JPS63155772A - 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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- JPS63155772A JPS63155772A JP30124786A JP30124786A JPS63155772A JP S63155772 A JPS63155772 A JP S63155772A JP 30124786 A JP30124786 A JP 30124786A JP 30124786 A JP30124786 A JP 30124786A JP S63155772 A JPS63155772 A JP S63155772A
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- Japan
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- layers
- layer
- gaas
- electron affinity
- semiconductor layer
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field 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
- H01L29/7787—Field 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。
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〕
本発明は、電界効果トランジスタに係り、特に２次元電
子ガスを利用し高速化したヘテロ接合電界効果トランジ
スタに関する。
子ガスを利用し高速化したヘテロ接合電界効果トランジ
スタに関する。
ヘテロ接合界面に蓄積した２次元電子ガスを利用した電
界効果トランジスタとして１例えば、ジャパニーズ ジ
ャーナル オブ アプライド フイジイツクス第１９巻
第５号（１９８０）第Ｌ２２５〜２２７頁（Ｊａｐａｎ
ｅｓｅ ＪｏｕｒＱａｌ ｏｆλｐｐｌｆｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｖｏｔｌ ９Ａ５ （１９８０）ｐｐＬ２２
５−２２７）においてＭｉｍｕｒａ等によって報告され
た。いわゆるＨＥＭＴ構造の電界効果トランジスタが注
目されている。ＨＥＭＴ構造の概略を第２図に示す断面
のバンド図を用いて説明する。電子親和力の小さいＡｔ
ＧａＡｓ層２１にドナ不純物２３を添加しており、該ド
ナのイオン化により生じた電子が電子親和力の大きいＧ
ａＡｓ層２２のへテロ界面に蓄積し２次元電子ガス２４
を形成している。該２次元電子ガス２４はイオン化した
ドナ２３と空間的に分離されており散乱を受けにくい為
、特に低温において高速動作可能となる。
界効果トランジスタとして１例えば、ジャパニーズ ジ
ャーナル オブ アプライド フイジイツクス第１９巻
第５号（１９８０）第Ｌ２２５〜２２７頁（Ｊａｐａｎ
ｅｓｅ ＪｏｕｒＱａｌ ｏｆλｐｐｌｆｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｖｏｔｌ ９Ａ５ （１９８０）ｐｐＬ２２
５−２２７）においてＭｉｍｕｒａ等によって報告され
た。いわゆるＨＥＭＴ構造の電界効果トランジスタが注
目されている。ＨＥＭＴ構造の概略を第２図に示す断面
のバンド図を用いて説明する。電子親和力の小さいＡｔ
ＧａＡｓ層２１にドナ不純物２３を添加しており、該ド
ナのイオン化により生じた電子が電子親和力の大きいＧ
ａＡｓ層２２のへテロ界面に蓄積し２次元電子ガス２４
を形成している。該２次元電子ガス２４はイオン化した
ドナ２３と空間的に分離されており散乱を受けにくい為
、特に低温において高速動作可能となる。
しかし、上記構造では、キャリア供給層であるＡｔＧ
ａ Ａ ｓ層へのｎ型ドーピンクが不安定であり。
ａ Ａ ｓ層へのｎ型ドーピンクが不安定であり。
成長温度、結晶純度等により活性化エネルギが異なるた
め２次元電子ガス濃度の面内均一性、再現性に問題があ
る。また、ｎ型にドープしたＡ幻ａＡｓ層は極めて寿命
の長い光導電特性を示すため、トランジスタ特性が光に
対して極めて不安定となる。
め２次元電子ガス濃度の面内均一性、再現性に問題があ
る。また、ｎ型にドープしたＡ幻ａＡｓ層は極めて寿命
の長い光導電特性を示すため、トランジスタ特性が光に
対して極めて不安定となる。
本発明の目的は２次元電子ガス濃度の制御性。
面内均一性が優れ、且つ光興射によりトランジスタ特性
の変動が生じない高速電界効果トランジスタを提供する
ことにある。
の変動が生じない高速電界効果トランジスタを提供する
ことにある。
上記目的を達成する方法として、第３図に示すようにキ
ャリアの供給源としてＡｔＧ ａ Ａ ｓ層３１に形成
した超格子構造の量子井戸３３内に生じる二次元社子化
準位３４が考えられる。しかし、実際には超格子のポテ
ンシャル井戸３３から三角ポテンシャル３５への電子の
しみ出しは少なく、電子の殆んどは量子井戸３３内の量
子化準位３４に安定して存在する。
ャリアの供給源としてＡｔＧ ａ Ａ ｓ層３１に形成
した超格子構造の量子井戸３３内に生じる二次元社子化
準位３４が考えられる。しかし、実際には超格子のポテ
ンシャル井戸３３から三角ポテンシャル３５への電子の
しみ出しは少なく、電子の殆んどは量子井戸３３内の量
子化準位３４に安定して存在する。
第４図（ａ）で示すような対称ポテンシャル井戸では、
井戸幅を狭くすることにより量子化準位４２は上昇する
が、電子が充分障壁Ｉ−を越えるようになるまでは上昇
しない。一方、第４図（ｂ）に示すように左右の障壁の
高さの異なる非対称ポテンシャル井戸では、量子井戸の
幅を狭くすると、量子化準位４５は上昇して遂には低い
方の障壁層４４を越える。それに悴い、多くの電子が低
い障壁層を越えてより・低いポテンシャルへの移動が可
能となる。本発明の目的は、この状況を実現するために
第１図に示すように、量子井戸１３をＧａＡｓ層１２と
のへテロ界面から遠ざかるに従いＡ２組成比の大きくな
っているＡｔＧａＡｓ層１１に形成し、該ＧａＡＳ井戸
層１３にドナ不純物１５を添加することによって達成さ
れる。この時、量子井戸１３内に形成される量子準位１
４は障壁層の伝導帯にほぼ一致するため、電子は容易に
障壁層を越えて三角ポテンシャル１６に蓄積され、二次
元′電子ガスを形成する。
井戸幅を狭くすることにより量子化準位４２は上昇する
が、電子が充分障壁Ｉ−を越えるようになるまでは上昇
しない。一方、第４図（ｂ）に示すように左右の障壁の
高さの異なる非対称ポテンシャル井戸では、量子井戸の
幅を狭くすると、量子化準位４５は上昇して遂には低い
方の障壁層４４を越える。それに悴い、多くの電子が低
い障壁層を越えてより・低いポテンシャルへの移動が可
能となる。本発明の目的は、この状況を実現するために
第１図に示すように、量子井戸１３をＧａＡｓ層１２と
のへテロ界面から遠ざかるに従いＡ２組成比の大きくな
っているＡｔＧａＡｓ層１１に形成し、該ＧａＡＳ井戸
層１３にドナ不純物１５を添加することによって達成さ
れる。この時、量子井戸１３内に形成される量子準位１
４は障壁層の伝導帯にほぼ一致するため、電子は容易に
障壁層を越えて三角ポテンシャル１６に蓄積され、二次
元′電子ガスを形成する。
本発明では、キャリアの供給がドナを添加されたＧａＡ
ｓ井戸層により行われているため、ドーピングの制御性
１面内均一性が向上する。さらに。
ｓ井戸層により行われているため、ドーピングの制御性
１面内均一性が向上する。さらに。
前記量子井戸が非対称ポテンシャル井戸であるためドナ
から生じた電子が効率良く三角ポテンシャルに蓄積され
る。
から生じた電子が効率良く三角ポテンシャルに蓄積され
る。
またＩ ＡｔＱａＡｓ にドーピングされていないた
め、光照射によるトランジスタ動作の変動もない。
め、光照射によるトランジスタ動作の変動もない。
次に１本発明の実施例を第５図に示す断面図を用いて説
明する。半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にチャネル部とな
るアンドープＧａＡＳ層５２を例えばＭＢＥ法によって
１μｍ成長させ、さらにその上にアンドープＡｔｘ Ｇ
ａｌ −ｚ Ａ ｓ層５４をＭＢＥにより４００人成
長させた。該ＡｔｘＯａ ｌ −！Ａ Ｓ層５４０モル
比ＸはＧａＡＳ層５２との界面から後に形成するゲート
電極５６のところまでｘ ＝ ０．３からｘ＝ｏ、７ま
で連続的に変化させ、さらに該Ａｔ工Ｑａｌ −ＸＡｓ
層中にドナ不純物を添加したＧａＡｓ井戸層５５が
一個以上形成されており。
明する。半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にチャネル部とな
るアンドープＧａＡＳ層５２を例えばＭＢＥ法によって
１μｍ成長させ、さらにその上にアンドープＡｔｘ Ｇ
ａｌ −ｚ Ａ ｓ層５４をＭＢＥにより４００人成
長させた。該ＡｔｘＯａ ｌ −！Ａ Ｓ層５４０モル
比ＸはＧａＡＳ層５２との界面から後に形成するゲート
電極５６のところまでｘ ＝ ０．３からｘ＝ｏ、７ま
で連続的に変化させ、さらに該Ａｔ工Ｑａｌ −ＸＡｓ
層中にドナ不純物を添加したＧａＡｓ井戸層５５が
一個以上形成されており。
該井戸幅は３０Å以下である。ゲート電極５６としてＴ
ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕの３層電極を用い、ソー
ス電極５７．ドレイン電極５８としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／
Ａｕを用い、リフトオフ法により形成した。
ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕの３層電極を用い、ソー
ス電極５７．ドレイン電極５８としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／
Ａｕを用い、リフトオフ法により形成した。
以上、ＧａＡｓ／ＡｔＧａＡｓ系のへテロ接合及び量子
井戸を用いたが、他の電子親和力の異なる化合物半導体
の組合わせについても本発明は適用できる。
井戸を用いたが、他の電子親和力の異なる化合物半導体
の組合わせについても本発明は適用できる。
本発明によればｉ Ｇ ａ Ａ ｓ層へドーピングする
ためドナ不純物イオンのドーピングの再現性１面内均一
性が著しく向上する。また、光導電現像に伴うトランジ
スタ動作の変動がなくなる。
ためドナ不純物イオンのドーピングの再現性１面内均一
性が著しく向上する。また、光導電現像に伴うトランジ
スタ動作の変動がなくなる。
第１図は本発明のバンド図、第２図は従来構造のバンド
図、第３図は準改良構造のバンド図、第４図はポテンシ
ャル井戸の説明図および第５図は実施例の断面図でおる
。 １１・・・アンドープＡｔＧａＡｓ層、１２・・・アン
ドープＧａＡＳ層＋ １３−ＧａＡｓ井戸層、１４−
・・量子化準位、１５・・・ドナ不純物、１６・・・三
角ボテンシャル、１７・・・ゲート電極（２次元電子ガ
ス）。 ２１ ”・Ａ４Ｇ ａ Ａ ｓ 層、２２・・・アンド
ープＧａＡｓ層、２３・・・ドナ不純物、２４・・・三
角ポテンシャル（２次元電子ガス）、２５・・・ゲート
電極、３１・・・Ａ７ＧａＡＳ層、３２−・・アンドー
プＧａＡｓ層。 ３３・・・ＧａＡｓ井戸層、３４・・・量子化準位、３
５・・・三角ポテンシャル（２次元電子ガス）、３６・
・・ゲート電極、４１・・・障壁層、４２・・・量子化
準位、４３・・・昼い障壁層、４４・・・低い障壁層、
４５・・・量子化準位、５１・・・半絶縁性ＧａＡＳ基
板、５２・・・アンドープＱ ａ Ａ Ｓ ＊ ５３
・・・２次元電子ガス。 ５４・・・アンドープＡｔＧａＡｓ、５５ ・＝ＧａＡ
ｓ井戸層、５６・・・ゲート電極、５７．５８・・・ソ
ース１ ドレイン電極。
図、第３図は準改良構造のバンド図、第４図はポテンシ
ャル井戸の説明図および第５図は実施例の断面図でおる
。 １１・・・アンドープＡｔＧａＡｓ層、１２・・・アン
ドープＧａＡＳ層＋ １３−ＧａＡｓ井戸層、１４−
・・量子化準位、１５・・・ドナ不純物、１６・・・三
角ボテンシャル、１７・・・ゲート電極（２次元電子ガ
ス）。 ２１ ”・Ａ４Ｇ ａ Ａ ｓ 層、２２・・・アンド
ープＧａＡｓ層、２３・・・ドナ不純物、２４・・・三
角ポテンシャル（２次元電子ガス）、２５・・・ゲート
電極、３１・・・Ａ７ＧａＡＳ層、３２−・・アンドー
プＧａＡｓ層。 ３３・・・ＧａＡｓ井戸層、３４・・・量子化準位、３
５・・・三角ポテンシャル（２次元電子ガス）、３６・
・・ゲート電極、４１・・・障壁層、４２・・・量子化
準位、４３・・・昼い障壁層、４４・・・低い障壁層、
４５・・・量子化準位、５１・・・半絶縁性ＧａＡＳ基
板、５２・・・アンドープＱ ａ Ａ Ｓ ＊ ５３
・・・２次元電子ガス。 ５４・・・アンドープＡｔＧａＡｓ、５５ ・＝ＧａＡ
ｓ井戸層、５６・・・ゲート電極、５７．５８・・・ソ
ース１ ドレイン電極。
Claims (1)
- １、基板上に形成された電子親和力の大きい第一の半導
体層と、第一の半導体層上に形成された第一の半導体よ
り電子親和力が小なる第二の半導体層とからなり、第二
の半導体層の電子親和力が第一の半導体層の界面から遠
ざかる従い小さくなつており、且つ前記第二の半導体層
に単一或いは複数個の量子井戸が具備されており、該量
子井戸層の一部或いは全部にドナ不純物が添加されてい
る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 |
|---|---|---|---|
| JP30124786A JPS63155772A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30124786A JPS63155772A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63155772A true JPS63155772A (ja) | 1988-06-28 |
Family
ID=17894541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30124786A Pending JPS63155772A (ja) | 1986-12-19 | 1986-12-19 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63155772A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2674683A1 (fr) * | 1991-03-26 | 1992-10-02 | Mitsubishi Electric Corp | Transistor a effet de champ ayant une couche de source d'electrons et une couche semiconductrice supplementaire portant les electrodes. |
| US5326984A (en) * | 1991-07-05 | 1994-07-05 | Thomson-Csf | Electromagnetic wave detector |
-
1986
- 1986-12-19 JP JP30124786A patent/JPS63155772A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2674683A1 (fr) * | 1991-03-26 | 1992-10-02 | Mitsubishi Electric Corp | Transistor a effet de champ ayant une couche de source d'electrons et une couche semiconductrice supplementaire portant les electrodes. |
| US5250822A (en) * | 1991-03-26 | 1993-10-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Field effect transistor |
| US5326984A (en) * | 1991-07-05 | 1994-07-05 | Thomson-Csf | Electromagnetic wave detector |
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