JPH01143264A - 電界効果半導体素子 - Google Patents

電界効果半導体素子

Info

Publication number
JPH01143264A
JPH01143264A JP62301067A JP30106787A JPH01143264A JP H01143264 A JPH01143264 A JP H01143264A JP 62301067 A JP62301067 A JP 62301067A JP 30106787 A JP30106787 A JP 30106787A JP H01143264 A JPH01143264 A JP H01143264A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
electric field
electrons
semiconductor
Prior art date
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
Application number
JP62301067A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Kudo
淳 工藤
Masayoshi Koba
木場 正義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP62301067A priority Critical patent/JPH01143264A/ja
Publication of JPH01143264A publication Critical patent/JPH01143264A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/473High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT
    • H10D30/4732High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野コ この発明は電界効果半導体素子に関するものであり、特
に、複数個の■−■化合物半導体層を積層してなる活性
層を有する電界効果゛ト導体素子に関するものである。
「従来の技術] ■−V族化合物半導体は高速性においてシリコン半導体
を凌ぐため、現在、その電子デバイスの開発が活発に行
なわれている。現在実用化が進んでいるのはGaAsを
用いたショットキゲート型の電界効果トランジスタ(以
下、FETと略す)であるが、超高速情報処理や通信分
野においては、−層のデバイス特性向上が望まれ、新し
いデバイス構造や新しい材料の提案がなされつつある。
[発明が解決しよしようとする問題点]FET型デバイ
スにおいて、信号の担い手となる電子(あるいはホール
)はゲート電圧によってチャネル部に適宜誘起され、さ
らにソース・ドレイン両電極間に印加される電界で加速
され、チャネルに沿って走行して電流を形成する。素子
の動作速度を決める電子の走行速度Vは電界Eに依存す
ることが知られている。すなわち、III−V化合物に
おいて、電子を加速すると、エネルギバンドの伝導帯端
のF点付近で加速されていくが、高電界下ではエネルギ
増加に伴ってホットエレクトロンとなり、遂にはr−L
遷移を生じ、その十行速度はむしろ低下してしまう。し
たがって、素子の高速動作を実現するには、材料特有の
v−E関係を考慮した上で、特に高電界領域での速度低
下を克服するデバイス構造を採用することが有効となる
この発明は、これらの観点に立ってなされたもので、高
速動作が可能な電界効果半導体素子を提供することを目
的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明は複数個のI−V化合物半導体層を積層してなる
活性層を合する電界効果半導体素子に係るものである。
そして、上記活性層は低電界において高移動度を有する
第1の半導体層と、高電界において高走行速度を有する
第2の半導体層とを含み、上記第1および第2半導体層
間でホットエレクトロンによるキャリアの実空間遷移を
行なわせるようにしている。
[作用] 活性層が低電界において高移動度を有する第1の半導体
層と、高電界において高走行速度を有する第2の半導体
層とを含み、上記第1および第2の半導体層間でホット
エレクトロンによるキャリ゛ アの実空間遷移を行なわ
せるようにしているので、低電界および高電界の両頭域
において電子の高速走行を可能とする。
[実施例] 第1図は本発明の詳細な説明するための図である。第1
図において、上図はFETのチャネルにおける横方向の
電界強度分布を示している。周知のとおり、ソース側は
比較的低電界(<10kV/ c m )であるのに対
し、ドレイン近傍には高電界(>10kV/cm)が存
在する。第1図において、下図は、2つの半導体積層よ
りなる活性層を電子がソースからドレインに向かって走
行する様子を図示したものである。ソース近傍で半導体
層11中に誘起された電子は、該半導体層1]中を加速
されて走行するが、電界の増加に従ってホット化し、電
界強度Eplの付近で隣接する半導体層12に実空間遷
移する。その後、半導体層12中を走行し、ドレイン領
域に到達する。図において、Ep+ +  Ep2は、
それぞれ第1および第2の半導体中の電子速度がピーク
となるときの電界強度を示す。
上記の活性層を構成する半導体積層の好ましい実施例の
1つは、InGaAsおよびInPを用いて構成できる
。第2図はその説明図である。工nGaAsは低電界領
域でGaAsより大きい電子移動度を有し、これを、第
1図における半導体層11に用いる。次に、InPは高
電界領域においてGaAsより大きな走行速度を有し、
これを第1図の半導体層12に用いる。
前述の動作原理を用いて、いくつかのデバイス構造を構
成できる。以下に、それらについて述べる。
第3図は、本発明の一実施例の金属・絶縁膜・半導体型
トランジスタ(MISFET)を示ス断面図である。図
において、33は半絶縁性のInP基板、32はInP
基板33の上に設けられた格子整合1 nI−X Ga
x As半導体層(X−0゜47)、31はInP半導
体層、34はゲート絶縁層、35はゲート電極、36は
ソース電極、37はドレイン電極である。
次に、この半導体素子の、ゲート電極35に正電圧を印
加した場合のエネルギバンド図を第4図に示す。このと
き、InPは1.35eV、InGaAsは0.8eV
と、両層は異なるエネルギギャップ値を有する。
ゲート電圧をvGとすると、InP層31には、近似的
に、次式に示す電界が印加される。
上式において、ε+、d+(あるいはε2+d2)はゲ
ート絶縁膜(あるいはInP層)の誘電率と厚みを示す
。横方向(ソース・ドレイン方向)の電界が弱い場合、
チャネルはInPと接したInGaAs表面に形成され
るように素子を構成する。このとき、ゲート絶縁膜と接
するInP表面に新たなチャネルが形成されないために
は、E2d2〈ΔEcの条件が満たされることが望まし
い。
ここに、ΔE、はI nGaAsとInP間のc。
nduction   band   discont
inuityを表わす。
すなイつち、 である。
(1)式から明らかなように、本実施例に係るInP層
31の厚みは動作電圧にもよるが、たかだか1000人
程度とすることが望ましい。本素子のソース・ドレイン
間に第1図に示すような電界を印加すると、ます電子は
InGaAsチャネル層をソースからドレインに向かっ
て走行していくが、I nGaAsに対して電子速度の
ピーク値を与える電界強度(第2図のEl)+ )の位
置の付近では、r−L遷移に相当するエネルギを得てホ
ットエレクトロンとなっており、本素子構造の場合には
Lへの遷移よりはむしろ、ゲート電界に引かれてInP
/ゲート絶縁膜界面へと遷移し、そこをドレインに向か
って流れて、信号電流に寄与する。このとき、InPの
El)2より大きな電界領域においては速度低下を生じ
るが、InGaASnGaAs層比べて、その影響はず
っと小さい。
本実施例のFETの製法を第3図を参照して説明する。
半絶縁性のInP基板33上に、MOCVD、ハライド
VPEなど高純度結晶成長が可能な方法を用い、まず膜
厚0.2〜1μmのInGaAs層32を、InP基板
33に格子整合させて形成する。本結晶層はデバイス動
作速度を高めるためにできるだけ高純度、好ましくはn
<101s〜10110l6’であることが望ましい。
次に、膜厚<100OAのInP層を引き続き形成する
。次に、ゲート絶縁膜34は光CVD、  ECRプラ
ズマCVD法など低照射損傷性の低温絶縁膜形成法を用
い、S to2、S i N、PON。
PAsO等あるいはその複合膜を形成する。次に、ゲー
ト電極35をEB蒸希法によるAll、あるいはスパッ
タ法によるWなどを用いて形成し、さらにフォトリソグ
ラフィを用いて所定の素子寸法L/Wを有する形状に加
工する。本素子のソース・ドレイン部36.37は好適
には、第3図に点線38で示したごとく、Si+イオン
注入などの方法で不純物ドープした後、ゲート絶縁膜3
4の当該部分をエツチングにより除去し、AuGe等に
よる電極を真空蒸着法とリフトオフ法との取合せにより
形成して素子を完成する。
なお、本実施例ではゲート絶縁膜として非晶質膜を用い
たが、InA(LP、GaAllAs等ワイドギャップ
の■−■化合物半導体を用いることも可能である。
次に、第5図、第6図および第7図に、本発明の他の実
施例のバンドプロフィル(但し、ゲート電圧を印加して
いない場合)を示す。第5図は、第3図と同様MISF
ETfM造を有するが、InGaAs層52とInP層
51の間に、これらと格子整合するInAQAsnGa
As層53ている。この層は、特に高いゲート電圧で素
子動作させる場合に、ホット化していない電子がI n
GaAs層からInP層に移行して、新たなチャネル層
が形成するのを阻止するバリア層として機能する。第6
図は、第5図と同様の構造において、InGaAs層6
2をInAQAsnGaAs層63んだ量子井戸となし
、その井戸幅によってサブバンドのレベルを決定し、I
nP層61への遷移を制御する。
第7図は、I nGaAs層72とInP層71からな
る積層活性層の上に、これらと格子整合するInAl1
As層73を有し、その表面に金属電極75を設けてシ
ョットキ構造としたものであり、MISFETにおいて
問題となるゲート絶縁膜/半導体活性層間界面の不安定
性を回避して、安定動作を可能にする点に特徴がある。
なお、本実施例では、1nP、InGaAs。
InA之Asなどの格子整合系について述べたが、歪超
格子など不整合系の半導体薄層を併用して、素子を構成
することも勿論可能である。
[発明の効果] 以上説明したとおり、本発明に係る電界効果半導体素子
は、エネルギギャップの異なる複数個の■−■化合物を
積層してなる半導体活性層を有し、それらの半導体間に
ホットエレクトロンによる実空間遷移を生ぜしめること
により、低電界および高電界の両領域において電子の高
速走行を可能とする。したがって、従来のGaAsFE
T等に比べて高速動作が可能となる。また、大電圧振幅
、高駆動能力あるいは大出力等の高速デバイスを構成で
きる。さらに、エネルギギャップEgの異なる複数個の
■−■化合物の組合わせにより、超高速動作に適した二
次元電子ガス等を利用した高性能のトランジスタを形成
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための図である。第2
図は各種半導体素子における電子速度の電界強度依存性
を説明する図である。第3図は本発明の一実施例のMI
S型電界効果トランジスタの構造を示す断面図である。 第4図はそのゲート電極に正電圧を印加した場合のエネ
ルギバンド図を示す。第5〜第7図は本発明の他の実施
例の電界効果トランジスタのエネルギバンド図を示ス。 図において、11.32は低電界において高移動度を有
する第1の半導体層、12.31は高電界において高走
行速度を有する第2の半導体層である。 集10        篇20 算3四      集40 II、32:  (%電y+=s=t4uzTh&t*
Vb  オ19キ傳4乞層12.31   高tJ)t
=お・・7市足は速度で肩りラオ2つ半導1高70

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数個のIII−V化合物半導体層を積層してなる
    活性層を有する電界効果半導体素子であって、 前記活性層は低電界において高移動度を有する第1の半
    導体層と、高電界において高走行速度を有する第2の半
    導体層とを含み、 前記第1および第2半導体層間でホットエレクトロンに
    よるキャリアの実空間遷移を行なわせるようにした電界
    効果半導体素子。
JP62301067A 1987-11-28 1987-11-28 電界効果半導体素子 Pending JPH01143264A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62301067A JPH01143264A (ja) 1987-11-28 1987-11-28 電界効果半導体素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62301067A JPH01143264A (ja) 1987-11-28 1987-11-28 電界効果半導体素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01143264A true JPH01143264A (ja) 1989-06-05

Family

ID=17892468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62301067A Pending JPH01143264A (ja) 1987-11-28 1987-11-28 電界効果半導体素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01143264A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04181743A (ja) * 1990-11-16 1992-06-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 高電子移動度トランジスタ
US5151757A (en) * 1990-10-26 1992-09-29 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Heterojunction field-effect transistor
JP2001185559A (ja) * 1999-12-27 2001-07-06 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 負性抵抗電界効果トランジスタ
JPWO2009081584A1 (ja) * 2007-12-26 2011-05-06 日本電気株式会社 半導体装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5151757A (en) * 1990-10-26 1992-09-29 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Heterojunction field-effect transistor
JPH04181743A (ja) * 1990-11-16 1992-06-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 高電子移動度トランジスタ
JP2001185559A (ja) * 1999-12-27 2001-07-06 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 負性抵抗電界効果トランジスタ
JPWO2009081584A1 (ja) * 2007-12-26 2011-05-06 日本電気株式会社 半導体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6127681A (ja) 超格子構造のチヤネル部をもつ電界効果トランジスタ
EP0514079B1 (en) High electron mobility transistor and method of manufacture
JPH024140B2 (ja)
JPH084138B2 (ja) 半導体装置
JPH01143264A (ja) 電界効果半導体素子
JPH0312769B2 (ja)
JPH05259193A (ja) 半導体装置
US5751029A (en) Field-effect semiconductor device having heterojunction
JP2629408B2 (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
US6570194B2 (en) Compound semiconductor field effect transistor with improved ohmic contact layer structure and method of forming the same
US5945695A (en) Semiconductor device with InGaP channel layer
JP2701583B2 (ja) トンネルトランジスタ及びその製造方法
JP2855775B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP3237458B2 (ja) 半導体ウェハ及び半導体装置
JPS61156773A (ja) ヘテロ接合半導体デバイス
JPS61276269A (ja) ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JPH0311767A (ja) 速度変調型電界効果トランジスタ
JPS60235476A (ja) 半導体装置
JP2710312B2 (ja) 半導体装置
JPH09102600A (ja) 電界効果トランジスタ,及びその製造方法
JP2592161B2 (ja) 量子干渉トランジスタ
JPS63232374A (ja) 半導体装置
JPS6255316B2 (ja)
JPH05102198A (ja) 擬1次元電界効果トランジスタとその製造方法
JPH0513462A (ja) 化合物半導体構造