決まる欠点を解決すべく、チャンネル
を複数に分岐させそれぞれのチャンネルの長さがちがう
ことに起因する伝導電子波動の干渉効果を利用して相互
コンダクタンスを大きくしたものである。
電子移動度だけで決まる欠点を解決すべく、チャンネル
を複数に分岐させそれぞれのチャンネルの長さがちがう
ことに起因する伝導電子波動の干渉効果を利用して相互
コンダクタンスを大きくしたものである。
つまりこの発明による高移動度電界効果トランジスタ(
HEMT)は電子親和力の差の大きい第1及び第2の半
導体層からなるヘテロ接合を有し、キャリヤが流れるチ
ャンネルがソースから出てゲート直下で複数に分岐し、
再び1つに合流しドレインにいく構造を持ち、分岐した
チャンネルの長さが互に異なる大きさを持つことを特徴
としたものである。
HEMT)は電子親和力の差の大きい第1及び第2の半
導体層からなるヘテロ接合を有し、キャリヤが流れるチ
ャンネルがソースから出てゲート直下で複数に分岐し、
再び1つに合流しドレインにいく構造を持ち、分岐した
チャンネルの長さが互に異なる大きさを持つことを特徴
としたものである。
(作用)
この発明によるHEMTによれば長さが異なるチャンネ
ルにキャリヤを流すことによりキャリヤの波動が干渉す
る。この干渉現象はゲート電圧Vgを変えることにより
強め合う状態と打消し合う状態に変化させることができ
る。
ルにキャリヤを流すことによりキャリヤの波動が干渉す
る。この干渉現象はゲート電圧Vgを変えることにより
強め合う状態と打消し合う状態に変化させることができ
る。
干渉現象を利用することによりゲート電圧Vgのわずか
な変化に対しドレイン電流Iゎを大きく変化させること
ができ相互コンダクタンスgmO値を大きくすることが
できる。
な変化に対しドレイン電流Iゎを大きく変化させること
ができ相互コンダクタンスgmO値を大きくすることが
できる。
「実施例」
第1図はこの発明の実施例を示す断面図、第2図は平面
図である。第1図及び第2図において第4図及び第5図
と対応する骨部分に同一符号を付して示している。この
発明の特徴とする点は従来のチャンネル19を第2図に
示すように2つに分岐したチャンネル20に置き換えた
構造とした点である。
図である。第1図及び第2図において第4図及び第5図
と対応する骨部分に同一符号を付して示している。この
発明の特徴とする点は従来のチャンネル19を第2図に
示すように2つに分岐したチャンネル20に置き換えた
構造とした点である。
この実施例ではチャンネル20の幅は約0.8μmによ
り、ゲート直下で分岐したチャンネル20の長さの差は
約0.8μmになっている。
り、ゲート直下で分岐したチャンネル20の長さの差は
約0.8μmになっている。
最近伝導電子に関する論理が急速に進歩し、伝導電子は
可干渉距離1.を以内で干渉することが見いだされた。
可干渉距離1.を以内で干渉することが見いだされた。
(S、装置ikami etal Prog Theo
r、Phys。
r、Phys。
63(1980)707参照)また結晶成長技術の進歩
にともない2次元電子ガスが作製でき)II’MTに代
表されるような高移動度結晶の作製が可能になり可干渉
路1@Lεを飛躍的に大きくでき可干渉距離Lεを素子
の大きさぐらいにできるようになった。可干渉距離Lε
は移動度をμ、2次元電子ガスのフェルミレベルをε1
.非弾性散乱の緩和時間をτεとすると、 となり温度0.1に、移動度10’ d/V−S、
2次元電子ガス濃度nt 10”cm−”のとき可干渉
路@ l、 tはLε=20μmとなり素子の大きさ程
度になる。
にともない2次元電子ガスが作製でき)II’MTに代
表されるような高移動度結晶の作製が可能になり可干渉
路1@Lεを飛躍的に大きくでき可干渉距離Lεを素子
の大きさぐらいにできるようになった。可干渉距離Lε
は移動度をμ、2次元電子ガスのフェルミレベルをε1
.非弾性散乱の緩和時間をτεとすると、 となり温度0.1に、移動度10’ d/V−S、
2次元電子ガス濃度nt 10”cm−”のとき可干渉
路@ l、 tはLε=20μmとなり素子の大きさ程
度になる。
また2次元素子ガス濃度n、とフェルミレベルεFは状
態密度が一/π・h” (m電子の有効質量、hブラ
ンク定数、π円周率)であるから2次元電子ガスのフェ
ルミレベル1.は また2次元電子ガスのフェルミレベルε、は伝導電子の
波長λ、を用いて って伝導電子の波長λ、と2次元電子ガス濃度ntの関
係は ここでチャンネル長を可干渉距離Lεより小さくして干
渉現象を可能とし、2つの分岐したチャンネル長の差を
ΔLとした場合、Mを整数としてΔL = M A F
のとき2つのチャンネルの電子の波動は強めあいΔL−
(M+%) λ、のとき2つのチャンネルの電子の波
動は打ち消しあう。
態密度が一/π・h” (m電子の有効質量、hブラ
ンク定数、π円周率)であるから2次元電子ガスのフェ
ルミレベル1.は また2次元電子ガスのフェルミレベルε、は伝導電子の
波長λ、を用いて って伝導電子の波長λ、と2次元電子ガス濃度ntの関
係は ここでチャンネル長を可干渉距離Lεより小さくして干
渉現象を可能とし、2つの分岐したチャンネル長の差を
ΔLとした場合、Mを整数としてΔL = M A F
のとき2つのチャンネルの電子の波動は強めあいΔL−
(M+%) λ、のとき2つのチャンネルの電子の波
動は打ち消しあう。
したがってΔL=Mλ、のときソースSとドレインD間
に電流が流れゲート電圧Vgを換えて2次元電子ガス濃
度n1と2次元電子ガスのフェルミレベル1.を変化さ
せることにより波長λ、を変化させΔL=(M+!4)
λ「の条件にすると電流が流れない。
に電流が流れゲート電圧Vgを換えて2次元電子ガス濃
度n1と2次元電子ガスのフェルミレベル1.を変化さ
せることにより波長λ、を変化させΔL=(M+!4)
λ「の条件にすると電流が流れない。
第3図にΔL=2500人のときのドレイン電流I、と
2次元電子ガス濃度n、の関係を示す。ドレイン電流!
、は電子の数がふえると大きくなるがΔL=(M+!4
)λ、のとき0になる。
2次元電子ガス濃度n、の関係を示す。ドレイン電流!
、は電子の数がふえると大きくなるがΔL=(M+!4
)λ、のとき0になる。
第3図の横軸の2次元電子ガス濃度n、はゲート電圧ν
gに比例するため、第3図のドレイン電流■。のかたむ
きは相互コンダクタンスg蒙に比例する。したがって第
3図で電流のかたむきの大きい部分(図中のMの値が、
整数から半整数、半整数から整数にかわる間)では相互
コンダクタンスg■も非常に大きくなる。
gに比例するため、第3図のドレイン電流■。のかたむ
きは相互コンダクタンスg蒙に比例する。したがって第
3図で電流のかたむきの大きい部分(図中のMの値が、
整数から半整数、半整数から整数にかわる間)では相互
コンダクタンスg■も非常に大きくなる。
「効果」
この発明によればゲート電圧VgをMの値が整数と半整
数となる間に対応する値に選定することにより相互コン
ダクタンスの大きい部分に動作点を設定できる。よって
この発明は相互コンダクタンスの大きい電界効果トラン
ジスタを提供できる。
数となる間に対応する値に選定することにより相互コン
ダクタンスの大きい部分に動作点を設定できる。よって
この発明は相互コンダクタンスの大きい電界効果トラン
ジスタを提供できる。
[この発明によ<IIEMTの製造方法」次にこの発明
による高移動度電界効果トランジスタの製造方法につい
て説明する。
による高移動度電界効果トランジスタの製造方法につい
て説明する。
まずGaAsの半絶縁性基板11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
GaAsJij12を約1μmの厚さに形成する。
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
GaAsJij12を約1μmの厚さに形成する。
引き続きノンドープA 71GaAs層13を約150
人の厚さに、同じくドナー濃度2×lQl?cIm−
2のSiドープn”AJ!GaAs層14を約1000
人の厚さに順次成長させる。これによりGaAs層12
の界面には電子蓄積層18が形成される。
人の厚さに、同じくドナー濃度2×lQl?cIm−
2のSiドープn”AJ!GaAs層14を約1000
人の厚さに順次成長させる。これによりGaAs層12
の界面には電子蓄積層18が形成される。
次いでn”AfGaAs層14の表面に例えば電子ビー
ム露光技術等をもちいてパターニングを施した後チャン
ネル20を形成する。次いで再びパターニングしてオー
ミック金属を真空蒸着法により付着し、リフトオフし熱
処理合金化してソース、ドレイン電i15.16を形成
し、更にパターニングしてゲート金属を真空蒸着法で付
着させてリフトオフしてゲート電極17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12としてGaAs、第2の
半導体14としてA I2 GaAsを用いた場合につ
いて説明したが、第1.第2の半導体の組み合せとして
(GaSb、 A I Ga 。
ム露光技術等をもちいてパターニングを施した後チャン
ネル20を形成する。次いで再びパターニングしてオー
ミック金属を真空蒸着法により付着し、リフトオフし熱
処理合金化してソース、ドレイン電i15.16を形成
し、更にパターニングしてゲート金属を真空蒸着法で付
着させてリフトオフしてゲート電極17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12としてGaAs、第2の
半導体14としてA I2 GaAsを用いた場合につ
いて説明したが、第1.第2の半導体の組み合せとして
(GaSb、 A I Ga 。
Sb)+ (InGaAs、A/InAs)、(InG
aAs、InP)等でも同様の効果を得ることができる
。また上述した実施例では2次元電子についてのみ説明
したが2次元正孔の場合も同様な効果を得ることができ
ることは容易に理解できよう。
aAs、InP)等でも同様の効果を得ることができる
。また上述した実施例では2次元電子についてのみ説明
したが2次元正孔の場合も同様な効果を得ることができ
ることは容易に理解できよう。
「発明の効果」
以上説明したようにこの発明の高移動度電界効果トラン
ジスタによれば長さが異なるチャンネルにキャリヤを流
すことによりキャリヤの波動を干渉させ、この干渉現象
によりゲート電圧Vgを変えることによりキャリヤの波
動を強め合う状態と打消し合う状態とに変化させること
ができる。この結果キャリヤの波動が強め合う状態と打
消し合う状態の中間の謂域を利用することによりゲート
電圧Vgをわずかに変化させるとドレイン電流■。を大
きく変化させることができ、よって相互コンダクタンス
gmO値を大きくすることができる。
ジスタによれば長さが異なるチャンネルにキャリヤを流
すことによりキャリヤの波動を干渉させ、この干渉現象
によりゲート電圧Vgを変えることによりキャリヤの波
動を強め合う状態と打消し合う状態とに変化させること
ができる。この結果キャリヤの波動が強め合う状態と打
消し合う状態の中間の謂域を利用することによりゲート
電圧Vgをわずかに変化させるとドレイン電流■。を大
きく変化させることができ、よって相互コンダクタンス
gmO値を大きくすることができる。
この結果高速動作が可能で然も高増幅率の高移動度電界
効果トランジスタを提供できる。
効果トランジスタを提供できる。
第1図はこの発明のHEF4Tの構成例を示す断面図、
第2図はその平面図、第3図はこの発明によるHEMT
の動作特性を説明するためのグラフ、第4図は従来のH
f!MTの構造を説明するための断面図、第5図はその
平面図である。 ll:半絶縁性基板、12:第1の半導体層、13:第
2の半導体層、S:ソース、Dニドレイン、15:ソー
ス電極、16:ドレイン電極、17:ゲート電極、20
:異なる長さを持つチャンネル。 オ 1 図 73 図
第2図はその平面図、第3図はこの発明によるHEMT
の動作特性を説明するためのグラフ、第4図は従来のH
f!MTの構造を説明するための断面図、第5図はその
平面図である。 ll:半絶縁性基板、12:第1の半導体層、13:第
2の半導体層、S:ソース、Dニドレイン、15:ソー
ス電極、16:ドレイン電極、17:ゲート電極、20
:異なる長さを持つチャンネル。 オ 1 図 73 図
Claims (1)
- (1)電子親和力の差の大きい第1および第2の半導体
層からなるヘテロ接合を有し、キャリヤが流れるチャン
ネルがソースから出てゲート直下で複数に分岐し、再び
1つに合流しドレインにいく構造を持ち、分岐したチャ
ンネルの長さが互に異なる大きさを持つことを特徴とす
る電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP68585A JPS61159769A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP68585A JPS61159769A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 電界効果トランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61159769A true JPS61159769A (ja) | 1986-07-19 |
JPH0156540B2 JPH0156540B2 (ja) | 1989-11-30 |
Family
ID=11480612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP68585A Granted JPS61159769A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61159769A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0242652A2 (en) * | 1986-04-22 | 1987-10-28 | International Business Machines Corporation | Electron tuned quantum well device |
EP0323158A2 (en) * | 1987-12-28 | 1989-07-05 | Hitachi, Ltd. | Field effect transistor |
US4977435A (en) * | 1987-10-30 | 1990-12-11 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device with a split conduction channel |
US4996570A (en) * | 1987-12-23 | 1991-02-26 | U.S. Philips Corp. | Semiconductor structure having a conductive channel |
US5003360A (en) * | 1988-07-15 | 1991-03-26 | Fujitsu Limited | Semiconductor functional element |
US5130766A (en) * | 1988-08-04 | 1992-07-14 | Fujitsu Limited | Quantum interference type semiconductor device |
US5132760A (en) * | 1989-08-30 | 1992-07-21 | Mordehai Heiblum | Electron wave deflection in modulation doped and other doped semiconductor structures |
-
1985
- 1985-01-07 JP JP68585A patent/JPS61159769A/ja active Granted
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0242652A2 (en) * | 1986-04-22 | 1987-10-28 | International Business Machines Corporation | Electron tuned quantum well device |
US4977435A (en) * | 1987-10-30 | 1990-12-11 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device with a split conduction channel |
US4996570A (en) * | 1987-12-23 | 1991-02-26 | U.S. Philips Corp. | Semiconductor structure having a conductive channel |
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US5132760A (en) * | 1989-08-30 | 1992-07-21 | Mordehai Heiblum | Electron wave deflection in modulation doped and other doped semiconductor structures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0156540B2 (ja) | 1989-11-30 |
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