JPS61230379A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS61230379A
JPS61230379A JP7215485A JP7215485A JPS61230379A JP S61230379 A JPS61230379 A JP S61230379A JP 7215485 A JP7215485 A JP 7215485A JP 7215485 A JP7215485 A JP 7215485A JP S61230379 A JPS61230379 A JP S61230379A
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semiconductor
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Abstract

PURPOSE:To provide large mutual conductance, and to enable ultraspeed operation by controlling two-element electrons formed on the interface between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer by holes injected onto the interface between the second semiconductor and a third semiconductor from a fourth semiconductor layer. CONSTITUTION:A high-purity GaAs layer 2 in 1mum thickness is grown on a semi-insulating GaAs substrate 1, and a high-purity AlAs layer 8 in 20Angstrom thickness, an N-Al0.4Ga0.6As layer 9 containing an Si impurity of 1X10<18>cm<-3> and having 300Angstrom thickness and a P<+>-Al0.4Ga0.6As layer 10 containing a Be impurity of 3X10<19>cm<-3> and having 100Angstrom thickness are grown. Al is evaporated and patterned to form a gate electrode 5, unnecessary P<+>-Al0.4Ga0.6As is removed while the gate electrode 5 is used as a mask, and a source 6 and a drain electrode 7 consisting of AuGe/Au are evaporated and alloyed, thus completing a transistor. Accordingly, a semiconductor device, the degree of integration thereof is easily improved and the whole system thereof can be operated at superspeed, is acquired.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高い相互フンダクタンスを有し高速動作が可能
な半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor device having high mutual conductance and capable of high-speed operation.

(従来技術とその問題点) 高速動作が期待できる能動半導体装置として、半導体へ
テロ界面の2次元電子を利用したFF1T(Field
 ’Effect Trana*or )がある(例え
は、ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジ
ックス(Jpn 、 J、 Appl、 Phys、 
19 (1980)L255))。これは、電子親和力
の異なる半導体のへテロ界面(例えば、A7xGa、−
xAs / GaAs )において、電子親和力の小さ
な半導体だけに不純物をドーピングし、電子親和力の大
きな半導体側に2次元電子を生じさせ、この2次元電子
の高い移動度の利用を特長としている。しかし動作機構
からみると、とのFBTは絶縁膜の替りにワイドギャッ
プの半導体を用いた一種のMISFET (Metal
Insulator Sem1conductor P
ET )とみなせるため、SiのMOSFET (Me
tal 0xide SemiconductorFB
T )と同様の利点および欠点を有している。
(Prior art and its problems) As an active semiconductor device that can be expected to operate at high speed, FF1T (Field
'Effect Tran*or) (For example, Japan Journal of Applied Physics (Jpn, J, Appl, Phys,
19 (1980) L255)). This is due to the hetero-interface of semiconductors with different electron affinities (e.g. A7xGa, -
xAs/GaAs), only the semiconductor with low electron affinity is doped with impurities, two-dimensional electrons are generated on the semiconductor side with high electron affinity, and the feature is that the high mobility of these two-dimensional electrons is utilized. However, from the point of view of the operating mechanism, the FBT is a type of MISFET (Metal
Insulator Sem1conductor P
Since it can be regarded as a Si MOSFET (Me
tal Oxide SemiconductorFB
T ) has similar advantages and disadvantages.

MIS型のFETは、プロセスがバイポーラトランジス
タと比べて短く、プレーナ構造が作り易いことから高集
積化が容易である。その反面、デバイスの負荷駆動能力
を表す相互コンダクタンスが素子寸法の微細化と共に低
下することから、高集積化の速度を高めることは負荷駆
動能力の高いバイポーラトランジスタはど容易ではない
MIS-type FETs have a shorter process time than bipolar transistors, and a planar structure is easier to produce, making it easier to achieve higher integration. On the other hand, since the mutual conductance, which indicates the load driving ability of a device, decreases as the element size becomes smaller, it is not easy to increase the speed of high integration of bipolar transistors with high load driving ability.

第3図は従来の2次元電子を利用したFETの概略断面
図である。第3図において、1は半絶縁性半導体の基板
、2は不純物を極力少なくした第1の半導体層、3はn
型不純物を含有し第1の半導体層2より電子親和力が小
さい半導体からなる電子供給層、4は第1の半導体層2
と電子供給層3との界面に形成される2次元電子ガス、
5は電子供給層3とショットキ接合を形成するゲート電
極、6は電子供給層3と合金化し2次元電子ガス4と電
気的コンタクトがとれているソース電極、7は6と同様
のドレイン電極である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional FET using two-dimensional electrons. In FIG. 3, 1 is a semi-insulating semiconductor substrate, 2 is a first semiconductor layer with as few impurities as possible, and 3 is an n
An electron supply layer made of a semiconductor containing type impurities and having a lower electron affinity than the first semiconductor layer 2; 4 is the first semiconductor layer 2;
a two-dimensional electron gas formed at the interface between and the electron supply layer 3;
5 is a gate electrode that forms a Schottky junction with the electron supply layer 3; 6 is a source electrode that is alloyed with the electron supply layer 3 and is in electrical contact with the two-dimensional electron gas 4; and 7 is a drain electrode similar to 6. .

第4図は第3図に示すFETのゲート電極下のバンド構
造を示す図である。第4図において、第3栗 図と同じ番号のものは同一機能を界すものである。
FIG. 4 is a diagram showing the band structure under the gate electrode of the FET shown in FIG. 3. In FIG. 4, parts with the same numbers as those in the third chestnut diagram have the same functions.

嬶 ECは伝導帯喰、E(はフェルミ準位、Evは充満帯端
である。
EC is the conduction band gap, E( is the Fermi level, and Ev is the edge of the filled band.

次に、第3図に示す従来の2次元電子を利用したPET
の動作について説明する。ここでFITは第1の半導体
層2がGaAs 、電子供給層3がn型の11640m
6.y Asで形成されているものとし、またソースを
零拳位とし、ドレインには正電圧が印加されているもの
とする。
Next, we will introduce the conventional PET using two-dimensional electrons shown in Figure 3.
The operation will be explained. Here, in the FIT, the first semiconductor layer 2 is made of GaAs, and the electron supply layer 3 is made of n-type 11640m
6. It is assumed that the source is made of As, and that the source is on the order of zero, and a positive voltage is applied to the drain.

ゲート電圧(Vo)がOvの場合、n  AlI3−3
0a6yAsは完全に空j化し、第4図に示すバンド構
造になっているものとするとゲート下のAJ(1,3G
a6,7As/GaAs界面(GaAs側)にはn −
AJ6.3Ga6.y As中のイオン化したドナーに
よシ誘起された2次元電子ガスが形成されておシ、ソー
ス・ドレイン間には2次元電子ガスを通じてドレイン電
流(より)が流れる。ここで、ゲート電圧を負に太きく
してゆくと、ゲート下の2次元電子ガスが減少してドレ
イン電流が減少し、逆にゲート電圧を正に大きくしてゆ
くと、ゲート下の2次元電子ガスが増加してドレイン電
流が増加する。
When the gate voltage (Vo) is Ov, n AlI3-3
Assuming that 0a6yAs is completely empty and has the band structure shown in Figure 4, AJ (1,3G
n − at the a6,7As/GaAs interface (GaAs side)
AJ6.3Ga6. A two-dimensional electron gas induced by the ionized donors in As is formed, and a drain current flows between the source and drain through the two-dimensional electron gas. Here, as the gate voltage increases in a negative direction, the two-dimensional electron gas under the gate decreases and the drain current decreases, and conversely, as the gate voltage increases in a positive direction, the two-dimensional electron gas under the gate decreases. The gas increases and the drain current increases.

つまシ、ドレイン電流はゲート電圧によりn−AJ63
 Ga(1? Asのキャパシタンスを通して制御され
る。したがって、相互コンダクタンス(,9m=ゲート
電圧の変化に対するドレイン電流の変化分)はMo5p
ンと同様の形で記述される。す=ア領域では、となる。
The drain current is n-AJ63 depending on the gate voltage.
It is controlled through the capacitance of Ga(1?As).Therefore, the transconductance (,9m=change in drain current with respect to change in gate voltage) is Mo5p
It is written in the same way as In the area S = A, it becomes.

ここで、2はゲート幅、Lはゲート長、μ。は2次元電
子の移動度、C,はn  AJ6.3 Ga6.1As
の単位面積当りのキャパシタンス、VDはドレイン電圧
である。gmを高める為にはzjμn )c、tvDを
大きくLLを小さくする必要があるが、μ。はほぼ一定
であシ、また集積化を考えるとZ、Lは共に小さくなり
、VDも大きくできないため、自を大きくすることが要
求される。C。
Here, 2 is the gate width, L is the gate length, and μ. is the two-dimensional electron mobility, C, is n AJ6.3 Ga6.1As
capacitance per unit area, VD is the drain voltage. In order to increase gm, it is necessary to increase zjμn)c and tvD and decrease LL, but μ. is almost constant, and considering integration, both Z and L become small and VD cannot be made large, so it is required to make itself large. C.

を大きくすることはn  AJ6,3 Ga6.7 A
sの厚さを薄くすることに対応するが、次の理由により
この厚さを極端に薄くすることはできない。n  AJ
6.5Ga6.7 Asを薄くするためには、n  A
l。、3 Gal1.7Asの不純物濃度を厚さの2乗
に逆比例して増加させる必要がある。この不純物濃度の
増加はゲート耐圧を低下させゲートリーク電流を増大さ
せるため、正常なトランジスタ動作が行なえないように
なる。
Increasing is n AJ6,3 Ga6.7 A
This corresponds to reducing the thickness of s, but this thickness cannot be made extremely thin for the following reason. n AJ
In order to make 6.5Ga6.7As thinner, n A
l. , 3 It is necessary to increase the impurity concentration of Gal1.7As in inverse proportion to the square of the thickness. This increase in impurity concentration lowers the gate breakdown voltage and increases gate leakage current, making it impossible for the transistor to operate normally.

この系の場合、n = 5 X 10” cvt−”で
厚さ200X程度が限界と考えられ、相互コンダクタン
スの最大値としては1μm以下のゲート長で単位n当シ
1000m8程度と予想される。超高速動作デバイスと
しては相互コンダクタンスは数千m8以上が必要である
と考えられるため、この程度の値では不充分である。
In the case of this system, the limit is considered to be n = 5 x 10''cvt-'' and a thickness of about 200X, and the maximum value of mutual conductance is expected to be about 1000 m8 per unit n at a gate length of 1 μm or less. Since it is considered that a mutual conductance of several thousand m8 or more is required for an ultra-high-speed operating device, a value of this order is insufficient.

以上述べたように、従来の2次元電子を利用したFIT
ではMO8FB’l’と同様の動作機構による場相互コ
ンダクタンスを増大させるのが困難であシ、超高速動作
デバイスとしては能力不足である。
As mentioned above, conventional FIT using two-dimensional electrons
However, it is difficult to increase the field mutual conductance due to the same operating mechanism as MO8FB'l', and the performance is insufficient as an ultra-high-speed operating device.

(発明の目的) 本発明の目的は、上記欠点を除去し、バイポーラトラン
ジスタと同様に非常に大きな相互コンダクタ/スを有し
超高速動作が可能な半導体装置を提供することにある。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks, and to provide a semiconductor device which has a very large mutual conductor/s and is capable of ultra-high speed operation, similar to a bipolar transistor.

(発明の構成) 本発明によれば、極低不純物濃度の第1の半導体層と、
該第1の半導体層上に設けられて該第1の半導体層より
電子親和力が小さい第2の半導体層と、該第2の半導体
層上に設けられて第1の半導体層より電子親和力が小さ
くかつ第2の半導体層より電子親和力と禁止帯幅の和が
小さくn型不純物を含有する第3の半導体層と、該第3
の半導体層上の一部に設けられn型不純物を高濃度に含
有する第4の半導体層と、該第4の半導体層上に設けら
れかつ該第4の半導体層とオーミック接合を形成するゲ
ート電極と、該ゲート電極を挾んで第1の半導体層と第
2の半導体層との界面に存在するキャリアと電気的コン
タクトを形成する一対の電極とを含むことを特徴とする
半導体装置が得られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, a first semiconductor layer with an extremely low impurity concentration;
a second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer and having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer provided on the second semiconductor layer and having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer. and a third semiconductor layer containing an n-type impurity and having a smaller sum of electron affinity and forbidden band width than the second semiconductor layer;
a fourth semiconductor layer provided on a part of the semiconductor layer and containing a high concentration of n-type impurities; and a gate provided on the fourth semiconductor layer and forming an ohmic junction with the fourth semiconductor layer. A semiconductor device is obtained that includes an electrode and a pair of electrodes that sandwich the gate electrode and form electrical contact with carriers present at the interface between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer. .

(発明の原理) 本発明のFETの動作原理は、第1の半導体層と第2の
半導体層との界面に形成される2次元電子を、第4の半
導体層から第2の半導体と第3の半導体との界面に注入
する正孔によって制御するものである。注入された正孔
は、第1の半導体と第2の半導体層との界面において次
々に2次元電子を誘起させ々がらソース電極へと動いて
ゆく。誘起された2次元電子はドレイン電界により高速
度でドレインに引き込まれドレイン電流となる。注入さ
れる正孔の量はゲート電圧の増加で指数関数的に増大す
るので、同様にドレイン電流も指数関数的に増加する。
(Principle of the Invention) The operating principle of the FET of the present invention is that two-dimensional electrons formed at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are transferred from the fourth semiconductor layer to the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. It is controlled by holes injected into the interface with the semiconductor. The injected holes move toward the source electrode while inducing two-dimensional electrons one after another at the interface between the first semiconductor and the second semiconductor layer. The induced two-dimensional electrons are drawn into the drain at high speed by the drain electric field and become a drain current. Since the amount of injected holes increases exponentially with an increase in gate voltage, the drain current also increases exponentially.

したがって、本発明のFITにより、高い相互コンダク
タンスが容易に実現される。
Therefore, high transconductance is easily achieved by the FIT of the present invention.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例の断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the present invention.

第1図において、第3.4図と同じ番号のものは第3ν
4図と同等物で同一機能を果すものである。
In Figure 1, the same numbers as in Figure 3.4 are numbered 3ν.
It is equivalent to Figure 4 and performs the same function.

8は第1の半導体層2より電子親和力が小さい第2の半
導体層、9は第1の半導体層2よりit電子親和力小さ
くかつ第2の半導体層8より電子親和力と禁止帯幅の和
が小さくn型不純物を含有する第3の半導体層、10は
n型不純物を高濃度に含有する第4の半導体層である。
8 is a second semiconductor layer having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer 2; 9 is a second semiconductor layer having a smaller IT electron affinity than the first semiconductor layer 2 and a smaller sum of electron affinity and forbidden band width than the second semiconductor layer 8; A third semiconductor layer 10 containing n-type impurities is a fourth semiconductor layer containing n-type impurities at a high concentration.

ここで、第2の半導体層8のE、レベルは第1の半導体
層2のEvレベルよシ高くても低くても良い。また第2
の半導体層8はn型不純物を含有しても良いが、ゲート
リーク電流を抑える上からは含有しない方が良い。
Here, the E level of the second semiconductor layer 8 may be higher or lower than the Ev level of the first semiconductor layer 2. Also the second
Although the semiconductor layer 8 may contain an n-type impurity, it is better not to contain it in order to suppress gate leakage current.

さらに第2の半導体層8の厚さは、薄い方が良いが正孔
が第3の半導体層9から第1の半導体層2へのトンネル
効果によシはとんどぬけてしまうのを防ぐだけの厚さは
必要である。この厚さは第2の半導体層8と第3の半導
体層9とのEvO差の量によシ異なるが、一般には数^
〜数十C)れば充分である。第4の半導体層10の材料
は第3の半導体層9へ正孔を注入できるものであれば何
でも良いが、注入効率を高める上から第4の半導体層と
接触している面での第3の半導体層9と同一材料または
第3の半導体層9より電子親和力と禁止帯幅との和が大
きな材料が望ましい@本発明の構造を実現できる例とし
ては、第1の半導体層2が高純度QaAs1第2の半導
体層8が厚さ20X程度のAJA8 、第3の半導体層
9が厚さ5ooX程度でn型不純物濃度がI X I 
Q”c+a−’程度のn  k16.B Ga6,1 
Aa)第4の半導体層が厚さ100X程度でn型不純物
濃度がI X 10” cm−’以上のP” Ga o
、s Ga6.y Asからなるものがある。
Furthermore, the thickness of the second semiconductor layer 8 is preferably thinner, but holes are prevented from being completely lost due to the tunnel effect from the third semiconductor layer 9 to the first semiconductor layer 2. thickness is required. This thickness varies depending on the amount of EvO difference between the second semiconductor layer 8 and the third semiconductor layer 9, but is generally several ^.
~ several tens of C) is sufficient. The material of the fourth semiconductor layer 10 may be any material as long as it can inject holes into the third semiconductor layer 9, but from the viewpoint of increasing the injection efficiency, It is desirable to use the same material as the semiconductor layer 9 or a material with a larger sum of electron affinity and forbidden band width than the third semiconductor layer 9. As an example of realizing the structure of the present invention, the first semiconductor layer 2 is of high purity. QaAs1 The second semiconductor layer 8 has a thickness of about 20X, and the third semiconductor layer 9 has a thickness of about 5ooX, and the n-type impurity concentration is IXI.
Q"c+a-' n k16.B Ga6,1
Aa) The fourth semiconductor layer is P" Ga o with a thickness of about 100X and an n-type impurity concentration of I x 10"cm-' or more.
, s Ga6. There is one consisting of y As.

以下、本実施例の動作を、各半導体層に前述の材料を用
い、このバンド構造図である第2図を用いて詳細に説明
する。
Hereinafter, the operation of this embodiment will be explained in detail using the above-mentioned materials for each semiconductor layer and with reference to FIG. 2, which is a diagram of the band structure.

第2図は第1図に示すFETのゲート電極下のバンド構
造を示す図である。第2図において、第1+3#4図と
同じ番号のものは第1s3y4図と同等物で同一機能を
果すものである。
FIG. 2 is a diagram showing the band structure under the gate electrode of the FET shown in FIG. 1. In FIG. 2, the same numbers as in FIG. 1+3#4 are equivalent to those in FIG. 1s3y4 and perform the same functions.

このバンド図は熱平衡状態を表わしたものであり、バン
ド構造を理解し易くするため2次元電子ガス4が形成さ
れている状態(ディプレッジ目ンモード)を示している
。超高速動作用のF’ETでは熱平衡状態では2次元電
子ガス4が形成されてない状態(エンハンスメントモー
ド)を用いる方が望ましい。
This band diagram represents a thermal equilibrium state, and shows a state in which a two-dimensional electron gas 4 is formed (dipleg mode) to facilitate understanding of the band structure. In an F'ET for ultra-high-speed operation, it is preferable to use a state (enhancement mode) in which no two-dimensional electron gas 4 is formed in a thermal equilibrium state.

ゲート電極に正電圧を印加すると1)+AI0.3Ga
Q、7 As層10とn  Alo、3 Gao、y 
As層9の接合は順バイアス状態になる。この時、n 
 A164 Ga6.7As層9はほぼ完全に空乏化し
ているので、順バイアスによるn  A16.5Ga6
.y ks層9から、+−Aj6.3 Ga6.y A
m層10への電子の注入はほとんど無視できる。一方、
p ”  A164 Ga6.y As層1oがらn 
 A164 Ga6.y As層9への正孔の注入は顕
著である。注入された正孔はn  A164 Ga64
 As層9を経てn −A/6.3 Ga6,7 As
層9とA IA s層8の界面に到達するが、ここに正
孔に対する障壁があるためこの界面にたまる。たまった
正孔のほとんどはソース・ゲート間の電界にょシnAノ
。、30a6.y As層9を通りソース電極側に移動
する。また一部はAlA3障壁を熱的に越えるかまたは
トンネル効果で抜けてGaAs層に入シ、ソース電極に
移動するかまたは電子との再結合によシ消滅する。n 
−A16,30a(1,y As / AjAS界面に
正孔がたまると、正孔の量に対応してAJAs / G
aAs界面に2次元電子が誘起される。誘起された2次
元電子は高い移動度を有しているのでソース・ドレイン
間の電界によって瞬時にドレイン側に流れてゆき、その
結果再び正孔により2次元電子が誘起される。したがっ
て、p ” −A1640a6.7 As層10から注
入された正孔はソース電極に吸収されるまでに多数の2
次元電子を誘起させることになシ、ドレイン電流とゲー
ト電流(主に正孔電流)との比(電流増幅率β)は非常
に大きなものとなる。また、+−Aj6.1 Gag、
y As層10からn  klo、B Ga6.y A
s層9へ注入される正孔の数は順バイアス電圧(はぼゲ
ート電圧に対応)の指数関数で増加するため、相互コン
ダクタンスもゲート電圧の増加で指数関数的に増加し非
常に大きなものとなる。
When a positive voltage is applied to the gate electrode, 1)+AI0.3Ga
Q, 7 As layer 10 and n Alo, 3 Gao, y
The junction of the As layer 9 becomes forward biased. At this time, n
Since the A164 Ga6.7As layer 9 is almost completely depleted, the n A16.5Ga6 due to forward bias
.. From y ks layer 9, +-Aj6.3 Ga6. yA
The injection of electrons into the m-layer 10 is almost negligible. on the other hand,
p ” A164 Ga6.y As layer 1o to n
A164 Ga6. The injection of holes into the yAs layer 9 is significant. The injected holes are n A164 Ga64
n −A/6.3 Ga6,7 As via As layer 9
The holes reach the interface between the layer 9 and the A IAs layer 8, but because there is a barrier to holes there, they accumulate at this interface. Most of the accumulated holes are absorbed by the electric field between the source and gate. , 30a6. y It passes through the As layer 9 and moves to the source electrode side. In addition, a part of the electrons thermally crosses the AlA3 barrier or passes through the tunnel effect and enters the GaAs layer, and either moves to the source electrode or disappears by recombination with electrons. n
-A16,30a(1,y When holes accumulate at the As/AjAS interface, AJAs/G
Two-dimensional electrons are induced at the aAs interface. Since the induced two-dimensional electrons have high mobility, they instantly flow toward the drain side due to the electric field between the source and drain, and as a result, two-dimensional electrons are induced again by holes. Therefore, the holes injected from the p''-A1640a6.7 As layer 10 pass through a large number of 2 holes before being absorbed into the source electrode.
In order to induce dimensional electrons, the ratio (current amplification factor β) between the drain current and the gate current (mainly hole current) becomes extremely large. Also, +-Aj6.1 Gag,
y As layer 10 to n klo, B Ga6. yA
Since the number of holes injected into the s-layer 9 increases exponentially with the forward bias voltage (corresponding to the gate voltage), the mutual conductance also increases exponentially with an increase in gate voltage and becomes very large. Become.

以上述べたように本発明によるトランジスタは、構造的
には従来の2次元電子ガスFITと類似であるが、動作
特性の上からはバイポーラトランジスタと類似しており
、従来FETの持つ高集積化に適した構造およびバイポ
ーラトランジスタの持つ高い相互コンダクタンスを共に
備えたものである。
As described above, the transistor according to the present invention is structurally similar to a conventional two-dimensional electron gas FIT, but its operating characteristics are similar to a bipolar transistor, and it has the advantages of high integration that conventional FETs have. It combines a suitable structure and the high transconductance of bipolar transistors.

本実施例によるトランジスタの作製として、まず結晶成
長方法としてMBE (Mo1ecular Beam
Epitaxy  )を用い、半絶縁性GaAs基板1
上に厚さ1μmの高純度GaAs層2を成長させ、続い
て厚さ20Xの高純度AJAs層8、厚さ300XでI
 X 10” tlm−’の8i不純物を含むn −A
4,4Ga6.6As層9、厚さ100Xで3 ×l 
Q” crn−”のBe不純物を含む9 +)dl o
、4 Ga 6.6 As層10を成長させた。次にA
Iを蒸着しパターニングしてゲート電極5とし不用なp
 ”  AI6.4 Ga O96人Sをこれをマスク
に除去し、AuGe/Auのソースおよびドレイン電極
を蒸着およびアロイしてトランジスタを完成させた。そ
の結果、ゲート長0.5μm1ゲート・ソース間および
ゲート・ドレイン間が0.5μmのものにおいて、Ii
m= 5000m87wm (1mゲート幅当シ)、β
=200の特性が得られた。
To fabricate the transistor according to this example, first, MBE (Molecular Beam) was used as a crystal growth method.
Epitaxy), semi-insulating GaAs substrate 1
A high-purity GaAs layer 2 with a thickness of 1 μm is grown on top, followed by a high-purity AJAs layer 8 with a thickness of 20X, and a layer of I with a thickness of 300X.
n-A with 8i impurity of X 10” tlm-’
4,4Ga6.6As layer 9, thickness 100X, 3 × l
9 +) dlo containing Be impurity of Q"crn-"
, 4 Ga 6.6 As layer 10 was grown. Next A
I is vapor-deposited and patterned to form the gate electrode 5 and unnecessary p is used.
"AI6.4 GaO96S was removed using this as a mask, and AuGe/Au source and drain electrodes were deposited and alloyed to complete the transistor. As a result, the gate length was 0.5 μm between the gate and the source, and・In the case where the distance between drains is 0.5 μm, Ii
m = 5000m87wm (per 1m gate width), β
=200 characteristics were obtained.

上記の本発明の実施例では半導体材料としてGaAs 
/ AlGaAsを示したが、他の半導体材料(例えば
InGaAs / InP / InAJAs )でも
良いことは明らかである。
In the above embodiments of the present invention, GaAs is used as the semiconductor material.
/AlGaAs is shown, but it is clear that other semiconductor materials (e.g. InGaAs/InP/InAJAs) may also be used.

本発明の第2〜第4の半導体層は均一組成、均一ドーピ
ングでなくてもよい。短周期の超格子を用いたシ、厚さ
方向の組成の変化やドーピングの変化をつけても良い。
The second to fourth semiconductor layers of the present invention do not need to have uniform composition or uniform doping. A short-period superlattice may be used, and the composition and doping may be varied in the thickness direction.

短周期の超格子は2つの材料で第1〜第4の半導体層す
べてを実現できる利点がある。組成の変化は表面層の保
護の点で重要である(例えば、第3の半導体層をn  
A16.@ Ga6.7Asからn  GaAaに徐々
に変化させる)。ドーピングの変化は正孔の注入効率を
高める(第3の半導体層上部を低不純物濃度とする)上
で重要である。また、ソースおよびドレイン電極の形成
は第3の半導体層上だけでなくこの層を堀シ下げたとこ
ろで形成したシ、第4の半導体層を残しその上に付けて
も良い。
The short-period superlattice has the advantage that all the first to fourth semiconductor layers can be realized using two materials. Changes in composition are important in terms of protecting the surface layer (e.g. changing the third semiconductor layer to n
A16. @ Gradually changing from Ga6.7As to n GaAa). Changes in doping are important for increasing hole injection efficiency (low impurity concentration in the upper part of the third semiconductor layer). Further, the source and drain electrodes may be formed not only on the third semiconductor layer, but also on a portion where this layer is excavated, leaving the fourth semiconductor layer on.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、昼集積化
が容易でシステム全体を超高速で動作させることが可能
な半導体装置が得られるので、その効果は大きい。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, a semiconductor device can be obtained that can be easily integrated during daytime operation and the entire system can be operated at ultra high speed, so the effects are great.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例の断面図、第2図は第1図のゲ
ート電極下のバンド構造図、第3図は従  、来の2次
元電子ガスPETの断面図、第4図は第3図のゲート電
極下のバンド構造図である。 1・・・基 板    2・・・第1の半導体層3・・
・電子供給層  4・・・2次元電子ガス5・・・ゲー
ト電極  6・・・ソース電極7・・・ドレイン電極 
8・・・第2の半導体層9・・・第3の半導体層lO・
・・第4の半導体層第 1 図 第7図
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a band structure diagram under the gate electrode of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional two-dimensional electron gas PET, and FIG. 4 is a diagram of a band structure under the gate electrode of FIG. 3. FIG. 1... Substrate 2... First semiconductor layer 3...
・Electron supply layer 4... Two-dimensional electron gas 5... Gate electrode 6... Source electrode 7... Drain electrode
8... Second semiconductor layer 9... Third semiconductor layer lO.
...Fourth semiconductor layer Figure 1 Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 極低不純物濃度の第1の半導体層と、該第1の半導体層
上に設けられて該第1の半導体層より電子親和力が小さ
い第2の半導体層と、該第2の半導体層上に設けられて
第1の半導体層より電子親和力が小さくかつ第2の半導
体層より電子親和力と禁止帯幅の和が小さくn型不純物
を含有する第3の半導体層と、該第3の半導体層上の一
部に設けられP型不純物を高濃度に含有する第4の半導
体層と、該第4の半導体層上に設けられかつ該第4の半
導体層とオーミック接合を形成するゲート電極と、該ゲ
ート電極を挾んで第1の半導体層と第2の半導体層との
界面に存在するキャリアと、電気的コンタクトを形成す
る一対の電極とを含むことを特徴とする半導体装置。
a first semiconductor layer with an extremely low impurity concentration; a second semiconductor layer provided on the first semiconductor layer and having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer; and a second semiconductor layer provided on the second semiconductor layer. a third semiconductor layer containing an n-type impurity and having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer and a sum of electron affinity and bandgap smaller than the second semiconductor layer; a fourth semiconductor layer provided in a portion thereof and containing a high concentration of P-type impurities; a gate electrode provided on the fourth semiconductor layer and forming an ohmic contact with the fourth semiconductor layer; A semiconductor device comprising: a carrier that is present at an interface between a first semiconductor layer and a second semiconductor layer, sandwiching an electrode; and a pair of electrodes that form an electrical contact.
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