JPS6149476A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JPS6149476A
JPS6149476A JP17118384A JP17118384A JPS6149476A JP S6149476 A JPS6149476 A JP S6149476A JP 17118384 A JP17118384 A JP 17118384A JP 17118384 A JP17118384 A JP 17118384A JP S6149476 A JPS6149476 A JP S6149476A
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JP
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channel
layer
semiconductor layer
semiconductor
junction
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JP17118384A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikio Kamata
幹夫 鎌田
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Sony Corp
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Sony Corp
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Publication date
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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
    • H01L29/66Types 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
    • H01L29/7782Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET

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Abstract

PURPOSE:To inhibit a short-channel effect by forming a barrier to carriers passing through a channel by a hetero-junction oppositely shaped to the channel. CONSTITUTION:An additional semiconductor layer 12, a first semiconductor layer 14 forming a channel 13 by a two demensional electron gas layer, and a second semiconductor layer 15, an energy gap thereof is larger than the layer 14 and which shapes a hetero-junction 16 between the layer 14 and itself, are grown on a substrate 11 in succession, thus constituting a semiconductor base body 18. A Schottky gate metal 17 shaping a Schottky junction 16 on the interface between the layer 15 and itself is applied onto the layer 15. Source and drain electrodes 9 and 20 are formed on both sides of the metal 17. According to the constitution, barriers by the hetero-junction are formed while facing the channel, thus confining carriers into the channel, then inhibiting a direct proceeding toward a drain from a source of carriers by a short channel effect.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電界効果トランジスタ(FET)、特に化合
物半導体によるFETに適用して好適なFETに関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a field effect transistor (FET), and particularly to a FET suitable for application to an FET made of a compound semiconductor.

〔従来技術〕[Prior art]

絶縁ゲート型電界効果トランジスタ Mis−PETに
おいて、いわゆるショー1−チャンネル効果による電流
、つまりチャンネルを通ずることなくソースから直接ド
レインにキャリアが抜けることによる電流が問題となる
In an insulated gate field effect transistor (Mis-PET), a problem arises from a current caused by the so-called Shaw 1-channel effect, that is, a current caused by carriers flowing directly from the source to the drain without passing through the channel.

一方、FETにおい“ζ、2次ル電子ガスチャンネル型
のFET (TEGNET) 、或いは特開昭57−1
76773号公報に開示されている高電子移動度F E
 T (HEMT)が提案されている。これら、TEG
NET、或いはIIEMTは実質的に同一の原理による
ものであるので、以下これらを)IBMTと呼称してこ
れについて説明する。
On the other hand, in FET "ζ", secondary electron gas channel type FET (TEGNET), or JP-A-57-1
High electron mobility F E disclosed in Publication No. 76773
T (HEMT) has been proposed. These, TEG
Since NET and IIEMT are based on substantially the same principle, they will be hereinafter referred to as IBMT and will be explained.

例えばn−AlGaAs/ GaAsヘテロ接合では、
AlGaAsが空乏化し、GaAs側に電子のアキュム
レーションによる2次元的層、いわゆる2次元電子ガス
(TEG)が形成され、GaAs側では不純物のドーピ
ングが行われないにも拘わらず、商いキャリア濃度が得
られるので高い電子移動度を得ることができる。すなわ
ち、キャリア濃度を高めるためにドナーのドーピング量
を高める場合には、ドナー量の増加に伴うイオン化中心
の増大化によって移動度の低tを来すが上述のTEGに
よれは、このような不都合が回避されて高い電子移動度
が得られる。これは、いわゆるモジュレーションドーピ
ングといわれるものでありこの現象を利用してn−Al
GaAs上にショットキー金属電極を設けて、この金属
電極への印加電比によってGaAs側のキャリア密度の
制御を行うようにしたのがHEMTである。すなわち、
このHEMTは、第4図に示すように、ショットキーゲ
ート金属(11/ n−八IGaAs(2) (ドナー
濃度N21誘電率ε2.厚さくd2 e)/不純物がド
ープされなし)も)わゆるアンドープの八1GaAs(
8) (厚さe)/アンドープGaAs(31(誘電率
ε1)の構造が、例えばGaAs基板(4)上に設けら
れて成る。(5)は、金属+11とn−AIGaAs(
21との間に形成されたショットキー接合で、(6)は
n−^IGaAs(2)とGaAs(3)との間に形成
されたヘテロ接合をボす。
For example, in the n-AlGaAs/GaAs heterojunction,
AlGaAs is depleted, and a two-dimensional layer due to electron accumulation, so-called two-dimensional electron gas (TEG), is formed on the GaAs side, and a high carrier concentration is obtained even though impurity doping is not performed on the GaAs side. Therefore, high electron mobility can be obtained. That is, when increasing the amount of donor doping to increase the carrier concentration, the increase in the amount of donors causes an increase in the number of ionization centers, resulting in a decrease in mobility t. is avoided and high electron mobility is obtained. This is called modulation doping, and using this phenomenon, n-Al
A HEMT is a device in which a Schottky metal electrode is provided on GaAs, and the carrier density on the GaAs side is controlled by the voltage applied to the metal electrode. That is,
As shown in Fig. 4, this HEMT also has a Schottky gate metal (11/n-8 IGaAs(2) (donor concentration N21 dielectric constant ε2. thickness d2 e)/no impurity doped). Undoped 81GaAs (
8) A structure of (thickness e)/undoped GaAs (31 (permittivity ε1) is provided on, for example, a GaAs substrate (4). (5) is a structure of metal +11 and n-AI GaAs (
(6) breaks the heterojunction formed between n-^IGaAs (2) and GaAs (3).

ここにアンドープの^IGaAsJi(81が設けられ
ているのは、チャンネルと、n−AlGaAs中でイオ
ン化したドナーとを分離して電子移動度を向上させるた
めのものである。
The undoped ^IGaAsJi (81) is provided here to separate the channel and the donor ionized in n-AlGaAs to improve electron mobility.

第5図は、このHEMTのショットキー接合(5)と、
ヘテロ接合(6)の近傍におけるエネルギーバンド構造
を不したもので、この場合、そのペテロ界曲に、この面
に対して垂直の方向に関して閉じ込められl     
    え2次い電子力1...ケヤ、え/l/ (7
1カ4形成、わお。
Figure 5 shows the Schottky junction (5) of this HEMT,
The energy band structure in the vicinity of the heterojunction (6) is broken, and in this case, L is confined in the Peter field in the direction perpendicular to this plane.
Second-order electronic force 1. .. .. Keya, e/l/ (7
1 Ka 4 formation, wow.

このチャンネル(7)は、前述したように高い電子移動
度を有するので、この構成によるHEMTは高速FET
として脚光を浴びるに至っている。
This channel (7) has high electron mobility as described above, so the HEMT with this configuration is a high-speed FET.
It has come into the limelight as a

しかしながら、このようなHEMTにおいても、ショー
トチャンネル効果が問題となる。
However, even in such a HEMT, the short channel effect poses a problem.

従来、2次元電子ガス層によらない一般のMIS−FE
Tにおいて、ショートチャンネル効果を抑え込む手段と
しては、半導体気体中に、チャンネルと対向して、この
チャンネルの導電型とは異る導電型、例えばn−チャン
ネル型FETの場合は、p型の半導体領域を設けること
によって構成する。この半導体領域は、p型の不純物イ
オンを半導体基体中に深くイオン注入するか、エピタキ
シャル成長することによって形成する。
Conventionally, general MIS-FE that does not rely on a two-dimensional electron gas layer
In order to suppress the short channel effect in T, a semiconductor region of a conductivity type different from the conductivity type of the channel, for example, a p-type semiconductor region in the case of an n-channel FET, is placed in the semiconductor gas opposite to the channel. It is configured by providing . This semiconductor region is formed by deep ion implantation of p-type impurity ions into the semiconductor substrate or by epitaxial growth.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述したように、FETにおいて、ショートチャンネル
効果を抑え込むための手段を設ける場合、不純物がドー
プされた領域を設けることが行われているが、この領域
を設けることは好ましいものではない。すなわち、この
領域の形成をイオン注入によって行うときは、このイオ
ン注入の面倒な作業が増加するので、量産性を低下させ
る。また、この領域をエピタキシャル成長によって形成
する場合は、その不純物がエピタキシャル成長装置に残
存して後続のエピタキシャル成長層の特性に影響を及ぼ
すなどの不都合がある。
As described above, when providing a means for suppressing the short channel effect in an FET, a region doped with impurities is provided, but providing this region is not preferable. That is, when this region is formed by ion implantation, the tedious work of ion implantation increases, which reduces mass productivity. Further, when this region is formed by epitaxial growth, there is a problem that the impurity remains in the epitaxial growth apparatus and affects the characteristics of the subsequent epitaxial growth layer.

本発明は、このような不都合を招来することなくショー
トチャンネル効果の抑え込みを行うことができるように
するものであり、特に化合物半導体FET、例えばショ
ットキーゲート型のFET(MESPET) 、或いは
2次元電子ガスチャンネルによる例えば上述の)IEM
Tに適用して有益なものである。
The present invention makes it possible to suppress short channel effects without causing such inconveniences, and is particularly applicable to compound semiconductor FETs, such as Schottky gate FETs (MESPETs), or two-dimensional electron FETs. IEM (e.g. as mentioned above) with gas channels
This is useful when applied to T.

C問題点を解決するための手段〕 本発明は、チャンネル例えは前述した2次元電子ガスチ
ャンネルが形成される半導体層の、このチャンネルを制
御するゲート電極、の配置側とは反対側に接して、すわ
わち具体的には半導体基体の奥側に、このチャンネルの
形成される半導体層に比してエネルギーギャップが大き
い付加半導体層を設けて両半導体層間にヘテロ接合を形
成する。
Means for Solving Problem C] The present invention provides a semiconductor layer in which a channel, for example, the aforementioned two-dimensional electron gas channel, is formed, on the side opposite to the side on which the gate electrode for controlling this channel is arranged. Specifically, an additional semiconductor layer having a larger energy gap than the semiconductor layer in which the channel is formed is provided on the deep side of the semiconductor substrate to form a heterojunction between both semiconductor layers.

〔作用〕[Effect]

上述したように、本発明においては、チャンネルを通ず
るキャリアに対するバリアをチャンネルに対向して設け
たヘテロ接合によって形成して、これによってキャリア
のチャンネルへの閉じ込めを行うものであり、このよう
にしてキャリアが半導体基体中を通ってソースからドレ
インに直接的に流れることを阻止する。
As described above, in the present invention, a barrier to carriers passing through the channel is formed by a heterojunction provided opposite to the channel, thereby confining the carriers in the channel. flow directly from the source to the drain through the semiconductor body.

〔実施例〕〔Example〕

第1図を参照して本発明をFIEMTに適用する場合に
ついて説明する。この例では、例えば半絶縁性のGaA
s単結晶より成る基板(11)を設け、これの上に付加
半導体層(12)と、2次元電子ガス層によるチャンネ
ル(13)を形成する第1の半導体層(14)と、この
第1の半導体層(14)に比してエネルギーギャップが
大でこれとの間にヘテロ接合(16)を形成する第2の
半導体層(15)とを順次エピタキシャル成長して半導
体基体(18)を構成する。これら半導体層(12) 
 (14)及び(15)は、例えばMOCVD (Me
tal Organic Chemicalνapor
Deposition)法、或いはM B E (Mo
lecular BeamEpitaxy )法によっ
て順次連続的に形成することができる。
The case where the present invention is applied to FIEMT will be explained with reference to FIG. In this example, semi-insulating GaA
A substrate (11) made of s single crystal is provided, on which an additional semiconductor layer (12), a first semiconductor layer (14) forming a channel (13) by a two-dimensional electron gas layer, and this first semiconductor layer (14) are provided. A second semiconductor layer (15) having a larger energy gap than the semiconductor layer (14) and forming a heterojunction (16) therebetween is successively epitaxially grown to form a semiconductor substrate (18). . These semiconductor layers (12)
(14) and (15) are, for example, MOCVD (Me
tal Organic Chemical νapor
Deposition method, or M B E (Mo
They can be formed sequentially and continuously by a regular beam epitaxy method.

また、第2の半導体層(15)上には、これとの界面に
ショットキー接合(16)を形成するショットキーゲー
ト金属(17)例えばTi/ pt/^U金属層を被着
する。そして、このゲート金属(17)の両側に、付加
導体層(12)に達するように例えばAu−Ge/Au
金属層をアロイして成るソース及びドレイン電極(19
)及び(20)を形成する。
Further, on the second semiconductor layer (15), a Schottky gate metal (17) such as a Ti/pt/^U metal layer is deposited to form a Schottky junction (16) at the interface therewith. Then, on both sides of this gate metal (17), for example, Au-Ge/Au is applied so as to reach the additional conductor layer (12).
Source and drain electrodes (19) formed by alloying metal layers
) and (20) are formed.

半導体層(14)は例えばGaAs層より成り、半導体
!(15)は例えばn型のAlGaAsより成り、付加
半導体1(12)は半導体1iiJ(14)に比しエネ
ルギーギャップの人なる例えば^lGaAsより成る。
The semiconductor layer (14) is made of, for example, a GaAs layer, and is a semiconductor! (15) is made of, for example, n-type AlGaAs, and the additional semiconductor 1 (12) is made of, for example, ^lGaAs, which has a larger energy gap than the semiconductor 1iiJ (14).

そしζ、半導体層(12)と付加半導体層(14)との
間にキャリア閉じ込めのヘテロ接合(21)を形成する
Then, a carrier-confining heterojunction (21) is formed between the semiconductor layer (12) and the additional semiconductor layer (14).

尚、第1図の例では、半導体層(14)と(15)との
間にアンドープ層を介在させていない場合であるが、第
4図で説明したと同様に半導体層(15)層でイオン化
したドナーをチャンネル(13)から分離させるアンド
ープの例えば^1GaAJfを設けることもできる。
In the example of FIG. 1, an undoped layer is not interposed between the semiconductor layers (14) and (15), but as explained in FIG. It is also possible to provide undoped e.g. ^1GaAJf which separates the ionized donors from the channel (13).

第2図は、第1図の構成によるIIEMTのエネルギー
バンドモデルを示すもので、同図において、第1図の各
部に対応する部分には同一符号を付して示す。これより
明らかなようにチャンネル(13)に対向してヘテロ接
合(21)によるバリアが形成され、これによってチャ
ンネル(13)内にキャリア、この場合においては、電
子の閉じ込めがなされる。
FIG. 2 shows an energy band model of the IIEMT having the configuration shown in FIG. 1. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. As is clear from this, a barrier is formed by the heterojunction (21) opposite the channel (13), thereby confining carriers, in this case electrons, within the channel (13).

上述したようにチャンネル(13)に対向してヘテロ接
合(21)によるバリアを形成するものであるが、この
場合のへテロ接合(2)の位置、すなわち付加半導体層
(14)の厚さは、2次元電子ガス層の厚さ、すなわち
チャンネル(13)の厚さが高さ数十人であることから
これより大で、しかもこのチャンネル(13)にできる
だけ近くバリアが形成されるように100人程度あれば
良いものである。
As mentioned above, a barrier is formed by the heterojunction (21) facing the channel (13), but the position of the heterojunction (2) in this case, that is, the thickness of the additional semiconductor layer (14) is , the thickness of the two-dimensional electron gas layer, that is, the thickness of the channel (13), is several tens of meters high, so it is larger than this, and the barrier is formed as close as possible to this channel (13). It is good if there are only about 1 person.

尚、上述した例では、HEMTに本発明を適用した場合
であるが、他のFET例えば同様に2次元電子ガスチャ
ンネル型FET構成によるものの、ショットキーゲート
型構成を採らないダブルへテロ接合構造(以F Dll
−MIS−PUTという)とすることもできる。このD
I−MIS−FETについて説明するが、その理解を容
易にするために、更に第5図を参照しテ前述の)IEM
Tについて考察する。
In the above example, the present invention is applied to a HEMT, but other FETs, such as a double heterojunction structure (which similarly has a two-dimensional electron gas channel type FET configuration but does not adopt a Schottky gate type configuration) From F Dll
-MIS-PUT). This D
The I-MIS-FET will be explained, but in order to make it easier to understand, please refer to FIG.
Consider T.

HEMTにおいて、n−八lGaAsの、ジットキーゲ
ート金属側と、GaAs側との各ポテンシャルの差QV
2は、ヘテロ接合のAlGaAs側の電界Ei2に関係
する分−qd2Ei2と、n−AlGaAsの幅(d2
−e)に2 ε2 (d2−c)2との和で表わされる。すなわち、V2 
=  d2[ii2+VP2     ・・・・(11
また、第5図においζ、 v2+ΔEc−φM −VG +Ep   −・[31
(11及び(3)式より ・・・・(4ン ガウスの定理により(3)式の左辺はへテロ接合よりも
GaAs側に存在する電荷密度に等しい。HEMTでは
アンドープGaAsを用いているために、イオン化した
ドナーやアクセプターによる空間電荷は存在しない。そ
のためこの電荷密度は、チャンネルのキャリア密度の寄
与だけとなる。つまり、今nsをシートキャリア密度と
すると、 q ns = t 2 Ei2= −(VG−Voff
 −Ep )・・・・(5) となる。
In HEMT, the difference QV in each potential between the Jittky gate metal side and the GaAs side of n-8lGaAs
2 is related to the electric field Ei2 on the AlGaAs side of the heterojunction -qd2Ei2 and the width of n-AlGaAs (d2
−e) is expressed as the sum of 2ε2 (d2−c)2. That is, V2
= d2[ii2+VP2...(11
Also, in Fig. 5, ζ, v2+ΔEc-φM −VG +Ep −・[31
(From Equations 11 and (3)...(According to Gauss's theorem, the left side of Equation (3) is equal to the charge density existing on the GaAs side of the heterojunction. Because HEMT uses undoped GaAs, , there is no space charge due to ionized donors or acceptors.Therefore, this charge density is only the contribution of the carrier density of the channel.In other words, if ns is the sheet carrier density, then qns = t2Ei2= -(VG -Voff
-Ep)...(5).

ここに、Voffミφ門−ΔEc−■P2 ・・・・(
6)この(4)式中、EP2は通常0.1V以下の小さ
い値であるので、これは無視することにする。また(4
)式中82 / d 2はAlGaAs[が持つ容if
c+であるから、 qnS !II:C+  (Ve   Voff ) 
   ・・・・(71なる旧5−FETで良く知られた
式となる。ここにVoffはしきい値電11 v th
にほかならないものであり、(6)式からこのvthに
ついてみると、(φi−ΔEc)とVF6の2つの項が
ある。ここで、(φ□−ΔEc)はショットキー接合の
バリアの高さと、ヘテロ接合のバリアの高さの差で、こ
れは各物質(M−1−3)の組合せに依存する量であり
、vP2は、前述したようにAlGaAs中のイオン化
したドナー、すなわち空間電荷がうけもつ電位差である
Here, Voffmiφgate−ΔEc−■P2 ・・・(
6) In this equation (4), EP2 is usually a small value of 0.1 V or less, so it will be ignored. Also (4
), where 82/d2 is the capacity of AlGaAs[if
Since it is c+, qnS! II:C+ (Ve Voff)
(71, which is a well-known formula for the old 5-FET. Here, Voff is the threshold voltage 11 v th
When looking at this vth from equation (6), there are two terms: (φi−ΔEc) and VF6. Here, (φ□-ΔEc) is the difference between the barrier height of the Schottky junction and the barrier height of the heterojunction, and this is an amount that depends on the combination of each material (M-1-3), As mentioned above, vP2 is the potential difference carried by the ionized donors, ie, the space charges, in AlGaAs.

更にこのHEMTのしきい値電圧vthについて具体的
にのると、今nlGaAs層として^10.3 G a
o、w A sとすると、 ΔEc:0.32V φMγ1.i3V ε2字11.560 で、φ■−ΔECン0.8■となるので、もし、AlG
aAs中 −〇であるので、vth丼0.8■のノーマリ−オフの
FETとなる。そこで、このHEMTにおいては、Al
GaAsにドナー不純物のドープを行ってVF6に有限
の値を与えて、vth午0.或いはVth<0(ノーマ
リ−オン)を得ることになる。−しかしながら、このH
EMTにおいては、本来的にφH≠ΔECで、例えばφ
i−ΔEc字0゜8■であるがために、v th< o
のノーマリ−オンのFETを得るためには、V’P2に
大きな値を必要とすることになり、これがため例えはn
−AlGaAs中 量を比較的太き(する。ところが、このように、比較的
高濃度に不純物がドープされたn−ΔlGaAsによっ
てヘテロ界面を構成する場合、例えば製造工程中の熱処
理時の加熱に際してn−AlGaAs中のドナーの再分
布を生じ、これがFETの特性、特に2次元電子ガスの
電子移動度を低下させてしまうなどの不安定性を招来す
る。
Furthermore, to be more specific about the threshold voltage vth of this HEMT, it is now ^10.3 Ga as an nlGaAs layer.
o, w A s, ΔEc: 0.32V φMγ1. i3V ε2 character 11.560, φ■-ΔECn0.8■, so if AlG
Since aAs is -0, it becomes a normally-off FET with a vth bowl of 0.8 . Therefore, in this HEMT, Al
By doping GaAs with donor impurities and giving a finite value to VF6, vth 0. Alternatively, Vth<0 (normally on) will be obtained. -However, this H
In EMT, φH≠ΔEC, for example, φ
Since i-ΔEc is 0°8■, v th< o
In order to obtain a normally-on FET of n
-The intermediate amount of AlGaAs is relatively thick. However, when forming a heterointerface using n-ΔlGaAs doped with impurities at a relatively high concentration, for example, during heating during heat treatment during the manufacturing process, n - Redistribution of donors in AlGaAs occurs, which leads to instability such as deterioration of FET characteristics, especially electron mobility of two-dimensional electron gas.

これに比し、DH−Mis−FET構成は、 v th
)値の選定の自由度が大であり、例えばvth< oを
も容易に設定できるものである。第3図は、このD)l
−旧5−FET構成とした場合で、この第3図において
、第1図と対応する部分には同一符号を付して重複説明
を省略する。すなわち、このDH−MIS−FETにお
いては、第1図におけるショットキー接合(16)に代
えてヘテロ接合(26)  (以下へテロ接合(16)
を第1のへテロ接合と呼称し、ヘテロ接合(26)を第
2のへテロ接合という)を形成する第3の半導体層(2
7)を設け、この第3の半導体層(27)自体をゲート
電極とするか、この半導体層(27)上にオーミックに
ゲート電極(28)を被着するものである。
In comparison, the DH-Mis-FET configuration has v th
) There is a large degree of freedom in selecting values, and for example, vth<o can be easily set. Figure 3 shows this D)l
- In the case of the old 5-FET configuration, in FIG. 3, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and repeated explanation will be omitted. That is, in this DH-MIS-FET, the Schottky junction (16) in FIG. 1 is replaced by a heterojunction (26) (hereinafter referred to as heterojunction (16)).
is called a first heterojunction, and the third semiconductor layer (26) forms a second heterojunction.
7), and this third semiconductor layer (27) itself is used as a gate electrode, or a gate electrode (28) is ohmically deposited on this semiconductor layer (27).

また、この場合においても、第1の半導体層(14)に
接して、これに比しエネルギーギャップの大なる付加半
導体層(27)を設ける。
Also in this case, an additional semiconductor layer (27) having a larger energy gap than the first semiconductor layer (14) is provided in contact with the first semiconductor layer (14).

そして、ここに第1、第2及び第3の各半導体j−の(
14) 、  (15)及び(27)の各半導体材料は
、夫々の伝導帯の底のレベルEct+ EC2及びEC
3が、Ecz2Ec3<EC2となるように、すなわち
一般には各半導体層(14) 、  (1,5)及び(
27)の各エネルギーギャップすなわち禁止帯幅を夫々
Eg1. Egt及びEg3とするとき、Egi厄Eg
3<Egtとされ、第2及び第1の半導体層間、第2及
び第3の半導体層間に夫々所要のバリアΔECI及びΔ
ECMを有する第1及び第2のへテロ接合(16)及び
く26)を形成したダブルへテロ構造のゲート部を有す
るDI−Mis−FETを構成するものである。。この
構成によるDH−MIS−Fl!Tは、動作時において
第2の半導体層(15)側が空乏化しその第1のへテロ
接合(16)の低不純物濃度の第1の半導体層(14)
側に2次元電子ガス層によるチャンネル(13)が同様
に構成される。今、例えば第1の半導体層(13)は、
不純物がドープされない例えばGaAsより成り、第3
の半導体層(27)は、例えば第1の半導体層(14)
と同一材料のGaAsよりなり、第2の半導体rft 
(15) ハ$ 1 及ヒm 3 (D半導体層 (1
4) 及ヒ(27)に比してそのエネルギーギャップが
大きい^lGaAsより構成してEgt = Eg3<
 Egtとし、第2及び第3の半導体1tj(15)及
び(27)が夫々ドナー不純物がドープされて成る構成
とする場合についてみる。
And here, (
14), (15) and (27) each have respective conduction band bottom levels Ect+ EC2 and EC
3 is such that Ecz2Ec3<EC2, that is, generally each semiconductor layer (14), (1,5) and (
27), each energy gap or forbidden band width is expressed as Eg1. When Egt and Eg3, Egi YakuEg
3<Egt, and the required barriers ΔECI and Δ are set between the second and first semiconductor layers and between the second and third semiconductor layers, respectively.
This constitutes a DI-Mis-FET having a double heterostructure gate portion in which first and second heterojunctions (16) and 26) having ECM are formed. . DH-MIS-Fl with this configuration! T is the first semiconductor layer (14) which is depleted on the second semiconductor layer (15) side during operation and whose first heterojunction (16) has a low impurity concentration.
A channel (13) with a two-dimensional electron gas layer is likewise constructed on the side. Now, for example, the first semiconductor layer (13) is
The third
The semiconductor layer (27) is, for example, the first semiconductor layer (14)
The second semiconductor rft is made of GaAs, which is the same material as
(15) H $ 1 and Him 3 (D semiconductor layer (1
4) The energy gap is larger than that of Egt = Eg3<
Let us consider the case where Egt is used and the second and third semiconductors 1tj (15) and (27) are each doped with a donor impurity.

この場合、第2の半導体層(15)を挾む両側の第1及
び第3の半導体!(14)及び(27)が同一材料の化
合物半導体GaAsによって構成されていることによっ
て第1及び第2の両へテロ接合のバリアの高さΔECI
及びΔEcIはほぼ同等となる。
In this case, the first and third semiconductors on both sides sandwiching the second semiconductor layer (15)! Since (14) and (27) are made of the same material, compound semiconductor GaAs, the height of the barrier of both the first and second heterojunctions ΔECI
and ΔEcI are almost the same.

このような構成によるDH−旧5−PETにおいても、
アンドープのすなわち、低不純物濃度の第1の半導体層
(14)に2次元電子ガス層によるチャンネル(13)
を形成するものであるので、高い電子移動度を得ること
ができ商速のFETを得ることができるものである。
Even in the DH-old 5-PET with such a configuration,
A channel (13) formed by a two-dimensional electron gas layer in an undoped, i.e., low impurity concentration first semiconductor layer (14)
Therefore, high electron mobility can be obtained and a commercial speed FET can be obtained.

そしζ、この0旧MIS−FETにおけるしきい値電圧
V th (Voff )ば、前述した(6)式に対応
して夫々第1及び第2の−・テロ接合の各バリアをΔE
CI及びΔEcnとするとき、 vth−ΔECM−ΔEar−VP2    = (6
’)となり、またここにΔEcm 字ΔEarであるの
で、vthはほぼVF6によって決まる。即ぢ、(2)
式で説明したように、第2の半導体I’!(15)にお
けるドナー濃度N2及びその厚さくd2 e)及び誘電
率ε2によって決まるものであるのでそのドナー濃度N
2を選定することによってVF6の設定、従ってvth
の設定、したがってv th< oを容易に得ることが
できることになる。
Then, ζ, the threshold voltage V th (Voff ) in this 0-old MIS-FET is expressed as ΔE
When CI and ΔEcn, vth-ΔECM-ΔEar-VP2 = (6
'), and since ΔEcm and ΔEar are here, vth is almost determined by VF6. Immediately, (2)
As explained in Eq., the second semiconductor I'! Since it is determined by the donor concentration N2 in (15), its thickness d2 e), and the dielectric constant ε2, the donor concentration N2
Setting of VF6 by selecting 2, therefore vth
Therefore, it is possible to easily obtain v th < o.

尚上述したDI(−MIS−FETでは、第1及び第3
の半導体層を、同一材料によって構成した場合であるが
、第3の半導体層(27)を第1の半導体層(14)と
は異る材料より構成して、Egx < Eg3< Eg
2とし、ΔEIJ<ΔEcIとするときは、同様に(6
′)式から、v th< oを得ることができる。
In addition, in the above-mentioned DI (-MIS-FET), the first and third
This is a case where the semiconductor layers (27) and (14) are made of the same material, but Egx < Eg3 < Eg
2 and ΔEIJ<ΔEcI, similarly (6
'), we can obtain v th< o.

面、上述した各側においては、2次元電子ガス層による
チャンネルを有するFETであるが、GaAs等の化合
物半導体層自体によってチャンネルを形成し、これに形
成したショットキーゲート接合からの空乏層によってチ
ャンネルの厚さを制御するようにし九MES−FET等
にも本発明を適用することができる。
On each side mentioned above, the FET has a channel formed by a two-dimensional electron gas layer, but the channel is formed by the compound semiconductor layer itself such as GaAs, and the channel is formed by the depletion layer from the Schottky gate junction formed therein. The present invention can also be applied to nine MES-FETs etc. by controlling the thickness of the MES-FET.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように本発明によればチャンネル部に対応して
ヘテロ接合によるキャリアの閉じ込めを行うようにした
ので、ショートチャンネル効果によるキャリアがソース
からドレインに直接向うことを抑制することができる。
As described above, according to the present invention, carriers are confined by a heterojunction corresponding to the channel portion, so that it is possible to suppress carriers from directly heading from the source to the drain due to the short channel effect.

そして、このキャリアの閉じ込めを従来のようにPN接
合によらずヘテロ接合によって行うようにしたので、そ
の閉じ込めを確実に行うことができると共に、冒頭に述
べた不純物をドープすることによる不都合を回避でき、
特に化合物半導体によるFETのようにMOCVII、
 MB E法等によって形成する場合にはこの付加半導
体層を他の半導体層のMOCVD、 M B E法等の
工程で一連の作業として形成できるので作業性を(41
4−ドさせることも回避できる。
Since this carrier confinement is performed by a heterojunction instead of a PN junction as in the conventional method, the confinement can be achieved reliably and the inconvenience caused by doping with impurities mentioned at the beginning can be avoided. ,
In particular, MOCVII, such as FET made of compound semiconductors,
When forming by MBE method etc., this additional semiconductor layer can be formed as a series of steps in MOCVD of other semiconductor layers, MBE method etc., so the workability is improved (41
It is also possible to avoid causing a 4-code.

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

第1図は本発明による電界りJ果トランジスタの一例の
路線的拡大断面し1、)、52図はそのエネルギーバン
ドモデル図、第3 )3′7+は本発明による電界効果
トランジスタの他の例の路線的拡大11「面し1、第4
ヌlは従来の電界効果トランジスタの路線的拡大断面図
、残)5図はそのエネルギーバンドモデル図である。 (11)・・・・基根、(12)・・・・付加半導体層
、(13)・・・・チャンネル、(14)・・・・第1
の半導体層、(15)・・・・第2の半導体層、(18
)・・・・半導体基体、(27)・・・・第3の半導体
層。 同  松隈秀盛61.54、1 qH;’、4.1.)i 第5図
Fig. 1 is an enlarged cross-sectional view of an example of a field effect transistor according to the present invention, Fig. 52 is an energy band model diagram thereof, and Fig. 3) 3'7+ is another example of a field effect transistor according to the present invention. Route expansion 11 “Facing 1, 4th
Nu1 is an enlarged cross-sectional view of a conventional field effect transistor, and Figure 5 is an energy band model diagram thereof. (11)...root, (12)...additional semiconductor layer, (13)...channel, (14)...first
semiconductor layer, (15)... second semiconductor layer, (18
)...Semiconductor base, (27)...Third semiconductor layer. Same Hidemori Matsukuma 61.54, 1 qH;', 4.1. )i Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  チャンネルが形成される半導体層の上記チャンネルを
制御するゲート電極の配置側とは反対側に接して上記チ
ャンネルが形成される半導体層に比してエネルギーギャ
ップが大なる付加半導体層が上記チャンネルに対向して
設けられて成る電界効果トランジスタ。
An additional semiconductor layer, which has a larger energy gap than the semiconductor layer in which the channel is formed, is opposite to the semiconductor layer in which the channel is formed, and is in contact with the side opposite to the side on which the gate electrode controlling the channel is arranged. A field-effect transistor comprising:
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