JPH025302B2 - - Google Patents
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- JPH025302B2 JPH025302B2 JP57002120A JP212082A JPH025302B2 JP H025302 B2 JPH025302 B2 JP H025302B2 JP 57002120 A JP57002120 A JP 57002120A JP 212082 A JP212082 A JP 212082A JP H025302 B2 JPH025302 B2 JP H025302B2
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
本発明は、電界効果トランジスタおよびそれを
用いた集積回路に関する。
従来、電界効果トランジスタとして、シヨツト
キ・バリア型、p−n接合型、あるいはMIS型等
が用いられてきた。
一方、電界効果トランジスタは動作上、大別し
てノーマリ・オン型とノーマリ・オフ型がある。
大規模集積回路のスイツチング素子としては回路
の簡単さおよび消費電力の少なさの点からノーマ
リ・オフ型の優れている。しかしながら、従来の
ノーマリ・オフ型電界効果トランジスタはいずれ
も実用上問題がある。このことについては後に詳
述する。一方、ノーマリ・オン型の電界効果トラ
ンジスタも必ずしも問題が解決されているわけで
はなく、高速化、低電力化のため使用温度を下げ
て行くとシヨツトキ・バリア型、p−n接合型で
は不純物原子のフリージイング現象、シヨツト
キ・バリア型、MIS型では界面準位へのキヤリ
ア・トラツピング現象によつて期待されるような
動作が拒まれていた。
次に、前述の従来技術によるノーマリ・オフ型
電界効果トランジスタの問題点を図に基づき順次
具体的に説明する。第1,2,3図は従来技術に
よるノーマリ・オフ型電界効果トランジスタの構
成略図で、それぞれシヨツトキ・バリア型、p−
n接合型、およびMIS型を示す。第1図示のシヨ
ツトキ・バリア型電界効果トランジスタの場合、
ゲート金属6が半導体1に直接接触していわゆる
シヨツトキ・バリア型を形成する。この型の電界
効果トランジスタはソース4、ゲート8間の電圧
が零の場合でもゲート金属6と半導体1との間の
拡散電位(半導体1がGaAsの場合、金属の種類
にかかわらず約0.8V)のため、ゲート金属6の
下には電子空乏層7が形成される。この電子空乏
層7の厚さと半導体1の厚さを等しく選ぶことに
よつて電子空乏層7の下の半導体の厚さが零にな
り、ソース4・ドレイン5間に電流を流れなくす
ることができる。ソース4・ゲート5間電圧が正
のとき電子空乏層7の下の半導体1の厚さが零で
なくなり、ソース4・ドレイン5間に電流が流れ
る。すなわち、ノーマリ・オフ型の動作を行わせ
ることができる。この型の電界効果トランジスタ
は前述のように拡散電位による電子空乏層7の厚
さと半導体1の厚さを等しくする必要がある。大
規模集積回路のように大面積にわたつてこのよう
な条件を満たすことが要求される場合、その実現
は極めて難しい。すなわち、半導体1の厚さと不
純物濃度を両者共精度よく広い面積にわたり一様
に形成することは難しいからである。第2図示p
−n接合型の電界効果トランジスタは、p型の半
導体9を半導体1の上に配しp−n接合を形成さ
せる。動作原理は第1図のシヨツトキ・バリア型
と同じであるが、p−n接合の拡散電位はシヨツ
トキ・バリアに比べて大きく(GaAsの場合約
1.4V)、その分電子空乏層7は大きくなり半導体
1の厚さ、不純物濃度は制御は易しくなるが製造
における本質的な難しさには変りがない。第3図
示のMIS型電界効果トランジスタは絶縁物10を
介して金属6を半導体1あるいは半導体11と対
峙させる。絶縁物として酸化物を用いたものがい
わゆるMOS型である。この構造をもつ電界効果
トランジスタはさらに第3図aおよびbに示すよ
うに二通り型に分れる。第3図aはシヨツトキ・
バリア型およびp−n接合型と同じように、ソー
ス4・ゲート8間電圧が零のときに半導体1の厚
さ全てに亘つて電子空乏層7が延びているが、正
の電圧を加えると電子空乏層7が縮まり、ソース
4・ドレイン5間電流が流れる型のものである。
この型のものはシヨツトキ・バリア型およびp−
n接合型と同様、均一な特性のものをつくる上で
技術的な困難が伴う。第3図bに示すMIS型電界
効果トランジスタのもう1つの型は、半導体11
がP型であり、ソース4・ゲート8間に正の電圧
を加えると半導体11中の絶縁物10との界面に
反転層ができ電子面電荷が誘起され、その電子が
ソース4・ドレイン5間電流に寄与する型のもの
である。この型のMIS型電界効果トランジスタは
半導体11としてシリコン、絶縁物10として二
酸化シリコンを用いて、いわゆるシリコン・
MOS型トランジスタとして現在ひろく実用に供
されている。しかし、低温動作および低雑音動作
上の問題点は未解決である。
一方、半導体11として化合物半導体を用いる
場合、半導体11と絶縁物10との界面の良質な
ものを得ることが出来ず、したがつて良質な反転
層および蓄積層を得ることができないという欠点
がある。
もつとも、これに対しては、特開昭51−61625
号公報に開示のように、絶縁膜10に代え、半導
体11よりバンド・ギヤツプの広い半導体を用い
る提案もあつた。
このようにすると、確かに絶縁膜10を用いた
場合よりは良好な特性となり得るが、未だその改
善の程度は十分ではなく、実際上、しきい値の設
計性、制御性も良くなかつた。
特にこの公報開示の発明では、MOS型の改良
という発想から脱却し得てはおらず、ゲート電極
には当然のことのようにメタル電極が用いられて
いるため、このメタル・ゲート電極と、上記のよ
うにMOS型のゲート絶縁膜に相当するワイド・
バンド・ギヤツプな半導体バリア層との間で一般
にシヨツトキ接合が形成され、結果としてはシヨ
ツトキ電極を用いるいわゆるHEMT構造の基本
形、ないしはそれに類似の構造となり、メタル・
ゲート電極に印加する電圧が当該シヨツトキ・バ
リアによる空乏層を介してチヤネルに間接的に影
響を与えるようになるので、当該半導体バリア層
の膜厚や不純物濃度の変動が極めて敏感にしきい
値を左右してしまうという欠点が生じた。
加うるに、このワイド・バンド・ギヤツプな半
導体バリア層とメタル・ゲート電極との界面には
多量の界面準位が発生し、しかも、その界面準位
密度に関しては制御性がなく、広い範囲に亙つて
の一様性の保証も全くない。こうした界面準位
も、当然、ゲートしきい値電圧に影響を及ぼすの
で、やはりゲートしきい値電圧自体の再現性、一
様性に乏しかつた。
さらに、この公報開示の構造や条件では、同一
支持基板上に相補型の回路を構成するのも困難で
あつた。
これとは別に、上記公報中に開示の構造中の半
導体バリア層をあたかも三層構造に変えた場合に
相当するような改良も成された(特開昭55−
160473号公報)。
すなわち、チヤネル形成領域を構成する半導体
層表面上に対し、下から順に、不純物を意図的に
導入したGaAs層、AlxGa1-xAs層、そしてSiO2
その他、非晶質の絶縁層を形成した後、その上に
メタル・ゲート電極を付すのである。
この構造でも、チヤネル領域形成層に対し、直
接に絶縁膜が接している場合に比せば、界面準位
の問題はある程度緩和されると考えられるが、チ
ヤネル界面そのものに界面準位が存在しなくと
も、ゲートとチヤネル間の絶縁膜を含む構造内に
あつて界面準位が全く消失する訳ではなく、これ
によるしきい値特性の不安定化等、特性の劣化は
防ぎようがないし、また、何よりも、メタル・ゲ
ート電極とチヤネル間に介在する絶縁膜の存在が
トランス・コンダクタンスの低下を生む必至の要
因となる。
実際上、この公報開示の構造は実用化には極め
て乏しいものである。
本発明は上記従来技術によるノーマリ・オン
型、ノーマリ・オフ型双方の電界効果トランジス
タの欠点、特に顕著な効果が期待できるノーマ
リ・オフ型の化合物半導体電界効果トランジスタ
の欠点を除き、技術的に容易な方法で、界面準位
の存在やしきい値電圧のゆらぎを構造的に除去し
得、しきい値電圧を相当程度自由かつ正確に調節
可能であり、また相補型回路を構成するためのチ
ヤネル極性の設定も簡単な、高性能な電界効果ト
ランジスタを得ることを目的とする。
以下、本発明について説明する。ソース、ドレ
イン領域に接して設けられた第1の半導体よりな
るチヤネル形成領域の上に2層のゲートを設け
る。チヤネル形成領域に接する第1層は不純物濃
度が小さくかつ第1の半導体よりバンド・ギヤツ
プが大きい第2の半導体で構成される。第1の半
導体がSiの場合、第2の半導体の一例としてGaP
が挙げられる。ゲート第2層は第1の半導体より
不純物濃度が大きく、また、このゲート第2層か
らのキヤリア注入を防ぐ意味で、ゲート第1層よ
りバンド・ギヤツプの狭い第3の半導体で構成す
る。
本発明の場合、ゲート第1層が通常のMOS構
造等におけるゲート絶縁膜の代わりのゲート・バ
リア層となり、ゲート第2層が通常のメタル・ゲ
ート電極に代わる実効的なゲート電極を構成す
る。したがつて後に述べるように、当該第3半導
体製のゲート電極(ゲート第2層)を外部回路に
接続する必要上、これに金属電極を形成するにし
ても、これは単なるオーミツク接触電極であつて
良く、したがつてその設置部位は任意であつて、
チヤネル上にあることが必須とはならない。一般
に本発明の電界効果トランジスタのゲートしきい
値電圧Vthは
Vth=φGS+φS+−qN1+t1t2/ε2+−qN2t2 2/2ε2
……(1)
で与えられる。ここでφGSは第1の半導体とゲー
ト第2層の仕事関数差で、φSはしきい値電圧にお
ける第1の半導体の表面電位をフラツト・バンド
から測定した量である。ε2は第2の半導体の誘電
率、qは電荷素量、複号の上側は不純物がドナー
の場合、下側は不純物がアクセプタの場合を示
す。N1,N2はそれぞれ第1の半導体、第2の半
導体の不純物濃度である。t2は第2の半導体の厚
さである。t1は第1の半導体の空乏領域の厚さで
あるが、第1の半導体が薄く厚さ全体にわたつて
空乏させることができる場合はt1は第1の半導体
の厚さとなる。また、チヤネルのキヤリアがチヤ
ネル形成領域に含まれる不純物と同一の伝導型で
かつ第1の半導体の表面に誘起されることにより
生ずるいわゆる蓄積型の電界効果トランジスタ動
作様態の場合は(1)式右辺第3項は零となる。(1)式
においてφGS+φSは第1の半導体の不純物濃度N1
および第2の半導体の不純物濃度N2のいずれに
もほとんど依存しないから、しい値電圧Vthの
N1,N2依存性を小さくする目的のためには(1)式
右辺第3項および第4項のN1,N2双方の値自体
を小さく選べばよい(前記蓄積型の電界効果トラ
ンジスタ動作様態では(1)式右辺第3項が零である
のでVthのN1依存性はない。したがつて上記目的
のためにはN2の値だけを小さく選べばよい。)し
かしながら、N1はソース・ドレイン間のパン
チ・スルーを妨ぐ等の目的で小さく選べない場合
がある。以上のことを考えて、少なくともN2を
小さな値に選ぶことは意義がある。本発明では(1)
式右辺第4項がゲートしきい値電圧の値に影響を
及ぼさない程度にN2の値を小さく設計すること
によつてゲートしきい値電圧の設計性、再現性の
優れた構成をとる。本発明ではこのようなN2の
値を有する第2の半導体を「不純物濃度の小さ
い」と称する。要するに、本発明の電界効果トラ
ンジスタのゲートしきい値電圧は第2の半導体の
不純物濃度N2では規定されず、ゲート第2層を
構成する材料の仕事関数とチヤネル形成領域を構
成する第1の半導体の仕事関数の差と不純物濃度
N1で設計することができる。特に第1の半導体
からなるチヤネル形成領域が高抵抗の逆導電型又
は絶縁性半導体基板又はサフアイアのような絶縁
性基板上に非常に薄く形成されているか、又は
N1が小さいと(1)式右辺第3項も無視できるので
ゲートしきい値電圧はゲート第2層の材料の仕事
関数とチヤネル形成領域の第1の半導体の仕事関
数の差φGSだけで決まる。あるいは、電界効果ト
ランジスタの動作様態が前記電荷蓄積型である場
合においても、ゲートしきい値電圧はゲート第2
層の材料の仕事関数とチヤネル形成の第1の半導
体の仕事関数φGSだけで決まる。
第4図は第1の半導体とゲート第2層の半導体
あるいは低抵抗層の組合せの代表的な例について
のバンド・ダイアグラムを示すものである。第4
各図中、まだ説明していない符号13はチヤネル
形成領域を構成する第1半導体層、t1tはこの第
1半導体層の全厚、14はゲート構造中にあつて
ゲート・バリア層を構成する第2半導体から成る
ゲート第1層、15はゲート構造中にあつて実効
的にゲート電極を構成する第3半導体から成るゲ
ート第2層、16は伝導帯下端、17はフエル
ミ・レベル、18は価電子帯上端であるが、これ
ら第4図a,b,c,dの組合せによつてどのよ
うな電界効果トランジスタの動作型が得られるか
を示したのが第1表である。
The present invention relates to a field effect transistor and an integrated circuit using the same. BACKGROUND ART Conventionally, a shot barrier type, a pn junction type, an MIS type, or the like has been used as a field effect transistor. On the other hand, field effect transistors can be broadly classified into normally-on type and normally-off type in terms of operation.
As a switching element for a large-scale integrated circuit, a normally-off type is superior in terms of circuit simplicity and low power consumption. However, all conventional normally-off field effect transistors have practical problems. This will be explained in detail later. On the other hand, the problems of normally-on field effect transistors have not necessarily been solved, and as the operating temperature is lowered to increase speed and reduce power consumption, impurity atoms become trapped in the shotgun barrier type and p-n junction type. In the case of the freezing phenomenon, the shot-barrier type, and the MIS type, the expected behavior was denied due to the carrier trapping phenomenon to the interface state. Next, problems with the normally-off type field effect transistor according to the prior art described above will be explained in detail based on the drawings. Figures 1, 2, and 3 are schematic diagrams of normally-off type field effect transistors according to the prior art, including a shot barrier type and a p-type field effect transistor, respectively.
Shows n-junction type and MIS type. In the case of the shot barrier type field effect transistor shown in Figure 1,
The gate metal 6 is in direct contact with the semiconductor 1 to form a so-called shot barrier type. In this type of field effect transistor, even when the voltage between the source 4 and gate 8 is zero, the diffusion potential between the gate metal 6 and the semiconductor 1 (if the semiconductor 1 is GaAs, it is approximately 0.8 V regardless of the type of metal) Therefore, an electron depletion layer 7 is formed under the gate metal 6. By selecting the thickness of the electron depletion layer 7 and the thickness of the semiconductor 1 to be equal, the thickness of the semiconductor below the electron depletion layer 7 becomes zero, and no current flows between the source 4 and the drain 5. can. When the voltage between the source 4 and the gate 5 is positive, the thickness of the semiconductor 1 below the electron depletion layer 7 is no longer zero, and a current flows between the source 4 and the drain 5. In other words, normally-off type operation can be performed. In this type of field effect transistor, as described above, it is necessary that the thickness of the electron depletion layer 7 due to the diffusion potential is equal to the thickness of the semiconductor 1. When such conditions are required to be satisfied over a large area, as in the case of large-scale integrated circuits, it is extremely difficult to achieve this. That is, it is difficult to form the semiconductor 1 with uniform thickness and impurity concentration over a wide area with high precision. Second illustration p
In the -n junction type field effect transistor, a p-type semiconductor 9 is placed on the semiconductor 1 to form a p-n junction. The operating principle is the same as the Schottky barrier type shown in Figure 1, but the diffusion potential of the p-n junction is larger than that of the Schottky barrier (in the case of GaAs, it is approximately
1.4V), the electron depletion layer 7 becomes larger and the thickness and impurity concentration of the semiconductor 1 become easier to control, but the essential difficulty in manufacturing remains the same. In the MIS type field effect transistor shown in FIG. 3, the metal 6 faces the semiconductor 1 or the semiconductor 11 with an insulator 10 in between. The so-called MOS type uses an oxide as an insulator. Field effect transistors having this structure are further divided into two types as shown in FIGS. 3a and 3b. Figure 3a shows the shotgun.
Similar to the barrier type and pn junction type, when the voltage between the source 4 and the gate 8 is zero, the electron depletion layer 7 extends over the entire thickness of the semiconductor 1, but when a positive voltage is applied, This is a type in which the electron depletion layer 7 is shortened and a current flows between the source 4 and drain 5.
This type is the Schottki barrier type and p-
As with the n-junction type, there are technical difficulties in creating one with uniform characteristics. Another type of MIS field effect transistor shown in FIG. 3b is the semiconductor 11
is P type, and when a positive voltage is applied between the source 4 and the gate 8, an inversion layer is formed at the interface with the insulator 10 in the semiconductor 11, an electronic surface charge is induced, and the electrons are transferred between the source 4 and the drain 5. It is of the type that contributes to current. This type of MIS field effect transistor uses silicon as the semiconductor 11 and silicon dioxide as the insulator 10.
It is currently in widespread practical use as a MOS transistor. However, problems regarding low temperature operation and low noise operation remain unsolved. On the other hand, when a compound semiconductor is used as the semiconductor 11, there is a drawback that a good quality interface between the semiconductor 11 and the insulator 10 cannot be obtained, and therefore a good quality inversion layer and accumulation layer cannot be obtained. . However, regarding this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-61625
As disclosed in the above publication, there was also a proposal to use a semiconductor having a wider band gap than the semiconductor 11 in place of the insulating film 10. Although this method can certainly provide better characteristics than when the insulating film 10 is used, the degree of improvement is still not sufficient, and in practice, the designability and controllability of the threshold value are also not good. In particular, the invention disclosed in this publication has not been able to break away from the idea of improving the MOS type, and since a metal electrode is used as a matter of course for the gate electrode, this metal gate electrode and the above-mentioned As shown in the figure, a wide
Generally, a shot junction is formed between the band gap semiconductor barrier layer, and the result is the basic form of the so-called HEMT structure using shot electrodes, or a structure similar to it.
Since the voltage applied to the gate electrode indirectly affects the channel through the depletion layer created by the shot barrier, changes in the thickness and impurity concentration of the semiconductor barrier layer affect the threshold extremely sensitively. There was a drawback that it ended up happening. In addition, a large number of interface states are generated at the interface between this wide band gap semiconductor barrier layer and the metal gate electrode, and there is no controllability regarding the density of the interface states. There is no guarantee of uniformity over time. These interface states also naturally affect the gate threshold voltage, so the reproducibility and uniformity of the gate threshold voltage itself is still poor. Furthermore, with the structure and conditions disclosed in this publication, it was difficult to construct complementary circuits on the same support substrate. Apart from this, an improvement was also made that corresponds to the case where the semiconductor barrier layer in the structure disclosed in the above publication was changed to a three-layer structure (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1983-1982).
Publication No. 160473). That is, on the surface of the semiconductor layer constituting the channel formation region, from the bottom, a GaAs layer with impurities intentionally introduced, an Al x Ga 1-x As layer, and a SiO 2
In addition, after forming an amorphous insulating layer, a metal gate electrode is attached thereon. Even in this structure, the problem of interface states is thought to be alleviated to some extent compared to the case where the insulating film is in direct contact with the channel region forming layer, but the interface states exist at the channel interface itself. At the very least, the interface states within the structure including the insulating film between the gate and the channel do not completely disappear, and there is no way to prevent the deterioration of the characteristics such as the instability of the threshold characteristics due to this. Above all, the presence of an insulating film interposed between the metal gate electrode and the channel is an inevitable factor that causes a decrease in trans conductance. In reality, the structure disclosed in this publication is extremely difficult to put into practical use. The present invention eliminates the drawbacks of both the normally-on type and normally-off type field effect transistors according to the prior art described above, and the disadvantages of the normally-off type compound semiconductor field effect transistor, which can be expected to have particularly remarkable effects, and is technically simple. This method can structurally eliminate the existence of interface states and fluctuations in threshold voltage, and can adjust the threshold voltage fairly freely and accurately. The purpose is to obtain a high-performance field effect transistor whose polarity can be easily set. The present invention will be explained below. A two-layer gate is provided on a channel forming region made of a first semiconductor provided in contact with the source and drain regions. The first layer in contact with the channel forming region is composed of a second semiconductor having a lower impurity concentration and a larger band gap than the first semiconductor. When the first semiconductor is Si, GaP is an example of the second semiconductor.
can be mentioned. The second gate layer has a higher impurity concentration than the first semiconductor, and is made of a third semiconductor having a narrower band gap than the first gate layer in order to prevent carrier injection from the second gate layer. In the case of the present invention, the first gate layer serves as a gate barrier layer in place of a gate insulating film in a normal MOS structure, and the second gate layer constitutes an effective gate electrode in place of a normal metal gate electrode. Therefore, as will be described later, even if a metal electrode is formed on the third semiconductor gate electrode (gate second layer) because it is necessary to connect it to an external circuit, this is just an ohmic contact electrode. Therefore, the installation location can be arbitrary.
It is not necessary to be on the channel. Generally, the gate threshold voltage V th of the field effect transistor of the present invention is V th =φ GS +φ S +−qN 1 +t 1 t 2 /ε 2 +−qN 2 t 2 2 / 2ε 2 ……(1) Given. Here, φ GS is the work function difference between the first semiconductor and the second gate layer, and φ S is the surface potential of the first semiconductor measured from the flat band at the threshold voltage. ε 2 is the dielectric constant of the second semiconductor, q is the elementary charge, the upper side of the double sign indicates the case where the impurity is a donor, and the lower side indicates the case where the impurity is the acceptor. N 1 and N 2 are the impurity concentrations of the first semiconductor and the second semiconductor, respectively. t 2 is the thickness of the second semiconductor. t 1 is the thickness of the depletion region of the first semiconductor, but if the first semiconductor is thin and can be depleted over the entire thickness, t 1 becomes the thickness of the first semiconductor. In addition, in the case of a so-called accumulation type field effect transistor operation mode in which the channel carrier has the same conductivity type as the impurity contained in the channel forming region and is induced on the surface of the first semiconductor, the right side of equation (1) The third term becomes zero. In equation (1), φ GS + φ S is the impurity concentration N 1 of the first semiconductor
and the impurity concentration N 2 of the second semiconductor, the new value voltage V th
In order to reduce the dependence on N 1 and N 2 , the values of both N 1 and N 2 in the third and fourth terms on the right side of equation (1) should be chosen small (the storage type field effect transistor In the operating mode, the third term on the right side of equation (1) is zero, so there is no dependence of V th on N 1. Therefore, for the above purpose, only the value of N 2 needs to be chosen small.) However, N 1 may not be chosen to be small in order to prevent punch-through between the source and drain. Considering the above, it is meaningful to at least choose a small value for N 2 . In the present invention (1)
By designing the value of N 2 to be small enough that the fourth term on the right side of the equation does not affect the value of the gate threshold voltage, a configuration with excellent designability and reproducibility of the gate threshold voltage is achieved. In the present invention, the second semiconductor having such a value of N 2 is referred to as "low impurity concentration." In short, the gate threshold voltage of the field effect transistor of the present invention is not determined by the impurity concentration N2 of the second semiconductor, but is determined by the work function of the material constituting the second gate layer and the first impurity concentration N2 constituting the channel forming region. Difference in work function and impurity concentration of semiconductors
Can be designed with N1 . In particular, the channel forming region made of the first semiconductor is formed very thinly on a high resistance reverse conductivity type or insulating semiconductor substrate or an insulating substrate such as sapphire, or
If N 1 is small, the third term on the right side of equation (1) can be ignored, so the gate threshold voltage is determined by the difference φ GS between the work function of the material of the second gate layer and the work function of the first semiconductor in the channel forming region. It's decided. Alternatively, even when the operation mode of the field effect transistor is the charge accumulation type, the gate threshold voltage is
It is determined only by the work function of the layer material and the work function φ GS of the first semiconductor forming the channel. FIG. 4 shows a band diagram for a typical example of a combination of the first semiconductor and the second gate layer semiconductor or low resistance layer. Fourth
In each figure, the reference numeral 13, which has not been explained yet, is the first semiconductor layer constituting the channel forming region, t1t is the total thickness of this first semiconductor layer, and 14 is in the gate structure and constitutes the gate barrier layer. A first gate layer made of a second semiconductor; 15 a second gate layer made of a third semiconductor which is in the gate structure and effectively constitutes a gate electrode; 16 a lower end of the conduction band; 17 a Fermi level; At the upper end of the valence band, Table 1 shows what type of field effect transistor operation type can be obtained by the combinations of a, b, c, and d in FIG.
【表】
第1表は第1の半導体の伝導帯の有効状態密度
が1019/cm3前後と比較的大きいSi等の半導体につ
いての結果であり、1017cm3前後の状態密度を有す
るGaAs等の半導体については後の実施例で詳述
するように、第1表に示た例以外にも電界効果ト
ランジスタ動作の型がある。第1表の組合せ例か
ら、ゲート第2層の材料又は不純物の種類、濃度
の異なるトランジスタを同一チツプに作り込んで
ゲートしきい値電圧の異なるトランジスタを組合
わせた高性能集積回路を実現することができる。
例えば、b,dの組わせによつて、nチヤネル・
ノーマリ・オフ型をスイツチング・トランジスタ
として得て、さらにpチヤネル又はnチヤネル・
ノーマリ・オン型を負荷として、いわゆるE/D
型インバータを基本とするゲート、メモリなどの
集積回路を得ることができる。これにより、低電
力、高速ICを実現することができる。さらに詳
細に検討するとa,cの組合わせでも第1の半導
体を低不純物濃度とし、ゲート第2層である高不
純物半導体の仕事関数又は不純物濃度を規定値に
実現することによつて、丁度ゲートしきい値電圧
をわずかノーマリ・オフ側へ設計することができ
る。このような場合は動作速度を低下させること
なく電源電圧を著しく低減することができ、LSI
においては高速性を保つたまま集積度を大きくす
ることが可能となる。
勿論、上記組合せa,b,c,dの中からpチ
ヤネル・ノーマリ・オフ及びnチヤネル・ノーマ
リ・オフとなる第1の半導体とゲート第2層の組
合せを選択して、同一基板上に一対の電界効果ト
ランジスタによる相補型回路を集積することも可
能である。換言すれば、本発明の電界効果トラン
ジスタ構造であればこそ、必要に応じ、同一基板
上にこのような相補型回路を構築することも簡
単、確実になるのである。
一方、第1の半導体の上に第2の半導体(ゲー
ト第1層)がヘテロ・エピタキシヤル技術(気相
成長、高真空中での結晶成長等)によつて結晶構
造の連続性がよく成長された場合は特に界面準位
や表面散乱の影響が小さく、第1の半導体(チヤ
ネル形成領域)表面上に理想的な反転又は蓄積型
の誘起チヤネルを有する電界効果トランジスタを
得ることができる。
次に本発明の実施例として第1の半導体が化合
物半導体でチヤネルがn型である場合の電界効果
トランジスタの構成を第5図によつて詳細に述べ
る。
チヤネル形成領域を構成する第1の半導体であ
る半導体13は不純物濃度のn型あるいはp型
の、あるいは不純物添加のほとんどなされていな
い高純度のGaAs等の化合物半導体である。半導
体13は絶縁性の基板2上にある、半導体14は
半導体13よりもバンド・ギヤツプが大きくて半
導体13と良質のヘテロ接合を形成する半導体1
3とは別種の不純物濃度の小さい半導体である。
半導体14の厚さ半導体13と半導体15の間で
ドレイン・ソース電流より過大なトンネル電流が
流れない範囲であれば十分薄くすることができ
る。半導体14としては、半導体13がGaAsの
場合、一例としてGaxAl1-xAsが挙げられる。半
導体15は半導体13より高濃度に不純物添加さ
れたn+型でかつ半導体14よりバンド・ギヤツ
プが小さい半導体である。半導体13がGaAsの
場合半導体15の一例としてn+のGaAsが挙げら
れる。半導体15上の少なくとも一部にオーミツ
ク電極3″が設けてある。半導体14,15が一
緒になつてゲートを形成する。ソース・ドレイン
の各領域はそれぞれオーミツク電極3,3′、お
よびn4型で半導体13と同種の化合物半導体1
2,12′で形成される。半導体13がGaAs、
半導体14がGaxAl1-xAsの場合、半導体15は
勿論n形の高不純物濃度を有するInPで構成され
てもよい。InPの場合は、GaAsの場合とほぼ同
様に半導体14と結晶構造のほぼ連続した良好な
層を得ることができ、かつGaAsを用いたときよ
り更に不純物濃度を大として制御を容易にするこ
とができる。
次に、本実施例の電界効果トランジスタの動作
原理を第6図に依つて詳細に説明する。
第6図は半導体13としてn型GaAs、半導体
14として不純物濃度の小さいGa0.7Al0.3As、半
導体15としてn+形GaAsを用いた場合を示すも
のである。第6図aはソース4、ゲート8間に電
圧を加えない場合の、ゲート付近における、ソー
ス4・ドレイン5方向と直角な方向のバンド・ダ
イアグラムである。半導体14は半導体13,1
5よりバンド・ギヤツプが約0.36eV大きく、そ
のうち約0.3eVが伝導帯下端の差であり、残り
0.06eVが価電子帯上端の差である。したがつて、
急峻なヘテロ接合では伝導帯下端を表わす線16
は半導体14との界面でステツプ的に約0.3eVだ
け上がる。半導体13あるいは半導体15の中の
電子がこのステツプを越えて互いに他の領域に入
るためにはその方向の運動エネルギーを少なくと
も0.3eV持たねばならない。そのような電子の数
はトランジスタを低電圧で動作させる限り極めて
少数である。したがつて、ゲート電流は無視でき
る。また、半導体14中で不純物濃度が小さいの
で、半導体14中のキヤリアがエネルギーの低い
半導体13,15にこぼれ落ちた後のドナーある
いはアクセプタによる空間電荷は極めて少量であ
る。したがつて、半導体14は半導体13と半導
体15の間にあつてキヤリア分離の働きをする。
化合物半導体のうちGaAsのように伝導帯の有効
状態密度が1017cm-3程度である場合には半導体1
3中の半導体14との界面付近においては、第6
図aに示すように伝導帯下端16がフエルミレベ
ル17近くまで下がり弱い電子電荷の誘起が生ず
るが面電荷の量は少ない。この構造のトランジス
タのソース4・ゲート8間に正の電圧を加えるバ
ンド・ダイアグラムは第6図bのように変わる。
すなわち、伝導帯下端16は半導体13において
半導体14との界面付近でフエルミ・レベル17
以下に下がり、そこに強い電子電荷の誘起が生ず
る。その面電荷はゲート8に加える正の電圧とと
もに増加し、これがソース4・ドレイン8の間の
電流を運ぶ。本実施例の電界効果トランジスタ
は、バンド・ダイアグラムから明らかなように、
しきい値電圧は零近傍の値をもち、それは半導体
13,14,15の不純物濃度、厚さ等によつて
大く変わることはない。したがつて、本実施例の
電界効果トランジスタを用いれば均質な特性のノ
ーマリ・オフ型電界効果トランジスタを大面積に
わたつて容易に得ることができる。また、Gax
Al1-xAsとGaAsの界面はトラツプ等の少ない理
想的な界面であることが分つているので、界面付
近に誘起された電子は全てがソース4・ドレイン
5間の電流を運ぶのに役立つし、界面準位に起因
する雑音も、低温動作における異常な振舞いも甚
だ少ない。不純物濃度の少ないGaAs中の電子の
移動度は約8500cm2V-1S-1シリコン中の電子の移
動度の約5〜6倍にも達し、その分、低電圧動作
を可能にし、トランジスタのスイツチング時間を
小さくする。GaAs中の電子の移動度は低温にす
るとさらに高くなり、77Kで1×106cm2V-1S-1近
くまで上がる。したがつて、この構造のトランジ
スタは低温動作させれば、さらに飛躍的に性能が
向上する。上記の例では半導体13はn型であつ
たが、半導体13はp型であつても同等の動作が
得られるのは明らかである。第7図は、半導体1
3がp型の場合のバンド・ダイアグラムを示した
ものである。すなわち、不純物半導体14を薄く
すれば、伝導帯下端16は半導体13において半
導体14との界面付近でフエルミ・レベル17の
近くを離れることはない。この構造の電界効果ト
ランジスタのソース4・ゲート8間に正の電圧を
加えると伝導帯下端16は半導体13において半
導体14との界面付近でフエルミ・レベル17以
下に下がり、そこに電子電荷の誘起が生ずること
は第7図の場合と同じである。
第6図においては半導体13としてGaAs、半
導体14としてGa0.7Al0.3Asを例にとつたが、必
ずしもそれらの化合物半導体の組合わせに限るも
のではないことは明らかである。例えば、半導体
13としてGaAs、半導体14としてGaxAl1-xAs
の組合わせ、InSb−cdTe,GaxIn1-xAs−Inx
Al1-xAs,GaSb−ZnTe又はGaxAl1-xSb,InAs
−GaSb又はZnTe,In1-xGaxASyP1-y−InP等の
組合せがある。また、第5図中において実効ゲー
ト電極であるゲート第2層(第3半導体)15に
対し、オーミツク接触の採られている電極3″は、
図中では当該ゲート第2層15の全面上に付され
ているが、既に述べたように、本発明の場合、こ
の金属電極は単に外部回路との接続のためだけに
用いられるので、当該半導体層15の一部にのみ
付せば良い。そうすればゲート構造が簡単になる
し、換言すれば回路構築上、任意適当なる個所に
このオーミツク電極3″を付すことができるので、
設計の自由度も大いに高められる。
以上述べたように本発明は電界効果トランジス
タは要するに以下のような特有の効果をもつ。す
なわち、チヤネル形成領域を構成する第1の半導
体に接する第2の半導体(ゲートを構成する2層
のうち第1層)として、不純物濃度の低い半導体
を用いることによつて、電界効果トランジスタの
ゲートしきい値電圧が第2の半導体の不純物濃度
に依存しないようにすることができる。電界効果
トランジスタの型によつてはさらにゲートしきい
値電圧が第1の半導体とゲート第2層の材料の仕
事関数の差のみで与えられるように設計すること
ができるので、均質な特性の電界効果トランジス
タを大面積に亘つて製造することが容易になり、
大規模集積回路が容易に実現できるようになる。
さらに、第1の半導体と第2の半導体の間の界面
準位、トラツプ等の影響、および低温におけるキ
ヤリア・フリージング等の影響で電界効果トラン
ジスタの特性が悪くなることを避けることができ
る。この効果は特に第1の半導体が化合物半導体
である場合のように良質なMIS型構造が得られて
いない場合に顕著である。すなわち、本発明の電
界効果トランジスタを化合物半導体に適用するこ
とによつて、化合物半導体の電子の移動度が大き
いことを利用した極めて高速、低消費電力の均質
な電界効果トランジスタを得ることができる。
以上説明したように、本発明によるトランジス
タは、低消費電力の大規模集積回路を容易に得る
ことを可能とし、高速電子計算機、高速通信用電
子装置の技術分野に貢献するところ極めて大なる
ものである。[Table] Table 1 shows the results for semiconductors such as Si, which have a relatively large effective density of states in the conduction band of the first semiconductor, around 10 19 /cm 3 , and GaAs, which has a density of states around 10 17 cm 3 . Regarding semiconductors such as the above, there are other types of field effect transistor operation in addition to the examples shown in Table 1, as will be explained in detail in later examples. From the combination examples in Table 1, it is possible to realize a high-performance integrated circuit that combines transistors with different gate threshold voltages by fabricating transistors with different gate second layer materials or impurity types and concentrations on the same chip. Can be done.
For example, depending on the combination of b and d,
Normally-off type switching transistors can be used as switching transistors, and p-channel or n-channel transistors can also be used.
So-called E/D with a normally-on type as a load
It is possible to obtain integrated circuits such as gates and memories based on type inverters. This makes it possible to realize low-power, high-speed ICs. Looking more closely, even in the combination of a and c, by making the first semiconductor a low impurity concentration and realizing the work function or impurity concentration of the high impurity semiconductor that is the second gate layer to a specified value, it is possible to The threshold voltage can be designed to be slightly on the normally off side. In such cases, the power supply voltage can be significantly reduced without reducing the operating speed, and the LSI
In this case, it is possible to increase the degree of integration while maintaining high speed. Of course, from among the above combinations a, b, c, and d, combinations of the first semiconductor and the gate second layer that are p-channel normally off and n-channel normally off are selected, and a pair of them are placed on the same substrate. It is also possible to integrate complementary circuits using field effect transistors. In other words, the field effect transistor structure of the present invention makes it easy and reliable to construct such a complementary circuit on the same substrate, if necessary. On the other hand, a second semiconductor (first gate layer) is grown on top of the first semiconductor by heteroepitaxial technology (vapor phase growth, crystal growth in high vacuum, etc.) with good continuity of crystal structure. In this case, the influence of interface states and surface scattering is particularly small, and a field effect transistor having an ideal inversion or accumulation type induced channel on the surface of the first semiconductor (channel forming region) can be obtained. Next, as an example of the present invention, the structure of a field effect transistor in which the first semiconductor is a compound semiconductor and the channel is n-type will be described in detail with reference to FIG. The semiconductor 13, which is the first semiconductor constituting the channel forming region, is an n-type or p-type impurity-concentrated compound semiconductor, or a high-purity compound semiconductor such as GaAs with almost no impurity addition. A semiconductor 13 is on an insulating substrate 2. A semiconductor 14 has a larger band gap than the semiconductor 13 and forms a high-quality heterojunction with the semiconductor 13.
3 is a different type of semiconductor with a low impurity concentration.
The thickness of the semiconductor 14 can be made sufficiently thin as long as a tunnel current larger than the drain-source current does not flow between the semiconductor 13 and the semiconductor 15. When the semiconductor 13 is GaAs, an example of the semiconductor 14 is Ga x Al 1-x As. The semiconductor 15 is an n + type semiconductor doped with impurities at a higher concentration than the semiconductor 13, and has a smaller band gap than the semiconductor 14. When the semiconductor 13 is GaAs, an example of the semiconductor 15 is n + GaAs. An ohmic electrode 3'' is provided on at least a portion of the semiconductor 15.The semiconductors 14 and 15 together form a gate.Each source and drain region is provided with an ohmic electrode 3, 3' and an n4 type. Compound semiconductor 1 of the same type as semiconductor 13
2,12'. Semiconductor 13 is GaAs,
When the semiconductor 14 is Ga x Al 1-x As, the semiconductor 15 may of course be made of InP having a high n-type impurity concentration. In the case of InP, it is possible to obtain a good layer with a nearly continuous crystal structure with the semiconductor 14, as in the case of GaAs, and it is also possible to increase the impurity concentration to make it easier to control than when using GaAs. can. Next, the principle of operation of the field effect transistor of this embodiment will be explained in detail with reference to FIG. FIG. 6 shows a case where n-type GaAs is used as the semiconductor 13, Ga 0.7 Al 0.3 As with a small impurity concentration is used as the semiconductor 14, and n + type GaAs is used as the semiconductor 15. FIG. 6a is a band diagram near the gate in a direction perpendicular to the source 4/drain 5 direction when no voltage is applied between the source 4 and gate 8. Semiconductor 14 is semiconductor 13,1
The band gap is about 0.36 eV larger than that of 5, of which about 0.3 eV is the difference at the bottom of the conduction band, and the rest is
0.06eV is the difference at the top of the valence band. Therefore,
In a steep heterojunction, line 16 represents the lower end of the conduction band.
increases stepwise by about 0.3 eV at the interface with the semiconductor 14. In order for electrons in semiconductor 13 or semiconductor 15 to cross this step and enter into other regions, they must have a kinetic energy of at least 0.3 eV in that direction. The number of such electrons is extremely small as long as the transistor is operated at low voltage. Therefore, the gate current can be ignored. Further, since the impurity concentration in the semiconductor 14 is low, the amount of space charge generated by donors or acceptors after the carriers in the semiconductor 14 spill over to the semiconductors 13 and 15 with low energy is extremely small. Therefore, the semiconductor 14 is located between the semiconductor 13 and the semiconductor 15 and functions to separate carriers.
Among compound semiconductors, when the effective density of states in the conduction band is about 10 17 cm -3 , such as GaAs, the semiconductor 1
In the vicinity of the interface with the semiconductor 14 in 3, the 6th
As shown in Figure a, the conduction band lower end 16 drops to near the Fermi level 17, and weak electron charges are induced, but the amount of surface charges is small. When a positive voltage is applied between the source 4 and gate 8 of the transistor of this structure, the band diagram changes as shown in FIG. 6b.
That is, the conduction band lower end 16 is at the Fermi level 17 in the semiconductor 13 near the interface with the semiconductor 14.
and a strong electron charge is induced there. Its surface charge increases with the positive voltage applied to the gate 8, which carries the current between the source 4 and drain 8. As is clear from the band diagram, the field effect transistor of this example has the following characteristics:
The threshold voltage has a value near zero, and it does not change much depending on the impurity concentration, thickness, etc. of the semiconductors 13, 14, 15. Therefore, by using the field effect transistor of this embodiment, a normally-off type field effect transistor with uniform characteristics can be easily obtained over a large area. Also, Ga x
It is known that the interface between Al 1-x As and GaAs is an ideal interface with few traps, so all the electrons induced near the interface serve to carry the current between source 4 and drain 5. However, noise caused by interface states and abnormal behavior during low-temperature operation are extremely low. The mobility of electrons in GaAs, which has a low impurity concentration, is approximately 5 to 6 times that of electrons in silicon, which is approximately 8500 cm 2 V -1 S -1 . Reduce switching time. The mobility of electrons in GaAs increases further at lower temperatures, reaching nearly 1×10 6 cm 2 V -1 S -1 at 77K. Therefore, if a transistor with this structure is operated at a low temperature, its performance will be further improved dramatically. In the above example, the semiconductor 13 was of the n-type, but it is clear that the same operation can be obtained even if the semiconductor 13 is of the p-type. FIG. 7 shows the semiconductor 1
3 shows a band diagram in the case of p-type. That is, if the impurity semiconductor 14 is made thin, the conduction band lower end 16 will not leave the vicinity of the Fermi level 17 in the semiconductor 13 near the interface with the semiconductor 14. When a positive voltage is applied between the source 4 and gate 8 of a field effect transistor with this structure, the conduction band lower end 16 drops below the Fermi level 17 in the semiconductor 13 near the interface with the semiconductor 14, and electron charges are induced there. What happens is the same as in FIG. In FIG. 6, GaAs is used as the semiconductor 13 and Ga 0.7 Al 0.3 As is used as the semiconductor 14, but it is clear that the combination is not necessarily limited to these compound semiconductors. For example, the semiconductor 13 is GaAs, and the semiconductor 14 is Ga x Al 1-x As.
combination, InSb−cdTe, Ga x In 1-x As−In x
Al 1-x As, GaSb-ZnTe or Ga x Al 1-x Sb, InAs
There are combinations such as -GaSb or ZnTe, In 1-x Ga x AS y P 1-y -InP, etc. Further, in FIG. 5, the electrode 3'' which is in ohmic contact with the gate second layer (third semiconductor) 15, which is the effective gate electrode, is
In the figure, the metal electrode is attached on the entire surface of the second gate layer 15, but as already mentioned, in the case of the present invention, this metal electrode is used only for connection with an external circuit, so It is sufficient to apply it only to a part of the layer 15. This will simplify the gate structure, and in other words, the ohmic electrode 3'' can be attached to any suitable location in terms of circuit construction.
The degree of freedom in design is also greatly increased. As described above, the field effect transistor of the present invention has the following unique effects. That is, by using a semiconductor with a low impurity concentration as the second semiconductor (the first layer of the two layers constituting the gate) that is in contact with the first semiconductor constituting the channel formation region, the gate of the field effect transistor is The threshold voltage can be made independent of the impurity concentration of the second semiconductor. Depending on the type of field effect transistor, it is possible to design the gate threshold voltage to be given only by the difference in work function between the materials of the first semiconductor and the second gate layer, so that an electric field with homogeneous characteristics can be achieved. It becomes easier to manufacture effect transistors over a large area,
Large-scale integrated circuits can be easily realized.
Furthermore, it is possible to avoid deterioration in the characteristics of the field effect transistor due to the influence of interface states between the first semiconductor and the second semiconductor, traps, etc., and the influence of carrier freezing at low temperatures. This effect is particularly noticeable when a high-quality MIS type structure is not obtained, such as when the first semiconductor is a compound semiconductor. That is, by applying the field effect transistor of the present invention to a compound semiconductor, it is possible to obtain an extremely high speed, low power consumption, homogeneous field effect transistor that takes advantage of the high electron mobility of the compound semiconductor. As explained above, the transistor according to the present invention makes it possible to easily obtain large-scale integrated circuits with low power consumption, and makes an extremely large contribution to the technical field of high-speed electronic computers and electronic devices for high-speed communication. be.
第1,2,3図は従来技術による電界効果トラ
ンジスタの構成略図、第4図は本発明の各種組合
わせによる電界効果トランジスタのエネルギー・
バンド図、第5図は本発明の電界効果トランジス
タの実施例の構造略図、第6〜7図は実施例の動
作原理図である。
図中、1はn型半導体、2は絶縁性基板、3,
3′,3″はオーミツク電極、4はソース、5はド
レイン、7は電子空乏層、8はゲート、9はp型
半導体、10は絶縁体、11はp型半導体、12
はn+型半導体、13は半導体、14は不純物濃
度の小さい半導体、15は不純物濃度の大きい半
導体、16は伝導帯下端、17はフエルミ・レベ
ル、18は価電子帯上端、19は低抵抗層であ
る。
1, 2, and 3 are schematic diagrams of the configuration of field effect transistors according to the prior art, and FIG.
The band diagram, FIG. 5 is a schematic structural diagram of an embodiment of the field effect transistor of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are diagrams of the operating principle of the embodiment. In the figure, 1 is an n-type semiconductor, 2 is an insulating substrate, 3,
3', 3'' are ohmic electrodes, 4 is a source, 5 is a drain, 7 is an electron depletion layer, 8 is a gate, 9 is a p-type semiconductor, 10 is an insulator, 11 is a p-type semiconductor, 12
is an n + type semiconductor, 13 is a semiconductor, 14 is a semiconductor with low impurity concentration, 15 is a semiconductor with high impurity concentration, 16 is the lower end of the conduction band, 17 is the Fermi level, 18 is the upper end of the valence band, and 19 is the low resistance layer. It is.
Claims (1)
ン領域に接して設けられた第1の半導体から成る
チヤネル形成領域と、該チヤネル領域上に設けら
れた2層の積層構造から成るゲート構造とを有
し; 前記ゲート構造の中、前記チヤネル形成領域に
接する第1層は、前記第1の半導体よりバンド・
ギヤツプが広く、不純物濃度は小さい第2の半導
体であり; 一方、この第1層上に積層形成される第2層
は、該第1層よりバンド・ギヤツプが狭く、か
つ、前記第1の半導体より不純物濃度が大きい第
3の半導体であつて; 該ゲート構造中の該第2層が実効的なゲート電
極を、また前記第1層が該ゲート電極と上記チヤ
ネルとの間のキヤリア分離を計るためのバリア層
を構成すること; を特徴とする電界効果トランジスタ。 2 ゲート構造中の第2層を構成する第3の半導
体が、チヤネル形成領域を構成する第1の半導体
と同種の半導体であること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 3 第1の半導体はGaAs、ゲート構造中の第1
層を構成する第2の半導体はGaxAl1-xAsもしく
はZnSeであること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 4 第1の半導体はSi、ゲート構造中の第1層を
構成する第2の半導体はGaPであること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 5 第1の半導体はInSb、ゲート構造中の第1
層を構成する第2の半導体はGdTeであること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 6 第1の半導体はGaxIn1-xAs、ゲート構造中
の第1層を構成する第2の半導体はInxAl1-xAsで
あること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 7 第1の半導体はGaSb、ゲート構造中の第1
層を構成する第2の半導体はGaxAl1-xSbもしく
はZnTeであること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 8 第1の半導体はInAs、ゲート構造中の第1
層を構成する第2の半導体はGaSbもしくはZnTe
であること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。 9 第1の半導体はIn1-xGaxAsyP1-y、ゲート構
造中の第1層を構成する第2の半導体はInPであ
ること; を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電界効
果トランジスタ。[Claims] 1 Consisting of a source/drain region, a channel forming region made of a first semiconductor provided in contact with the source/drain region, and a two-layer stacked structure provided on the channel region a gate structure; in the gate structure, a first layer in contact with the channel forming region has a band width smaller than that of the first semiconductor;
A second semiconductor with a wide gap and a low impurity concentration; On the other hand, a second layer laminated on the first layer has a band gap narrower than that of the first layer and a second semiconductor with a lower impurity concentration. a third semiconductor having a higher impurity concentration; the second layer in the gate structure serves as an effective gate electrode, and the first layer provides carrier separation between the gate electrode and the channel; A field effect transistor characterized by: configuring a barrier layer for; 2. The field effect according to claim 1, characterized in that the third semiconductor constituting the second layer in the gate structure is the same type of semiconductor as the first semiconductor constituting the channel forming region. transistor. 3 The first semiconductor is GaAs, the first semiconductor in the gate structure
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second semiconductor constituting the layer is Ga x Al 1-x As or ZnSe. 4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first semiconductor is Si, and the second semiconductor forming the first layer in the gate structure is GaP. 5 The first semiconductor is InSb, the first semiconductor in the gate structure
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second semiconductor constituting the layer is GdTe. 6. The first semiconductor is Ga x In 1-x As, and the second semiconductor forming the first layer in the gate structure is In x Al 1-x As. The field effect transistor described in Section 1. 7 The first semiconductor is GaSb, the first semiconductor in the gate structure
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second semiconductor constituting the layer is Ga x Al 1-x Sb or ZnTe. 8 The first semiconductor is InAs, the first semiconductor in the gate structure
The second semiconductor forming the layer is GaSb or ZnTe
The field effect transistor according to claim 1, characterized in that: 9. Claim 1, characterized in that the first semiconductor is In 1-x Ga x As y P 1-y and the second semiconductor forming the first layer in the gate structure is InP. Field effect transistor as described.
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-
1982
- 1982-01-09 JP JP57002120A patent/JPS58119671A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58119671A (en) | 1983-07-16 |
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