JPS61237474A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

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】 （発明の技術分野） 本発明はゲート電極より不純物無添加のアルミニウムー
ガリウム−砒素混晶半導体層を介して印加される電界に
よって、ガリウム−砒素半導体層中の２次元電子数を制
御することにより、ソース電極とドレイン電極間のコン
ダクタンスを制御する電界効果トランジスタに関する。

（従来技術とその問題点） 従来より不純物無添加のガリウム−砒素半導体層上に不
純物無添加のアルミニウム・ガリウム−砒素混晶半導体
層を設けてなることを特徴とする電界効果トランジスタ
が提案されている。

（荒井、水容、柳川、昭和６０年度電子通信学会総合全
国大会講演論文集分冊２．５頁および小倉、他、電子通
信学会技術研究報告第８４巻７７号８１頁（１９８４年
））これらの電界効果トランジスタではガリウム−砒素
半導体層とアルミニウム・ガリウム・砒素混晶半導体層
の電子親和力の違いたより、ガリウム−砒素半導体層内
に高移動度の２次元電子が形成され、この２次元電子を
チャネルとして用いることにより優れた動作特性を実現
することができる。さらに、これらの電界効果トランジ
スタでは、三村によって考案された同様に２次元電子を
チャネルとして用いる電界効果トランジスタ（特許公報
昭５９−５３７１４）と異なり、アルミニウム−ガリウ
ム・砒素混晶半導体に不純物が添加されていないために
、しきい値電圧の温度安定性、光照射に対する安定性に
優れている。しかしながら、不純物無添加のガリウム−
砒素半導体層上に不純物無添加のアルミニウム−ガリウ
ム−砒素混晶半導体層を設けてなることを特徴とする電
界効果トランジスタではそのしきい値電圧がゲート電極
にｎ中型ガリウム・砒素層を用いた場合、約８５ｍＶ、
タングステンシリサイドを用いた場合的１．５Ｖ　であ
り、これらの電界効果トランジスタはノーマリ−オフ型
である。電界効果トランジスタを用いて集積回路を構成
するにはノーマリオフ型だけではその回路構成が制限さ
れ、ノーマリ−オン型の電界効果トランジスタを実現す
ることが論理遅延時間、耐雑音性を向上させる際に重要
となっている。しかしながら、従来の構造シζよるガリ
ウム−砒素半導体層上に不純物無添加のアルミニウム・
ガリウム−砒素混晶半導体層を設けてなることを特徴と
する電界効果トランジスタにおいてはノーマリオン型の
トランジスタを実現するととは困難であり、該電界効果
トランジスタを用いた集積回路では論理遅延時間、耐雑
音性などに問題があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は従来の構造における前述の問題点を解決するた
めにガリウム−砒素半導体層上に不純物無添加のアルミ
ニウムーガリウム−砒素混晶半導体層を設けてなること
を特徴とする電界効果トランジスタにおいて、ガリウム
−砒素半導体層内にｐ型不純物が添加された領域を設け
ることとしたものである。

（作用） ゲート電極として用いられる材料の仕事関数をｌ！ｆｍ
電子ボルト、ガリウム−砒素の仕事関数を／ｓ電子ボル
トとし、２次元電子数が零となる条件より、ガリウム−
砒素半一導体層上に不純物無添加のアルミニウムー友、
す；クムー砒素混晶半導体層を設けてなることを特徴と
する電界効果トランジスタのしきい値電圧ｖｔｈを求め
ると次式で表わされる。

ｖｔｈ　＝　＊ｍ−＊ｓ＋△　　　　　　　　　（１）
ここでΔは表面準位などによる補正項である。

ガリウム−砒素半導層が不純物無添加のとき、フェルミ
準位が禁制帯のほぼ中央にあることからガリウム・砒素
の仕事関数ｌｔｓは約４８電子ボルトであるが、ｐ型不
純物を添加すると、例えば不純物濃度が１０１８　ａｔ
ｒ８のときガリウム・砒素半導体層の仕事関数ｉｔｓは
約５．５電子ボルトとなり、しきい値電圧ｖｔｈは約０
．７　ボルト小さくなる。ゲート電極としてｎ中型のガ
リウム−砒素半導体層を用い、動作層となるガリウム−
砒素半導体層が不純物無添加のとき、しきい値電圧Ｖｔ
ｈは約８５ｍＶであることから、動作層となるガリウム
−砒素半導体層に例えば１Ｑ１８０−３程度のｐ型不純
物を添加することにより、しきい値電圧ｖｔｈは−０，
６ｖよりも小さくなりノーマリオン型の電界効果トラン
ジスタとなることが理解される。

本発明による電界効果トランジスタにおいてガリウム−
砒素半導体層内に２次元電子が形成され、ソース電極と
ドレイン電極間にチャネルが形成されることはアルミニ
ラＡ・ガリウム−砒素混晶半導体層の電子親和力がガリ
ウム−砒素半導体層の電子親和力より小さいことから容
易に理解される。

その２次元電子数ｎ５（ｃＲ−リ　は、ゲート電極に印
加する電圧をＶＧ、アルミニウムーガリウム−砒素混晶
半導体層の静電容量をＣ（Ｆ−ｃＩＩＸ”）として、ｎ
ｓ　＝　Ｃ（ＶＧ−Ｖｔｈ　）／　１．６　ｘ　１０−
１９　で与えられる。

これより、ゲート電極に印加する電圧ＶＧ　）ζより、
ヂャネル内の２次元電子数ｎｓ　　を制御できることが
わかる。このようにして、２次元電子数を制御すること
ができることより、ゲート電圧によってソース電極とド
レイン電極間のコンダクタンスが制御される。

（実施例） 第１図に本発明の実施例を表す要部切断側面図を示す。

本実施例を製造する工程の要点について説明する。まず
、基板ｌ上に例えば分子線エピタキシャル成長法により
ｐ型不純物として例えばベリリウムなどを例えば１０１
８　ｃｖｒ８程度添加したガリウム−砒素半導体層２を
例えば０．４μｍ程度成長し、引き続き不純物無添加の
アルミニウム・ガリウムー砒素混晶半導体層３を例えば
４０ＯＡ程度成長する。

さらにその上にｎ型不純物としてシリコンなどを例えば
１０１９　ｃｖｒ’−Ｂ程度添加したガリウム−砒素半
導体層あるいは蒸着法によるタングステン−シリサイド
などの金属あるいは金属化合物によりゲート電極４を形
成する。次にζ、金−ゲルマニウム−ニッケルなどより
成るオーム性電極を蒸着し、合金化によりソース電極５
、ドレイン電極６とする。

所要特性によっては、基板１とｐ型不純物を添加したガ
リウム−砒素半導体層２との間に不純物無添加のガリウ
ム−砒素層を例えば約０．５μｍｍ程度設けること、あ
るいはｐ型不純物を添加したガリウム−砒素半導体層２
と不純物無添加のアルミニウムーガリウふ一砒素混晶半
導体層３との間に不純物無添加のガリウム−砒素半導体
層を例えば約２００Ａ程度設けることあるいはガリウム
−砒素中のｐ型不純物濃度を徐々に減少することなどの
改変も可能である。いずれＫせよ、ソース電極５とドレ
イン電極６０間のチャネルの内部に２次元電子７が形成
され、増幅作用を担う。

ここに例示した工程以外にも既存の技術を応用した種々
の改変が可能であることは云うまでもないＯ （発明の効果） 本発明により、ガリウム−砒素半導体層上に不純物無添
加のアルミニウムーガリウム−砒素混晶半導体を設けて
なることを特徴とする電界効果トランジスタにおいて、
従来の構造では困難であまたノーマリオン型を実現する
ことができ、集積回路などの電界効果トランジスタの応
用分野において低消費電力化、高集積化が可能となり、
本発明は、工業上多大な貢献をなすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で電界効果トランジスタの要部
切断側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に在つてガリウム−砒素半導体層上に不純
   物無添加のアルミニウム−ガリウム−砒素混晶半導体層
   を有し、該混晶半導体層上にゲート電極を設け、ゲート
   電極の両側に対向してソース電極とドレイン電極を設け
   、ソース電極とドレイン電極間のガリウム−砒素半導体
   層内に形成される２次元電子をチャネル内に有する電界
   効果トランジスタにおいて、ガリウム−砒素半導体層内
   にｐ型の不純物が添加されている領域が設けてなること
   を特徴とする電界効果トランジスタ。