JPH0156540B2 - - Google Patents
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- JPH0156540B2 JPH0156540B2 JP60000685A JP68585A JPH0156540B2 JP H0156540 B2 JPH0156540 B2 JP H0156540B2 JP 60000685 A JP60000685 A JP 60000685A JP 68585 A JP68585 A JP 68585A JP H0156540 B2 JPH0156540 B2 JP H0156540B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drain
- channel
- electron
- gate
- mutual conductance
- 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.)
- Expired
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/383—Quantum effect devices, e.g. of devices using quantum reflection, diffraction or interference effects
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は大きな相互コンダクタンスを持つ電
界効果トランジスタに関するものである。
界効果トランジスタに関するものである。
「従来の技術」
第４図に従来用られている高移動度電界効果ト
ランジスタ（以下HEMTと称す）の断面図を、
第５図にその平面図を示す。
ランジスタ（以下HEMTと称す）の断面図を、
第５図にその平面図を示す。
例えばGaAsのような半絶縁性基板１１の上に
ノンドープGaAs層から成る第１の半導体層１２
とノンドーブAlGaAs層から成る第２の半導体層
１３n+AlGaAs層１４を順次積層し、かつ表面か
ら第１の半導体層１２にかけて高不純物濃度の拡
散層Ｓ及びＤを互いに分離して設け、この拡散層
Ｓ及びＤをソース及びドレインとし、その表面上
にそれぞれオーミツク接合させたソース電極１５
及びドレイン電極１６を設けるとともに中間部の
表面上にゲート金属電極１７を設けてある。
ノンドープGaAs層から成る第１の半導体層１２
とノンドーブAlGaAs層から成る第２の半導体層
１３n+AlGaAs層１４を順次積層し、かつ表面か
ら第１の半導体層１２にかけて高不純物濃度の拡
散層Ｓ及びＤを互いに分離して設け、この拡散層
Ｓ及びＤをソース及びドレインとし、その表面上
にそれぞれオーミツク接合させたソース電極１５
及びドレイン電極１６を設けるとともに中間部の
表面上にゲート金属電極１７を設けてある。
また第５図に示すように従来のHEMTのチヤ
ンネル１９はソース電極１５からでてドレイン電
極１６まで途中分かれることなく一本である。
ンネル１９はソース電極１５からでてドレイン電
極１６まで途中分かれることなく一本である。
「発明が解決しようとする問題点」
従来のHEMTはソースＳおよびドレインＤ間
の第１の半導体層１２と第２の半導体層１３との
界面部に生じる電子蓄積層１８を流れるチヤンネ
ル電流をゲート直下に形成されるAlGaAs空乏層
を変化させて制御している。この場合相互コンダ
クタンスは電子蓄積層１８の内部を走行する電子
の移動度に依存し大きな相互コンダクタンスを得
るためには電子移動度を大きくする以外にない。
電子移動度は上限があるため現在得られている相
互コンダクタンスはゲート幅１mmあたり400ｍＳ
が得られているにすぎない。
の第１の半導体層１２と第２の半導体層１３との
界面部に生じる電子蓄積層１８を流れるチヤンネ
ル電流をゲート直下に形成されるAlGaAs空乏層
を変化させて制御している。この場合相互コンダ
クタンスは電子蓄積層１８の内部を走行する電子
の移動度に依存し大きな相互コンダクタンスを得
るためには電子移動度を大きくする以外にない。
電子移動度は上限があるため現在得られている相
互コンダクタンスはゲート幅１mmあたり400ｍＳ
が得られているにすぎない。
つまり従来のHEMTの相互コンダクタンスひ
は上限があるため、ドレイン電流、動作速度、増
幅率に上限を有し、これらを大きくすることがで
きない欠点がある。
は上限があるため、ドレイン電流、動作速度、増
幅率に上限を有し、これらを大きくすることがで
きない欠点がある。
「問題点を解決するための手段」
この発明はこのような状況に鑑み相互コンダク
タンスが電子移動度だけで決まる欠点を解決すべ
く、チヤンネルを複数に分岐させそれぞれのチヤ
ンネルの長さがちがうことに起因する伝導電子波
動の干渉効果を利用して相互コンダクタンスを大
きくしたものである。
タンスが電子移動度だけで決まる欠点を解決すべ
く、チヤンネルを複数に分岐させそれぞれのチヤ
ンネルの長さがちがうことに起因する伝導電子波
動の干渉効果を利用して相互コンダクタンスを大
きくしたものである。
つまりこの発明による高移動度電界効果トラン
ジスタ（HEMT）は電子親和力の差の大きい第
１及び第２ほ半導体層からなるヘテロ接合を有
し、キヤリアが流れるチヤンネルがソースから出
てゲート直下で複数に分岐し、再び１つに合流し
ドレインにいく構造を持ち、分岐したチヤンネル
の長さが互に異なる大きさを持つことを特徴とし
たものである。
ジスタ（HEMT）は電子親和力の差の大きい第
１及び第２ほ半導体層からなるヘテロ接合を有
し、キヤリアが流れるチヤンネルがソースから出
てゲート直下で複数に分岐し、再び１つに合流し
ドレインにいく構造を持ち、分岐したチヤンネル
の長さが互に異なる大きさを持つことを特徴とし
たものである。
（作用）
この発明によるHEMTによれば長さが異なる
チヤンネルにキヤリアを流すことによりキヤリア
の波動が干渉する。この干渉現象はゲート電圧
Vgを変えることにより強め合う状態と打消し合
う状態に変化させることができる。
チヤンネルにキヤリアを流すことによりキヤリア
の波動が干渉する。この干渉現象はゲート電圧
Vgを変えることにより強め合う状態と打消し合
う状態に変化させることができる。
干渉現象を利用することによりゲート電圧Vg
のわずかな変化に対しドレイン電流IDを大きく変
化させることができ相互コンダクタンスgmの値
を大きくすることができる。
のわずかな変化に対しドレイン電流IDを大きく変
化させることができ相互コンダクタンスgmの値
を大きくすることができる。
「実施例」
第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２
図は平面図である。第１図及び第２図において第
４図及び第５図と対応する部分に同一符号を付し
て示している。この発明の特徴とする点は従来の
チヤンネル１９を第２図に示すように２つに分岐
したチヤンネル２０に置き換えた構造とした点で
ある。
図は平面図である。第１図及び第２図において第
４図及び第５図と対応する部分に同一符号を付し
て示している。この発明の特徴とする点は従来の
チヤンネル１９を第２図に示すように２つに分岐
したチヤンネル２０に置き換えた構造とした点で
ある。
この実施例ではチヤンネル２０の幅は約0.8μｍ
により、ゲート直下で分岐したチヤンネル２０の
長さの差は約0.8μｍになつている。
により、ゲート直下で分岐したチヤンネル２０の
長さの差は約0.8μｍになつている。
最近伝導電子に関する論理が急速に進歩し、伝
導電子は可干渉距離Lε以内で干渉することが見
いだされた。（S.Hikami etal Prog Theor.
Phys.63（1980）707参照）また結晶成長技術の進
歩にともない２次元電子ガスが作製できHEMT
に代表されるような高移動度結晶の作製が可能に
なり可干渉距離Lεを飛躍的に大きくでき可干渉
距離Lεを素子の大きさぐらいにできるようにな
つた。可干渉距離Lεは移動度をμ、２次元電子
ガスのフエルミレベルをεF、飛弾性散乱の緩和時
間をτεとすると、 Lε＝√εFμ／ｅτε（ｅは電子の素電荷） となり温度0.1K、移動度105cm2／Ｖ・Ｓ、２次元
電子ガス濃度nS1012cm2-2のとき可干渉距離LεはLε
＝20μｍのとなり素子の大きさ程度になる。
導電子は可干渉距離Lε以内で干渉することが見
いだされた。（S.Hikami etal Prog Theor.
Phys.63（1980）707参照）また結晶成長技術の進
歩にともない２次元電子ガスが作製できHEMT
に代表されるような高移動度結晶の作製が可能に
なり可干渉距離Lεを飛躍的に大きくでき可干渉
距離Lεを素子の大きさぐらいにできるようにな
つた。可干渉距離Lεは移動度をμ、２次元電子
ガスのフエルミレベルをεF、飛弾性散乱の緩和時
間をτεとすると、 Lε＝√εFμ／ｅτε（ｅは電子の素電荷） となり温度0.1K、移動度105cm2／Ｖ・Ｓ、２次元
電子ガス濃度nS1012cm2-2のとき可干渉距離LεはLε
＝20μｍのとなり素子の大きさ程度になる。
また２次元素ガス濃度nSとフエルミレベルεFは
状態密度がｍ／π.h2（ｍ電子の有効質量、ｈプラ
ンク定数、π円周率）であるから２次元電子ガス
のフエルミレベルεFは εF＝nS／（πh2／ｍ）となる。
状態密度がｍ／π.h2（ｍ電子の有効質量、ｈプラ
ンク定数、π円周率）であるから２次元電子ガス
のフエルミレベルεFは εF＝nS／（πh2／ｍ）となる。
また２次元電子ガスのフエルミレベルεFは伝導
電子の波長λFを用いて εF＝h2／2m（2π／λF）2 とあらわされ、したがつて伝導電子の波長λFと２
次元電子ガス濃度nSの関係は λF＝√2π／nSとなる。
電子の波長λFを用いて εF＝h2／2m（2π／λF）2 とあらわされ、したがつて伝導電子の波長λFと２
次元電子ガス濃度nSの関係は λF＝√2π／nSとなる。
ここでチヤンネル長を可干渉距離Lεより小さ
くして干渉現象を可能とし、２つの分岐したチヤ
ンネル長の差をΔLとした場合、Ｍを整数として
ΔL＝MλFのとき２つのチヤンネルの電子の波動
は強めあいΔL＝（Ｍ＋1/2）λFのとき２つのチヤ
ンネルの電子の波動は打ち消しあう。
くして干渉現象を可能とし、２つの分岐したチヤ
ンネル長の差をΔLとした場合、Ｍを整数として
ΔL＝MλFのとき２つのチヤンネルの電子の波動
は強めあいΔL＝（Ｍ＋1/2）λFのとき２つのチヤ
ンネルの電子の波動は打ち消しあう。
したがつてΔL＝MλFのときソースＳとドレイ
ンＤ間に電流が流れゲート電圧Vgを換えて２次
元電子ガス濃度nSと２次元電子ガスのフエルミレ
ベルεFを変化させることにより波長λFを変化させ
ΔL＝（Ｍ＋1/2）λFの条件にすると電流が流れな
い。
ンＤ間に電流が流れゲート電圧Vgを換えて２次
元電子ガス濃度nSと２次元電子ガスのフエルミレ
ベルεFを変化させることにより波長λFを変化させ
ΔL＝（Ｍ＋1/2）λFの条件にすると電流が流れな
い。
第１図にΔL＝2500Aのときドレイン電流IDと
２次元電子ガス濃度nSの関係を示す。ドレイン電
流IDは電子の数が増えると大きくなるがΔL＝（Ｍ
＋1/2）λFのとき０になる。
２次元電子ガス濃度nSの関係を示す。ドレイン電
流IDは電子の数が増えると大きくなるがΔL＝（Ｍ
＋1/2）λFのとき０になる。
第３図の横軸の２次元電子ガス濃度nSはゲート
電圧Vgに比例するため、第３図のドレイン電流
IDのかたむきは相互コンダクタンスgmに比例す
る。したがつて第３図で電流のかたむきの大きい
部分（図中のＭの値が、整数から半整数、半整数
から整数にかわる間）では相互コンダクタンス
gmも非常に大きくなる。
電圧Vgに比例するため、第３図のドレイン電流
IDのかたむきは相互コンダクタンスgmに比例す
る。したがつて第３図で電流のかたむきの大きい
部分（図中のＭの値が、整数から半整数、半整数
から整数にかわる間）では相互コンダクタンス
gmも非常に大きくなる。
「効果」
この発明によればゲート電圧VgをＭの値が整
数と半整数となる間に対応する値に選定すること
により相互コンダクタンスの大きい部分に動作点
を設定できる。よつてこの発明は相互コンダクタ
ンスの大きい電界効果トランジスタを提供でき
る。
数と半整数となる間に対応する値に選定すること
により相互コンダクタンスの大きい部分に動作点
を設定できる。よつてこの発明は相互コンダクタ
ンスの大きい電界効果トランジスタを提供でき
る。
「この発明によくHEMTの製造方法」
次にこの発明による高移動度電界効果トランジ
スタの製造方法について説明する。
スタの製造方法について説明する。
まずGaAs半絶縁性基板１１の上に分子線エピ
タキシヤル法または有機金属気相成長法等により
ノンドーブGaAs層１２を1μｍの厚さに形成す
る。
タキシヤル法または有機金属気相成長法等により
ノンドーブGaAs層１２を1μｍの厚さに形成す
る。
引き続きノンドーブAlGaAs層１３を約150Å
の厚さに、同じくドナー濃度２×1017cm-3のSiド
ープn+AlGaAs層１４を約1000Åの厚さに順次成
長させる。これなよりGaAs層１２の界面には電
子蓄積層１８が形成される。
の厚さに、同じくドナー濃度２×1017cm-3のSiド
ープn+AlGaAs層１４を約1000Åの厚さに順次成
長させる。これなよりGaAs層１２の界面には電
子蓄積層１８が形成される。
次いでn+AlGaAs層１４の表面に例えば電子ビ
ーム露光技術等をもちいてパターニングを施した
後チヤンネル２０を形成する。次いで再びパター
ニングしてオーミツク金属を真空蒸着法により付
着し、リフトオフし熱処理合金化してソース、ド
レイン電極１５，１６を形成し、更にパターニン
グしてゲート金属を真空蒸着法で付着させてリフ
トオフしてゲート電極１７を形成し素子製作工程
は完了する。なお上述した実施例では、電子親和
力の大きい第１の半導体１２としてGaAs、第２
の半導体１４としてAlGaAsを用いた場合につい
て説明したが、第１、第２の半導体の組み合わせ
として（GaSb、AlGa、Sb）、（InGaAs、
AlInAs）、（InGaAs、InP）等でも同様の効果を
得ることができる。また上述した実施例では２次
元電子ガスについてのみ説明したが２次元正孔の
場合も同様な効果を得ることができることは容易
に理解できよう。
ーム露光技術等をもちいてパターニングを施した
後チヤンネル２０を形成する。次いで再びパター
ニングしてオーミツク金属を真空蒸着法により付
着し、リフトオフし熱処理合金化してソース、ド
レイン電極１５，１６を形成し、更にパターニン
グしてゲート金属を真空蒸着法で付着させてリフ
トオフしてゲート電極１７を形成し素子製作工程
は完了する。なお上述した実施例では、電子親和
力の大きい第１の半導体１２としてGaAs、第２
の半導体１４としてAlGaAsを用いた場合につい
て説明したが、第１、第２の半導体の組み合わせ
として（GaSb、AlGa、Sb）、（InGaAs、
AlInAs）、（InGaAs、InP）等でも同様の効果を
得ることができる。また上述した実施例では２次
元電子ガスについてのみ説明したが２次元正孔の
場合も同様な効果を得ることができることは容易
に理解できよう。
「発明の効果」
以上説明したようにこの発明の高移動度電界効
果トランジスタによれば長さが異なるチヤンネル
にキヤリヤを流すことによりキヤリヤの波動を干
渉させ、この干渉現象によりゲート電圧Vgを変
えることによりキヤリヤの波動を強め合う状態と
打消し合う状態とに変化させることができる。こ
の結果キヤリヤの波動が強め合う状態と打消し合
う状態の中間の領域を利用することによりゲート
電圧Vgをわずかに変化させるとドレイン電流ID
を大きく変化させることができ、よつて相互コン
ダクタンスgmの値を大きくすることができる。
果トランジスタによれば長さが異なるチヤンネル
にキヤリヤを流すことによりキヤリヤの波動を干
渉させ、この干渉現象によりゲート電圧Vgを変
えることによりキヤリヤの波動を強め合う状態と
打消し合う状態とに変化させることができる。こ
の結果キヤリヤの波動が強め合う状態と打消し合
う状態の中間の領域を利用することによりゲート
電圧Vgをわずかに変化させるとドレイン電流ID
を大きく変化させることができ、よつて相互コン
ダクタンスgmの値を大きくすることができる。
この結果高速動作が可能で然も高増幅率の高移
動度電界効果トランジスタを提供できる。
動度電界効果トランジスタを提供できる。
第１図はこの発明のHEMTの構成例を示す断
面図、第２図はその平面図、第３図はこの発明に
よるHEMTの動作特性を説明するためのグラフ、
第４図は従来のHEMTの構造を説明するための
断面図、第５図はその平面図である。 １１：半絶縁性基板、１２：第１の半導体層、
１３：第２の半導体層、Ｓ：ソース、Ｄ：ドレイ
ン、１５：ソース電極、１６：ドレイン電極、１
７：ゲート電極、２０：異なる長さを持つチヤン
ネル。
面図、第２図はその平面図、第３図はこの発明に
よるHEMTの動作特性を説明するためのグラフ、
第４図は従来のHEMTの構造を説明するための
断面図、第５図はその平面図である。 １１：半絶縁性基板、１２：第１の半導体層、
１３：第２の半導体層、Ｓ：ソース、Ｄ：ドレイ
ン、１５：ソース電極、１６：ドレイン電極、１
７：ゲート電極、２０：異なる長さを持つチヤン
ネル。
Claims (1)
- １ 電子親和力の差の大きい第１および第２の半
導体層からなるヘテロ接合を有し、キヤリアが流
れるチヤンネルがソースから出てゲート直下で複
数に分岐し、再び１つに合流しドレインにいく構
造を持ち、分岐したチヤンネルの長さが互に異な
る大きさを持つ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 |
|---|---|---|---|
| JP60000685A JPS61159769A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60000685A JPS61159769A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 電界効果トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61159769A JPS61159769A (ja) | 1986-07-19 |
| JPH0156540B2 true JPH0156540B2 (ja) | 1989-11-30 |
Family
ID=11480612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60000685A Granted JPS61159769A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61159769A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4977435A (en) * | 1987-10-30 | 1990-12-11 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device with a split conduction channel |
| NL8703119A (nl) * | 1987-12-23 | 1989-07-17 | Philips Nv | Element voor toepassing in een elektrische schakeling. |
| JPH0226077A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Fujitsu Ltd | 半導体機能素子 |
| US5130766A (en) * | 1988-08-04 | 1992-07-14 | Fujitsu Limited | Quantum interference type semiconductor device |
| EP0416198A1 (en) * | 1989-08-30 | 1991-03-13 | International Business Machines Corporation | Electron wave deflection in modulation doped and other doped semiconductor structures |
-
1985
- 1985-01-07 JP JP60000685A patent/JPS61159769A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61159769A (ja) | 1986-07-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |