JPH03288446A - ２次元電子ガス電界効果トランジスタ - Google Patents
２次元電子ガス電界効果トランジスタInfo
- Publication number
- JPH03288446A JPH03288446A JP9060290A JP9060290A JPH03288446A JP H03288446 A JPH03288446 A JP H03288446A JP 9060290 A JP9060290 A JP 9060290A JP 9060290 A JP9060290 A JP 9060290A JP H03288446 A JPH03288446 A JP H03288446A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- channel layer
- layer
- transistor
- gasb
- effect transistor
- 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
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 abstract description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
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。
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〕
本発明はへテロ構造を有する２次元電子ガス電界効果ト
ランジスタに間し、特にそのチャネル層の材料の組成に
関するものである。
ランジスタに間し、特にそのチャネル層の材料の組成に
関するものである。
従来の２次元電子ガス電界効果トランジスタはその材料
として、Ｓｉ基板を用いる場合、チャネル層はｐ型Ｓｉ
であり、その上にＳｉＯ□の絶縁膜を成長し、さらにそ
の上にゲート金属をつけ、ゲート電圧により絶縁膜とＳ
ｉとの界面に２次元電子を誘起し、この電子濃度を制御
することによりトランジスタ特性を得ていた。
として、Ｓｉ基板を用いる場合、チャネル層はｐ型Ｓｉ
であり、その上にＳｉＯ□の絶縁膜を成長し、さらにそ
の上にゲート金属をつけ、ゲート電圧により絶縁膜とＳ
ｉとの界面に２次元電子を誘起し、この電子濃度を制御
することによりトランジスタ特性を得ていた。
また、■−Ｖ族化合物半導体を用いる場合、例えば三村
等がジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
イジクス、第１９巻（１９８０年）Ｌ２２５ページに示
したように、基板としてＧａＡｓを用いる場合、チャネ
ル層はＧａＡｓであり、その上にｎ型Ａ１１ＧａＡｓを
成長し、さらにその上にゲート金属を形成し、ゲート電
圧でＧａＡｓとＡｊｌＧａＡｓとの界面にできた２次元
電子濃度を制御していた。
等がジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
イジクス、第１９巻（１９８０年）Ｌ２２５ページに示
したように、基板としてＧａＡｓを用いる場合、チャネ
ル層はＧａＡｓであり、その上にｎ型Ａ１１ＧａＡｓを
成長し、さらにその上にゲート金属を形成し、ゲート電
圧でＧａＡｓとＡｊｌＧａＡｓとの界面にできた２次元
電子濃度を制御していた。
他の■−Ｖ族化合物半導体では、チャネル層にＩｎＰ、
ＩｎＰに格子整合するＩ ｎＧａＡｓ、ＧａＳｂなどが
考えられる。チャネル層に用いることが可能な材料はこ
のように種々のものが考えられるが、これらのなかでど
の材料を選択するかが重要な問題である。トランジスラ
特性の指標となるものにチャネル層を走る電子の速度が
あり、これがもっとも大きいものを用いれば、特性の良
いトランジスタができる。この電子速度という観点から
みると、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、１ＮＧａＡｓ、Ｇａ
Ｓｂの順で電子速度は大きくなる。従って、ＧａＳｂを
チャネル層として用いるトランジスタが最も良い特性を
与えると考えられる。
ＩｎＰに格子整合するＩ ｎＧａＡｓ、ＧａＳｂなどが
考えられる。チャネル層に用いることが可能な材料はこ
のように種々のものが考えられるが、これらのなかでど
の材料を選択するかが重要な問題である。トランジスラ
特性の指標となるものにチャネル層を走る電子の速度が
あり、これがもっとも大きいものを用いれば、特性の良
いトランジスタができる。この電子速度という観点から
みると、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、１ＮＧａＡｓ、Ｇａ
Ｓｂの順で電子速度は大きくなる。従って、ＧａＳｂを
チャネル層として用いるトランジスタが最も良い特性を
与えると考えられる。
従来の２次元電子ガス電界効果トランジスタでは、Ｇａ
Ｓｂをチャネル層として用いるトランジスタが最も良い
特性を与えると考えられていた。
Ｓｂをチャネル層として用いるトランジスタが最も良い
特性を与えると考えられていた。
しかし、ＧａＳｂの問題点として、その１点とＬ点との
バンドエネルギーの差が０．０９ ｅ Ｖと小さいため
、室温では電子が速度の遅いＬ点に励起されてしまうた
め、たとえ１点の電子の速度が大きくても、１点とＬ点
の全電子の平均速度は小さくなってしまうという問題が
ある。Ｌ点への電子の励起を防ぐためには、液体窒素温
度などの低温でこのＧａＳｂをチャネル層とするトラン
ジスタを動作する必要があった。このため、低温設備等
が必要となり、これは使い易いものではなかった。
バンドエネルギーの差が０．０９ ｅ Ｖと小さいため
、室温では電子が速度の遅いＬ点に励起されてしまうた
め、たとえ１点の電子の速度が大きくても、１点とＬ点
の全電子の平均速度は小さくなってしまうという問題が
ある。Ｌ点への電子の励起を防ぐためには、液体窒素温
度などの低温でこのＧａＳｂをチャネル層とするトラン
ジスタを動作する必要があった。このため、低温設備等
が必要となり、これは使い易いものではなかった。
本発明の目的は、このような問題点を解決し、室温で使
用でき、かつ、チャネル層の電子の速度がＧａＳｂの１
点の電子の速度より大きな２次元電子ガス電界効果トラ
ンジスタを提供することにある。
用でき、かつ、チャネル層の電子の速度がＧａＳｂの１
点の電子の速度より大きな２次元電子ガス電界効果トラ
ンジスタを提供することにある。
本発明の２次元電子ガス電界効果トランジスタは、Ｇａ
Ｓｂを基板に用い、チャネル層の材料としてＸが０．０
５から０．２の範囲のＩｎｘＧａ１−ｘ５ｂを用いてい
る。
Ｓｂを基板に用い、チャネル層の材料としてＸが０．０
５から０．２の範囲のＩｎｘＧａ１−ｘ５ｂを用いてい
る。
本発明による材料をチャネル層として電界効果トランジ
スタに用いた場合の基板との格子整合性および電子の移
動度に関して、第１表を用いて説明する。
スタに用いた場合の基板との格子整合性および電子の移
動度に関して、第１表を用いて説明する。
第１表において、１は格子定数、Ｅ、はバンドギャップ
、△Ｅｒ−，は「点、Ｌ点のエネルギー差である。
、△Ｅｒ−，は「点、Ｌ点のエネルギー差である。
第１表
まず、基板との格子整合性について述べる。Ｘの値が本
発明の範囲であれば、基板のＧａＳｂとチャネル層のＩ
ｎ）＜ Ｇａ１−ｘ Ｓｂとの格子不整合は、Ｘ ＝
０．２のときが最大で約１．２％程度と小さな値であ
る。Ｘがこの値より小さいときには格子不整合はさらに
小さくなる。この程度の格子不整合では、チャネル層と
して必要な厚さ（約２００人）を成長する場合に格子欠
陥を導入せずに成長することができる。そのため、トラ
ンジスタを作製した場合、格子不整合による素子の劣化
等は起らない、格子不整合については以上述べたように
問題はない。
発明の範囲であれば、基板のＧａＳｂとチャネル層のＩ
ｎ）＜ Ｇａ１−ｘ Ｓｂとの格子不整合は、Ｘ ＝
０．２のときが最大で約１．２％程度と小さな値であ
る。Ｘがこの値より小さいときには格子不整合はさらに
小さくなる。この程度の格子不整合では、チャネル層と
して必要な厚さ（約２００人）を成長する場合に格子欠
陥を導入せずに成長することができる。そのため、トラ
ンジスタを作製した場合、格子不整合による素子の劣化
等は起らない、格子不整合については以上述べたように
問題はない。
しかし、Ｘの値が０．２より大きくなると、格子不整合
により誘起される格子欠陥の発生が急増するため、Ｘの
値の上限としては０．２が適当である。
により誘起される格子欠陥の発生が急増するため、Ｘの
値の上限としては０．２が適当である。
次に、電子の移動度について述べる。第１表かられかる
ように、「、Ｌ点のエネルギー差はＧａ３ｂでわずかに
０．０９ ｅ Ｖ Ｌかないが、Ｘ ＝ ０．１では０
．２５ｅＶ、Ｘ＝０．２では０．４１ｅＶと大きな値を
持つ。このためＧａＳｂでは室温でＬ点への電子の熱励
起がかなりあるが、Ｘ ＝ ０．１では室温におけるＬ
点への電子の熱励起はほとんどない。Ｘ ＝ ０．２で
はさらに少なくなる。
ように、「、Ｌ点のエネルギー差はＧａ３ｂでわずかに
０．０９ ｅ Ｖ Ｌかないが、Ｘ ＝ ０．１では０
．２５ｅＶ、Ｘ＝０．２では０．４１ｅＶと大きな値を
持つ。このためＧａＳｂでは室温でＬ点への電子の熱励
起がかなりあるが、Ｘ ＝ ０．１では室温におけるＬ
点への電子の熱励起はほとんどない。Ｘ ＝ ０．２で
はさらに少なくなる。
なお、第１表には示さなかったが、Ｘ ＝ ０．０５の
ときには「、Ｌ点のエネルギー差は０．１７ ｅ Ｖと
なり、この値ではまだＬ点への電子の熱励起は小さいが
、エネルギー差がさらに小さくなるに従ってＬ点への電
子の熱励起を無視できなくなる。
ときには「、Ｌ点のエネルギー差は０．１７ ｅ Ｖと
なり、この値ではまだＬ点への電子の熱励起は小さいが
、エネルギー差がさらに小さくなるに従ってＬ点への電
子の熱励起を無視できなくなる。
このようなことから、Ｘの値の下限は０．０５となる。
次に、電子移動度の具体的な比較を行なう。
まず、Ｘ＝Ｏ（すたわちＧａ３ｂ）の場合、１×１０１
８ｃ ｍ””のＴｅをドープしたＧａＳｂでは、電子の
速度の小さいＬ点への熱励起を反映し、室温での電子移
動度は３２００ｃｍ”／Ｖｓと小さな値となる。しかし
、Ｘ ＝ ０．１ではｌＸ１１Ｘ１０１８’のＴｅのド
ープに対し、室温での電子移動度は５０００ｃｍ２／Ｖ
ｓとなり、Ｘ ＝ ０．２では６０００ｃｍ２／Ｖｓと
大きな値となる。このため、チャネル層に前者のＧａＳ
ｂを用いた場合と後者のＩ ｎｘ Ｇａ１−ｘＳｂを用
いた場合では、キャリアーの速度に１．５〜２倍程度の
差ができることになる。この速度の差が電界効果トラン
ジスタの動作速度に大きく影響することになり、本発明
の材料を用いれば、トランスコンダクタンスはＧａＳｂ
に比較して１．５〜２倍の値を得ることができる。トラ
ンジスタの速度も同じ＜１．５〜２倍のものができる。
８ｃ ｍ””のＴｅをドープしたＧａＳｂでは、電子の
速度の小さいＬ点への熱励起を反映し、室温での電子移
動度は３２００ｃｍ”／Ｖｓと小さな値となる。しかし
、Ｘ ＝ ０．１ではｌＸ１１Ｘ１０１８’のＴｅのド
ープに対し、室温での電子移動度は５０００ｃｍ２／Ｖ
ｓとなり、Ｘ ＝ ０．２では６０００ｃｍ２／Ｖｓと
大きな値となる。このため、チャネル層に前者のＧａＳ
ｂを用いた場合と後者のＩ ｎｘ Ｇａ１−ｘＳｂを用
いた場合では、キャリアーの速度に１．５〜２倍程度の
差ができることになる。この速度の差が電界効果トラン
ジスタの動作速度に大きく影響することになり、本発明
の材料を用いれば、トランスコンダクタンスはＧａＳｂ
に比較して１．５〜２倍の値を得ることができる。トラ
ンジスタの速度も同じ＜１．５〜２倍のものができる。
次に本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を説明するための図であり、
チャネル層としてＸの値が０．１のＩｎｘＧａｔ−ｘＳ
ｂを用いた場合のトランジスタの層構造を示す断面模式
図である。
チャネル層としてＸの値が０．１のＩｎｘＧａｔ−ｘＳ
ｂを用いた場合のトランジスタの層構造を示す断面模式
図である。
本実施例においては、基板５としてｐ型のＧａ３ｂを用
い、その上に基板５との電気的分離のための３０００人
のｋＡ□、ｇ Ｇａｏ、５ Ｓｂからなる電気的分離層
４，２００人のＩ ｎｏ、Ｉ Ｇａ（、、ｇｓｂからな
るトランジスタのチャネル層３．５０人のＡＪ（、，３
Ｇａｏ、７ ｓｂからなるスペーサー層２、厚さ５００
人のｌＸ１０１８ｃｍ’のＴｅをドープしたｎ−Ａｊｔ
（１，３Ｇａ（、，７ｓｂからなる電子供給層１等を順
次成長して層構造を形成する。これらの成長は例えば分
子線エピタキシャル装置によって行なうことが可能であ
る。
い、その上に基板５との電気的分離のための３０００人
のｋＡ□、ｇ Ｇａｏ、５ Ｓｂからなる電気的分離層
４，２００人のＩ ｎｏ、Ｉ Ｇａ（、、ｇｓｂからな
るトランジスタのチャネル層３．５０人のＡＪ（、，３
Ｇａｏ、７ ｓｂからなるスペーサー層２、厚さ５００
人のｌＸ１０１８ｃｍ’のＴｅをドープしたｎ−Ａｊｔ
（１，３Ｇａ（、，７ｓｂからなる電子供給層１等を順
次成長して層構造を形成する。これらの成長は例えば分
子線エピタキシャル装置によって行なうことが可能であ
る。
ここでは電子供給層１にｎ−Ａ Ｊ２０．３ Ｇ ａＯ
，７ｓｂを用いているため、チャネル層３のＩｎｏ、ｔ
Ｇａｏ、ｇＳｂとのバンドエネルギー不連続は約０、３
３ ｅ Ｖあり、この不連続により電子供給層１中の電
子はチャネル層３に移動し、チャネル層３とこの層に隣
接するＡｊ！（１，３ｃａＱ、７ ｓｂ層とのへテロ接
合界面のチャネル層側に２次元電子ガスが形成される。
，７ｓｂを用いているため、チャネル層３のＩｎｏ、ｔ
Ｇａｏ、ｇＳｂとのバンドエネルギー不連続は約０、３
３ ｅ Ｖあり、この不連続により電子供給層１中の電
子はチャネル層３に移動し、チャネル層３とこの層に隣
接するＡｊ！（１，３ｃａＱ、７ ｓｂ層とのへテロ接
合界面のチャネル層側に２次元電子ガスが形成される。
トランジスタとして作製するには、この層構造を形成し
た後、ソース、ドレイン電極としてＡｕＧ ｅ ／ Ａ
ｕをつけてアロイし、その後ゲート電極を形成する。
た後、ソース、ドレイン電極としてＡｕＧ ｅ ／ Ａ
ｕをつけてアロイし、その後ゲート電極を形成する。
なお、電子供給層１の組成として本実施例ではＡＪ（、
，３ｅａＱ、７ ｓｂを用いたが、ＡＡ組成が例えば０
．４という本実施例と異なるものでもよい。
，３ｅａＱ、７ ｓｂを用いたが、ＡＡ組成が例えば０
．４という本実施例と異なるものでもよい。
本実施例の変調ドープ構造では、室温におけるチャネル
層での電子移動度は約１４０００ｃｍ２／ Ｖ ｓとな
り、チャネル層にＧａＳｂを用いたときの約１．５倍程
度の大きな値を示し、本実施例によるトランジスタの動
作速度も約１．５倍程度高速になる。
層での電子移動度は約１４０００ｃｍ２／ Ｖ ｓとな
り、チャネル層にＧａＳｂを用いたときの約１．５倍程
度の大きな値を示し、本実施例によるトランジスタの動
作速度も約１．５倍程度高速になる。
また、チャネル層材料にＸの値が本発明の範囲の他の値
のＩ ｎＸＧａ□−ｘＳｂを用いた場合にもトランジス
タの動作速度は大幅に改善される。
のＩ ｎＸＧａ□−ｘＳｂを用いた場合にもトランジス
タの動作速度は大幅に改善される。
なお、「作用」の項でのチャネル層はＴｅをドープした
が、本実施例におけるチャネル層３はトランジスタ構造
におけるチャネル層であるためノンドープである。この
ことからも、「作用」の項でのチャネル層における電子
移動度と本実施例におけるトランジスタとしての電子移
動度は別のものを現している。
が、本実施例におけるチャネル層３はトランジスタ構造
におけるチャネル層であるためノンドープである。この
ことからも、「作用」の項でのチャネル層における電子
移動度と本実施例におけるトランジスタとしての電子移
動度は別のものを現している。
以上説明したように本発明の２次元電子ガス電界効果ト
ランジスタは、ｎチャネル電界効果トランジスタにおい
て、チャネル層の材料としてＸが０．０５から０．２の
範囲のＩ ｎｘ Ｇａ１−ｘ ｓｂを用いることにより
、トランジスタは最高で２倍程度高速に動作させること
ができた。
ランジスタは、ｎチャネル電界効果トランジスタにおい
て、チャネル層の材料としてＸが０．０５から０．２の
範囲のＩ ｎｘ Ｇａ１−ｘ ｓｂを用いることにより
、トランジスタは最高で２倍程度高速に動作させること
ができた。
第１図は本発明の一実施例を説明するための断面模式図
である。 １・・・電子供給層、２・・・スペーサー層、３・・・
チャネル層、４・・・電気的分離層、５・・・基板。
である。 １・・・電子供給層、２・・・スペーサー層、３・・・
チャネル層、４・・・電気的分離層、５・・・基板。
Claims (1)
- ＧａＳｂを基板に用いるｎチャネル電界効果トランジ
スタにおいて、チャネル層の材料としてＸが０．０５か
ら０．２の範囲のＩｎ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＳｂを用い
ることを特徴とする２次元電子ガス電界効果トランジス
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060290A JPH03288446A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | ２次元電子ガス電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060290A JPH03288446A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | ２次元電子ガス電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03288446A true JPH03288446A (ja) | 1991-12-18 |
Family
ID=14003021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9060290A Pending JPH03288446A (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | ２次元電子ガス電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03288446A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0565054A3 (en) * | 1992-04-09 | 1994-07-27 | Hughes Aircraft Co | N-type antimony-based strained layer superlattice and fabrication method |
| JP2016157747A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP9060290A patent/JPH03288446A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0565054A3 (en) * | 1992-04-09 | 1994-07-27 | Hughes Aircraft Co | N-type antimony-based strained layer superlattice and fabrication method |
| US5489549A (en) * | 1992-04-09 | 1996-02-06 | Hughes Aircraft Company | Method of fabricating n-type antimony-based strained layer superlattice |
| JP2016157747A (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2528537B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP3369464B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP3458349B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2919581B2 (ja) | 速度変調トランジスタ | |
| JP2689057B2 (ja) | 静電誘導型半導体装置 | |
| JPS6265472A (ja) | Ｍｉｓ型半導体素子 | |
| JPH0261151B2 (ja) | ||
| JP2804041B2 (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
| JPH03288446A (ja) | ２次元電子ガス電界効果トランジスタ | |
| Zawawi et al. | Design and fabrication of low power GaAs/AlAs resonant tunneling diodes | |
| JP3447438B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| US4689646A (en) | Depletion mode two-dimensional electron gas field effect transistor and the method for manufacturing the same | |
| JPH03224243A (ja) | 速度変調トランジスタ | |
| JPS60149169A (ja) | 電界効果型半導体装置 | |
| JP3414262B2 (ja) | 化合物半導体エピタキシャルウェハ及び化合物半導体装置 | |
| JP3158467B2 (ja) | ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓヘテロ接合構造電界効果トランジスタ | |
| JP3054216B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPS6012773A (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| JP2917719B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JP2621854B2 (ja) | 高移動度トランジスタ | |
| JPH0620142B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPS62291974A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS61248569A (ja) | ヘテロ接合電界効果トランジスタ | |
| JP2680812B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPS63188972A (ja) | 電界効果トランジスタ |