JPS61248569A - ヘテロ接合電界効果トランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合電界効果トランジスタ

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JPS61248569A
JPS61248569A JP8883785A JP8883785A JPS61248569A JP S61248569 A JPS61248569 A JP S61248569A JP 8883785 A JP8883785 A JP 8883785A JP 8883785 A JP8883785 A JP 8883785A JP S61248569 A JPS61248569 A JP S61248569A
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JP
Japan
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layer
substrate
gaas
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JP8883785A
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Yoshiko Hiraoka
佳子 平岡
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/107Substrate region of field-effect devices
    • H01L29/1075Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
    • HELECTRICITY
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    • 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
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786Field 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
    • H01L29/7787Field 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はへテロ接合界面に生ずる高移動度の゛亀子ガス
が担う磁流を制御゛磁極下にある半導体層−延びる空乏
層により制御するヘテロ接合電界効果トランジスタ(=
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来のへテロ接合″屹界効果トランジスタの代表的な構
造を第5図(二示す。例えば、21は半絶縁性G a 
A s基板、22は高MiGaAS層、詔はn凰不縄物
ドープGaAAAs層、24はゲート電極、5はソース
電極、26はドレイン電極である、Ga入Sの電子親和
力に比べて、G a A4 A *の電子親和力が小さ
いので、詔のGa局五人S層中電子は22のG aA 
s層中に注入され、GaAs層とGaAff1aS層と
のへテロ接合界面のGaAs層側に電子が蓄積される。
ゲート電極24に電圧を加えること≦二より、ゲート電
極下に延びる空乏層の深さを変化させて電子の蓄積量を
制御することにより、25と26のソース・ドレイン電
a間シー流れる′磁流を制御する。ヘテロ接合界面に蓄
積される゛磁子は、不純物による散乱を受けないので、
極めて高い移動度を有する。従って、この構造のトラン
ジスタは一般にM]13SFETよりも性能が良いこと
が知られている。
ところで近年、この構造のへテロ接合トランジスタの動
作解析が進み、二次元デバイスシミュレーVヨン等によ
り次の点が明らかになってきた(吉田二朗ら[高電子移
動度トランジスタ(HBMT)の2次元数値解析」電子
通信学会論文誌’ 84/11Vo1. J67−CN
n 11 pp802−809 ) 。すなわち、一定
のゲート電圧のもとでドレイン確圧が増加すると、ゲー
ト電極のドレイン側の端C;おいて、ゲートに実効的に
かかる電圧が減少するので、この部分では空乏層が広が
り、ヘテロ接合界面に存在する電子数が減少する。ドレ
イン電圧が比較的小さい場合には、電界の増加に伴う電
子の走行速度の増加が電子数の減少分を上回る結果、ド
レイン電流が増加する。ところで、半導体中の電子の走
行速度は電界が弱い場合(二は、電界に対してほぼ直線
的に増加するが、電界が臨界電界よりも強くなると電子
速度が飽和するために、′4子はある飽和速度以上の速
度を持てないことが知られている。ちなみ(二高純度の
GaAsにおいては、臨界電界ECは3.5KV/cI
n、電子飽和速度vBは2 X 10’ cm/mと言
われている( Ruch、J、α and Fawce
tt、W、 ”” Temperature depe
ndence of the transp”ortp
roperties of gallium ars’
enide determinedby  a Mon
te  Carlo method  ” 、tL  
人pp1.Phys、、41゜p、3843(1970
) )。従って、ドレイン確圧が高くなり、ゲート題極
のドレイン側の端における電界がECに近づくと、ドレ
イン電流が大きく増加することができなくなり、いわゆ
るドレイン電流飽和領域になる。さらにドレイン電圧が
高くなると。
ゲート電極下のドレイン側ではへテロ接合界面の電子密
度の減少を補償して電流の連続性を維持するために、第
6図(二示すように電流がG a A s基板側に大き
く張り出して流れる。GaAs基板側への電流の張り出
しの深さは2000λを越えていると予想される。
電流が基板側に張り出して流れているということは、基
板に垂直な方向の電子速度成分がかなり大きいことを意
味している。これはトランジスタの性能に直接に結びつ
く基板に平行な電子速度成分の実質的減少を示唆してい
る。従って、もし何らかの方法C二より′電子の流れを
変え、ゲート電極のドレイン側における電流の基板側へ
の張り8しを小さくすることができれば、ヘテロ接合電
界効果トランジスタの性能のより飛躍的向上が期待でき
る。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑み、電流の基板側への張り出し
を防ぐことにより、ヘテロ接合電界効果トランジスタの
性能の向上を実現するものである。
〔発明の概要〕
本発明の概要を図面を用いて説明する。第1図はこの発
明の基本的構成を模式的に示したものである。図中1は
たとえば半絶縁性Ga人3基板のような半絶縁性基板、
2はたとえばp型ドープGaAsのようなp型ドープ半
導体層、3はたとえばアンドープGaA sのような高
抵抗半導体層でチャネル層となる層、4はたとえばGa
 kJ3A sのようなバンドギャップの広い半導体層
で、n型にドープしてあり、電子の供給層となる層であ
る。5はゲート電極で、ゲート電極下の電子濃度をコン
トロールするものである。6と7はゲート電極を狭んで
配置されな入出力電極である。
〔発明の効果〕
次に本発明による効果を第2図を参照して説明する。第
2図は第1図に示すヘテロ接合電界効果トランジスタの
熱平衡状態におけるバンド図である。p型ドープGa人
S層2を基板1とアンドープG a A sチャネル層
3との間にはさんであるので。
基板1とチャネル層3の間に障壁が生ずる。たとえば、
p型GaAs層2の濃度が1x 1o” 9arr b
時、障壁の高さΔBはおよそ0.7eVである。この障
壁によって、電子が基板l側へしみ出すのを防ぐことが
できる。
すなわち電流が流れる領域をアンドープG3As層3内
に限ることができるので、基板1に垂直な方向の′電子
速度成分を実質的に減少させ、その結果、基板1に平行
な速度成分が増加することになり、ドレイン電流の飽和
値及び相互コンダクタンスgmが増加する。増加の程度
はアンドープGaAs層3の厚さ、@壁の高さΔE、ゲ
ート長等に依存する。−例をあげると4従来のへテロ接
合電界効果トランジスタのように、p型GaAs層2が
ないような膜構造で、ゲート長1μmの素子では、基板
に平行な飽和速度成分が1.2 X IQ’ on/m
であったのが、アクセプタ濃度が1×1oCrn  の
pをGaAs層2をはさみ、アンドープGa A sチ
ャネル層3の厚さを1500λにしたゲート長1μmの
素子では。
基板に平行な飽和速度成分が1.7 X 10’ on
/(8)に増加する。相互コンダクタンスgmは基板に
平行な電子速度成分C二はぼ比例するので、g、は約4
0チ改善されることになる。また、ここではp型半導体
層としては、2のチャネル層と同じ材料を用いているが
、チャネル層よりもバンドギャップの広い半導体のp型
ドープ層を用いるとより大きな効果が得られる。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第3図(二示す。51のアンドープ
G a A s基板上に分子線エピタキシ法を用いて。
積層膜を形成した。′52はBeを1×lOドープした
G a A s層で、厚さは10001,53はアンド
ープG a A s膜で厚さは1000 i、54は8
iを2 X 10”ドープしたGa6.7 A−6(1
,I A s層で、厚さは270人、55は8iを2 
X 101sドープしたQ aA s層で、厚さは30
0 iである。次1m、 AuGeを蒸着し、400 
C2分間のアロイな行うことにより、ソース電極57と
ドレイン電極58を形成した。59は電極下のアロイ領
域である。次に、リン酸と過酸化水素と水を混合した溶
液で、一番上に成長したStドープGa人a層55を除
去したのちGa0.、人!。0.入S層54の上にTi
1P+IAuを蒸着してゲート電極56を形成した。グ
ー)iは1μm、ケート・ソース間、ドレイン・ソース
間距離はそれぞれ1μm、ゲート幅は50μmである。
このようにして裏作した素子のしき、い値電圧vthは
一〇、S V 、相互コンダクタンスgmは室温(=お
いて200m5/wであった。比較のためC;、Beド
ープGa人3層52をとり除いた構造のへテロ接合電界
効果トランジスタを製作したところ、Vth=−0,7
5V 、 g m =140 rns/alであった。
従って本発明によるトランジスタではgmが40チはど
改善されていることが明らかC二なった。
〔発明の他の実施例〕
本発明の他の実施例を第4図に示す。61は半絶縁性G
a A s基板、62はBeをドープしたGaAs層で
、ドープ量は2X 1919cm−3、厚さは2000
 iである。
63はアンドープGa6.y Aff16,3人一層で
、BeドープGa6.y人!。、1人S層からBeのし
み出しを防ぐために厚さ2000にほど形成した。64
はアンドープGaAsチャネル層で厚さは1ooo i
、65はアンドープGa6.1人右、3Asスペーサ一
層で、厚さは50λである。
このスペーサ一層は64のアンドープGaAsチャネル
層の゛電子移動度を上げる目的で設けである。66はS
tドープGag、1人!。、、A3層で、ドープ量は2
×10crn、厚さは200^である。67はSiドー
プGap−、人2!AS層で、Xは0.3からOまで連
続的に変化している。Sr ドープ址は2X10  c
m  、厚さは300 iである。この層は良好なオー
ミック接触を形成する目的で設けである。68はSrド
ープGa A s層で、Siのドープ量は2X10  
CrR,厚さは500人である。69はゲート′磁極で
Tt/A−e、70と71ハそれぞれソース・ドレイン
電極で人uGe 、 72はオ+ミック・アロイ層であ
る。この素子のvthは−0,3v、 gemは220
 rn s/io+であった。
第4図の実施例ではp型ドープ層として03ムSを用い
ているが、かわり(二p型のGaaAs +GaAsと
A−e入Sの超格子時を用いても同様の効果が得られる
。また電子供給層としてG a Al1A sのかわり
に。
GaAsとA4Asの超格子を用いたようなヘテロ接合
電界効果トランジスタにも本発明は適用できる。
なお以上の実施例ではGa入3とGaA−6人Sを用い
た場合を説明したが、本発明はこれらに限られるもので
はなく、他の半導体、例えばInPやInGaAs等に
も適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念を説明するための図、第2図
は本発明の詳細な説明するための熱平衡状態におけるバ
ンド図、第3図は本発明の一実施例を説明するための図
、第4図は本発明の他の実施例を説明するための図、第
5図及び第6図は従来例を説明するための図である。 1は半絶縁性GaAs基板、2はp型Ga A s層、
3は高純度GaAs層、4はn型G a A−6A s
層、5はゲート電極、6はソース電極、7はトンイン電
極。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名)第1図 第2図 第8図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半絶縁性基板上に高抵抗半導体層、該半導体層よりバ
    ンドギャップが広いn型不純物ドープ半導体層を順次積
    層した多層構造の上に、制御電極と該制御電極を狭んで
    設けられた入出力電極を有するヘテロ接合電界効果トラ
    ンジスタにおいて、前記高抵抗半導体層と半絶縁性基板
    との間にp型ドープ半導体層を有することを特徴とする
    ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
JP8883785A 1985-04-26 1985-04-26 ヘテロ接合電界効果トランジスタ Pending JPS61248569A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01173760A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPH01201914A (ja) * 1988-02-05 1989-08-14 Hitachi Cable Ltd 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウエハ
FR2673044A1 (fr) * 1991-02-14 1992-08-21 Mitsubishi Electric Corp Transistor a effet de champ comprenant une couche enterree, et procede de fabrication.

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01173760A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPH01201914A (ja) * 1988-02-05 1989-08-14 Hitachi Cable Ltd 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウエハ
FR2673044A1 (fr) * 1991-02-14 1992-08-21 Mitsubishi Electric Corp Transistor a effet de champ comprenant une couche enterree, et procede de fabrication.

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