JPH0797637B2 - ヘテロ構造電界効果トランジスタ - Google Patents
ヘテロ構造電界効果トランジスタInfo
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- JPH0797637B2 JPH0797637B2 JP62283426A JP28342687A JPH0797637B2 JP H0797637 B2 JPH0797637 B2 JP H0797637B2 JP 62283426 A JP62283426 A JP 62283426A JP 28342687 A JP28342687 A JP 28342687A JP H0797637 B2 JPH0797637 B2 JP H0797637B2
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はゲルマニウムを能動層とするヘテロ接合電界効
果トランジスタに関する。
果トランジスタに関する。
砒化ガリウムはシリコンに比べ電子移動度が４〜５倍大
きいため、砒化ガリウムを能動層とする種々の電界効果
トランジスタが高速および高周波用トランジスタとして
使用されている。この中には例えばショットキ・ゲート
構造電界効果トランジスタ（MESFET）、選択ドープ構造
電界効果トランジスタ（HEMT）、絶縁ゲート構造電界効
果トランジスタ（SISFET）等があげられる。
きいため、砒化ガリウムを能動層とする種々の電界効果
トランジスタが高速および高周波用トランジスタとして
使用されている。この中には例えばショットキ・ゲート
構造電界効果トランジスタ（MESFET）、選択ドープ構造
電界効果トランジスタ（HEMT）、絶縁ゲート構造電界効
果トランジスタ（SISFET）等があげられる。
このような電界効果トランジスタを用いて大規模集積回
路を実現するには、消費電力、動作余裕度等の観点から
コンプリメンタリな回路で構成することが最も望まし
い。シリコンを材料とする集積回路では、このような回
路はCMOS回路と呼ばれている。
路を実現するには、消費電力、動作余裕度等の観点から
コンプリメンタリな回路で構成することが最も望まし
い。シリコンを材料とする集積回路では、このような回
路はCMOS回路と呼ばれている。
一方、砒化ガリウムは電子の移動度μｅ（＝8500cm2/V
・sec）は大きいが、正孔の移動度μｈ（＝400cm2/V・s
ec）は小さく、コンプリメンタリな回路を実現したと
き、ｐチャンネル電界効果トランジスタのドレイン飽和
電流あるいは相互コンダクタンスgmの値が小さくなる。
このため、ｎチャンネルおよびｐチャンネル電界効果ト
ランジスタからなるコンプリメンタリ回路全体のスイッ
チング時間、あるいは集積度といった特性が、ｐチャン
ネル・トランジスタの特性で制限され、高速化、集積化
といった面で大きな障害となってくる。
・sec）は大きいが、正孔の移動度μｈ（＝400cm2/V・s
ec）は小さく、コンプリメンタリな回路を実現したと
き、ｐチャンネル電界効果トランジスタのドレイン飽和
電流あるいは相互コンダクタンスgmの値が小さくなる。
このため、ｎチャンネルおよびｐチャンネル電界効果ト
ランジスタからなるコンプリメンタリ回路全体のスイッ
チング時間、あるいは集積度といった特性が、ｐチャン
ネル・トランジスタの特性で制限され、高速化、集積化
といった面で大きな障害となってくる。
これを避けるためには、ｐチャンネル・トランジスタの
ゲート幅を広くして、相互コンダクタンスgmを大きくと
る設計が必要になるが、これは回路のチップ占有面積が
大きくなり、大規模集積化が困難である。あるいはこれ
に付随して配線長も長くなるため、配線による負荷が増
大し、スイッチング時間が長くなり、回路の高速化を図
る上で障害となるといった欠点が生ずる。事実、文献ア
イ・イー・ディー・エム（IEDM）85,ダイジェスト オ
ブ テクニカル ペーパーズ（Digest of Technical Pa
pers）317頁記載のデータによると、同一砒化ガリウム
ウェハー上に実現されたコンプリメンタリ絶縁ゲート構
造電界効果トランジスタ回路において、ｎチャンネルト
ランジスタの相互コンダクタンスgmは218mS/mm、ｐチャ
ンネルトランジスタの相互コンダクタンスgmは28mS/mm
の値を持ち、相互コンダクタンスgmの違いは８倍近くに
及ぶことがわかる。
ゲート幅を広くして、相互コンダクタンスgmを大きくと
る設計が必要になるが、これは回路のチップ占有面積が
大きくなり、大規模集積化が困難である。あるいはこれ
に付随して配線長も長くなるため、配線による負荷が増
大し、スイッチング時間が長くなり、回路の高速化を図
る上で障害となるといった欠点が生ずる。事実、文献ア
イ・イー・ディー・エム（IEDM）85,ダイジェスト オ
ブ テクニカル ペーパーズ（Digest of Technical Pa
pers）317頁記載のデータによると、同一砒化ガリウム
ウェハー上に実現されたコンプリメンタリ絶縁ゲート構
造電界効果トランジスタ回路において、ｎチャンネルト
ランジスタの相互コンダクタンスgmは218mS/mm、ｐチャ
ンネルトランジスタの相互コンダクタンスgmは28mS/mm
の値を持ち、相互コンダクタンスgmの違いは８倍近くに
及ぶことがわかる。
第４図は従来例のｐチャンネル電界効果トランジスタの
断面図を模式化したものである。半絶縁性の砒化ガリウ
ム基板21の上にｐ型高濃度ドーピングされた砒化ガリウ
ム層（ｐ型GaAs層）26が形成され、この砒化ガリウム層
26上にはショットキ接合するゲート電極22が、またゲー
ト電極22の左右にはイオン注入法により形成されたｐ型
高濃度層（p+コンタクト層）25が、さらにその上にはソ
ース電極23、ドレイン電極24が設けられ、砒化ガリウム
層26を能動層とするｐチャンネル電界効果トランジスタ
が実現されている。
断面図を模式化したものである。半絶縁性の砒化ガリウ
ム基板21の上にｐ型高濃度ドーピングされた砒化ガリウ
ム層（ｐ型GaAs層）26が形成され、この砒化ガリウム層
26上にはショットキ接合するゲート電極22が、またゲー
ト電極22の左右にはイオン注入法により形成されたｐ型
高濃度層（p+コンタクト層）25が、さらにその上にはソ
ース電極23、ドレイン電極24が設けられ、砒化ガリウム
層26を能動層とするｐチャンネル電界効果トランジスタ
が実現されている。
このようなｐチャンネルトランジスタの特性が回路全体
の特性を制限し、砒化ガリウムにおけるシリコンに対す
る電子移動度の優位性は、ほとんど発揮されないことに
なる。
の特性を制限し、砒化ガリウムにおけるシリコンに対す
る電子移動度の優位性は、ほとんど発揮されないことに
なる。
以上のように、砒化ガリウムウェハー上に大規模集積回
路を実現するため、コンプリメンタリ電界効果トランジ
スタ回路を用いると、ｎチャンネルトランジスタもｐチ
ャンネルトランジスタも能動層が砒化ガリウムであるた
め、砒化ガリウム中の正孔の移動度が小さく、回路全体
の特性がｐチャンネルトランジスタの特性によって制限
され、高速化、高集積化にとり重大な障害となるといっ
た欠点があった。
路を実現するため、コンプリメンタリ電界効果トランジ
スタ回路を用いると、ｎチャンネルトランジスタもｐチ
ャンネルトランジスタも能動層が砒化ガリウムであるた
め、砒化ガリウム中の正孔の移動度が小さく、回路全体
の特性がｐチャンネルトランジスタの特性によって制限
され、高速化、高集積化にとり重大な障害となるといっ
た欠点があった。
本発明の目的はこれら従来の砒化ガリウムを基板とする
ｐチャンネル電界効果トランジスタの持つ欠点を除去
し、新規なｐチャンネル電界効果トランジスタを提供す
ることにある。
ｐチャンネル電界効果トランジスタの持つ欠点を除去
し、新規なｐチャンネル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ために、本発明は、結晶軸の方向が
＜1,0,0＞である砒化ガリウム基板上に、正孔の流れる
チャネル層としてのゲルマニウム層と、電子供給層又は
絶縁層としての砒化ガリウムと砒化アルミニウムとの混
晶である砒化ガリウムアルミニウム層からなる積層構造
を有し、前記積層構造の垂直方向に電界を印加するゲー
ト電極と、前記ゲルマニウム層の面内方向に正孔を注
入、排出するソース電極、ドレイン電極を備え、前記ソ
ース電極から前記ドレイン電極へ向かう方向を前記砒化
ガリウム基板の結晶軸の方向＜1,0,0＞と一致させるよ
うにしたものである。
＜1,0,0＞である砒化ガリウム基板上に、正孔の流れる
チャネル層としてのゲルマニウム層と、電子供給層又は
絶縁層としての砒化ガリウムと砒化アルミニウムとの混
晶である砒化ガリウムアルミニウム層からなる積層構造
を有し、前記積層構造の垂直方向に電界を印加するゲー
ト電極と、前記ゲルマニウム層の面内方向に正孔を注
入、排出するソース電極、ドレイン電極を備え、前記ソ
ース電極から前記ドレイン電極へ向かう方向を前記砒化
ガリウム基板の結晶軸の方向＜1,0,0＞と一致させるよ
うにしたものである。
エー・ジー・ミルネス（A.G.Milnes）とディー・エル・
フォイヒト（D.L.Feucht）の著による文献「ヘテロジャ
ンクションズ・アンド・メタル・セミコンダクタ・ジャ
ンクションズ」（Heterojunctions・and・Metal・Semic
onductor・junctions）（日本語訳版、酒井、高橋、森
泉共訳「半導体ヘテロ接合」９頁）に示されているよう
に、ゲルマニウム（以下、Geと略記）の砒化ガリウム
（以下、GaAs）は、格子定数がほとんど等しく、またそ
れぞれの熱膨張係数も室温を中心とする広い温度範囲に
おいて極めて近い値を持つ。したがってGeとGaAsは両者
の結晶性が極めて良い状態でヘテロ接合が形成できる。
またGaAsと砒化ガリウム・アルミニウム（以下、AlGaA
s）もまた、格子定数、熱膨張係数が極めて近く、良質
のヘテロ構造が作製できることは公知である。従って、
AlGaAsとGeは良質のヘテロ接合を作る。しかしながら液
相成長などの高温を必要とする形成方法では、GaAsもし
くはAlGaAs中のAsがGeの中に拡散し、Geがｎ型になる性
質があった。ところが、ジェー・エム・バリンガル（J.
M.Ballingall）らにより、文献「ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス（Journal of Applied Physic
s）」誌、第52巻６号4098頁からに示されているよう
に、また同著者により文献「ジャーナル・オブ・バキュ
ーム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Journal of
Vacuum Science and Technology）」誌B1巻３号675頁
から示されているように分子線エピタキシャル成長（以
下MBE）法を用いると、GeはGaAs基板上に250℃から300
℃という低温でエピタキシャル成長する。このときGeと
GaAsのヘテロ接合界面は極めて急峻な状態で、エピタキ
シャル成長できる。このことは前記ジェー・エム・バリ
ンガル著の２つの文献により、GeからGaAsへの遷移領域
は400℃、１時間の熱履歴を経た後でも10オングストロ
ーム程度と見積られることからも検証できる。また、シ
ー・エー・チャング（C.A.Chang）らにより文献「ジャ
ーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テク
ノロジー（Journal of Vacuum Science and Technolog
y）」誌19巻３号567頁からに示されている内容によれ
ば、GeとGaAsのヘテロ接合界面での相互拡散は400℃、
４時間の熱履歴を経た後でも10オングストローム以下と
報告されている。したがって、GeとGaAsとのヘテロ接合
界面は、400℃程度の温度履歴があっても、数原子層オ
ーダーで極めて急峻で、相互拡散することなく、かつま
た両者の格子定数、温度膨張係数が極めて近いことか
ら、欠陥や歪みが入ることなく、良質な結晶性を保った
まま、理想的なヘテロ接合ができると考えられる。Ge中
へのAsの拡散については、以上述べたようにGaAsとGeと
の界面でのみ報告されているが、AlGaAsとGeとの界面に
ついても同様であると考えられる。よってMBE法による
低温成長を利用することによりAsのGe中への拡散を抑
え、良質のGe層を正孔の流れるチャネル層とすることが
可能になる。また、Geの禁制帯幅は0.66eV、GaAsの禁制
帯幅は1.42eVであるが、ジェー・エム・バリンガル著に
よる前記２つの文献によるとGeとGaAsのヘテロ接合面で
は、伝導帯側のエネルギー不連続値は80meVと小さく、
２種の半導体の禁制帯幅の不連続はほとんど価電子帯に
あることがわかる。価電子帯のエネルギー不連続値は、
GeとGaAsでは0.7eV程度であり、この値は、典型的なヘ
テロ接合をなすGaAsとAl0.3Ga0.7Asの伝導帯不連続値
が、0.1eV程度であるのに比べ格段に大きい。従ってGe
層を正孔の流れるチャネル層とした場合、Ge層中の正孔
に対しGaAs層は障壁層となりうる。AlGaAsはGaAsより更
に禁制帯幅が大きく、Al0.3Ga0.7AsとGeでは価電子帯不
連続量は0.8eVとなり、より良質の障壁層となる。以上
の様子を第３図（ａ），（ｂ）に示す。このようにGe層
を正孔の流れるチャネル層、AlGaAsを絶縁層とする金属
／絶縁体／半導体電荷効果トランジスタ（MISFET）が実
現できる。Ge中の正孔の移動度μｈは室温で1900cm2/
（Ｖ・sec）と非常に大きいため、このGe中の正孔を電
界効果トランジスタ（以下FET）の担体として用いた場
合に、相互コンダクタンスgmが従来のGaAsを用いたｐ型
FETと比べ、５倍以上と非常に大きな値を持つ高性能の
ｐ型FETを作ることができる。
フォイヒト（D.L.Feucht）の著による文献「ヘテロジャ
ンクションズ・アンド・メタル・セミコンダクタ・ジャ
ンクションズ」（Heterojunctions・and・Metal・Semic
onductor・junctions）（日本語訳版、酒井、高橋、森
泉共訳「半導体ヘテロ接合」９頁）に示されているよう
に、ゲルマニウム（以下、Geと略記）の砒化ガリウム
（以下、GaAs）は、格子定数がほとんど等しく、またそ
れぞれの熱膨張係数も室温を中心とする広い温度範囲に
おいて極めて近い値を持つ。したがってGeとGaAsは両者
の結晶性が極めて良い状態でヘテロ接合が形成できる。
またGaAsと砒化ガリウム・アルミニウム（以下、AlGaA
s）もまた、格子定数、熱膨張係数が極めて近く、良質
のヘテロ構造が作製できることは公知である。従って、
AlGaAsとGeは良質のヘテロ接合を作る。しかしながら液
相成長などの高温を必要とする形成方法では、GaAsもし
くはAlGaAs中のAsがGeの中に拡散し、Geがｎ型になる性
質があった。ところが、ジェー・エム・バリンガル（J.
M.Ballingall）らにより、文献「ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス（Journal of Applied Physic
s）」誌、第52巻６号4098頁からに示されているよう
に、また同著者により文献「ジャーナル・オブ・バキュ
ーム・サイエンス・アンド・テクノロジー（Journal of
Vacuum Science and Technology）」誌B1巻３号675頁
から示されているように分子線エピタキシャル成長（以
下MBE）法を用いると、GeはGaAs基板上に250℃から300
℃という低温でエピタキシャル成長する。このときGeと
GaAsのヘテロ接合界面は極めて急峻な状態で、エピタキ
シャル成長できる。このことは前記ジェー・エム・バリ
ンガル著の２つの文献により、GeからGaAsへの遷移領域
は400℃、１時間の熱履歴を経た後でも10オングストロ
ーム程度と見積られることからも検証できる。また、シ
ー・エー・チャング（C.A.Chang）らにより文献「ジャ
ーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テク
ノロジー（Journal of Vacuum Science and Technolog
y）」誌19巻３号567頁からに示されている内容によれ
ば、GeとGaAsのヘテロ接合界面での相互拡散は400℃、
４時間の熱履歴を経た後でも10オングストローム以下と
報告されている。したがって、GeとGaAsとのヘテロ接合
界面は、400℃程度の温度履歴があっても、数原子層オ
ーダーで極めて急峻で、相互拡散することなく、かつま
た両者の格子定数、温度膨張係数が極めて近いことか
ら、欠陥や歪みが入ることなく、良質な結晶性を保った
まま、理想的なヘテロ接合ができると考えられる。Ge中
へのAsの拡散については、以上述べたようにGaAsとGeと
の界面でのみ報告されているが、AlGaAsとGeとの界面に
ついても同様であると考えられる。よってMBE法による
低温成長を利用することによりAsのGe中への拡散を抑
え、良質のGe層を正孔の流れるチャネル層とすることが
可能になる。また、Geの禁制帯幅は0.66eV、GaAsの禁制
帯幅は1.42eVであるが、ジェー・エム・バリンガル著に
よる前記２つの文献によるとGeとGaAsのヘテロ接合面で
は、伝導帯側のエネルギー不連続値は80meVと小さく、
２種の半導体の禁制帯幅の不連続はほとんど価電子帯に
あることがわかる。価電子帯のエネルギー不連続値は、
GeとGaAsでは0.7eV程度であり、この値は、典型的なヘ
テロ接合をなすGaAsとAl0.3Ga0.7Asの伝導帯不連続値
が、0.1eV程度であるのに比べ格段に大きい。従ってGe
層を正孔の流れるチャネル層とした場合、Ge層中の正孔
に対しGaAs層は障壁層となりうる。AlGaAsはGaAsより更
に禁制帯幅が大きく、Al0.3Ga0.7AsとGeでは価電子帯不
連続量は0.8eVとなり、より良質の障壁層となる。以上
の様子を第３図（ａ），（ｂ）に示す。このようにGe層
を正孔の流れるチャネル層、AlGaAsを絶縁層とする金属
／絶縁体／半導体電荷効果トランジスタ（MISFET）が実
現できる。Ge中の正孔の移動度μｈは室温で1900cm2/
（Ｖ・sec）と非常に大きいため、このGe中の正孔を電
界効果トランジスタ（以下FET）の担体として用いた場
合に、相互コンダクタンスgmが従来のGaAsを用いたｐ型
FETと比べ、５倍以上と非常に大きな値を持つ高性能の
ｐ型FETを作ることができる。
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
第１図は本発明によるヘテロ構造電界効果トランジスタ
の第１の例についての断面模式図である。図において、
半絶縁性GaAs（1,0,0）基板１上に、ｐ型のGe層２、続
いて真性のAl0.3Ga0.7As層３をMBE法により順次成長さ
せた。Al0.3Ga0.7As層３上のゲート電極４としてはアル
ミニウムを用い、セルフアライン法によりゲート電極下
以外の部分のAl0.3Ga0.7As層３を取り去り、ソース電極
５、ドレイン電極６として、金／インジウム合金を蒸着
し、350℃の低温でインジウムを拡散させることによりp
+コンタクト層７を形成し、正孔の流れるチャネル層で
あるｐ型Ge層２とコンタクトをとった。真性Al0.3Ga0.7
As層３が良質の結晶性をもってエピタキシャル成長で
き、しかもAl0.3Ga0.7As層３はアルミニウムと障壁高さ
1.2eVの良好なショットキ接合を形成するためゲート電
極からの漏れ電流は無視できる小さな値に抑えられた。
ここでソース電極からドレイン電極へ向かう方向は基板
の＜1,0,0,＞方向にとってある。これは、エル・レジア
ニ（L.Reggiani）らにより文献フィジカル・レビュー
（Physical Review）誌B16巻６号2781頁に述べられてい
るように、Ge中の正孔は＜1,0,0＞方向に対し、移動度
が最大となる。したがって、ソース電極からドレイン電
極へ向かう方向を＜1,0,0＞方向にすることによりもっ
ともgmの大きい電界効果トランジスタが実現できるから
である。なお、上述のゲート電極は他の金属を用いても
良い。
の第１の例についての断面模式図である。図において、
半絶縁性GaAs（1,0,0）基板１上に、ｐ型のGe層２、続
いて真性のAl0.3Ga0.7As層３をMBE法により順次成長さ
せた。Al0.3Ga0.7As層３上のゲート電極４としてはアル
ミニウムを用い、セルフアライン法によりゲート電極下
以外の部分のAl0.3Ga0.7As層３を取り去り、ソース電極
５、ドレイン電極６として、金／インジウム合金を蒸着
し、350℃の低温でインジウムを拡散させることによりp
+コンタクト層７を形成し、正孔の流れるチャネル層で
あるｐ型Ge層２とコンタクトをとった。真性Al0.3Ga0.7
As層３が良質の結晶性をもってエピタキシャル成長で
き、しかもAl0.3Ga0.7As層３はアルミニウムと障壁高さ
1.2eVの良好なショットキ接合を形成するためゲート電
極からの漏れ電流は無視できる小さな値に抑えられた。
ここでソース電極からドレイン電極へ向かう方向は基板
の＜1,0,0,＞方向にとってある。これは、エル・レジア
ニ（L.Reggiani）らにより文献フィジカル・レビュー
（Physical Review）誌B16巻６号2781頁に述べられてい
るように、Ge中の正孔は＜1,0,0＞方向に対し、移動度
が最大となる。したがって、ソース電極からドレイン電
極へ向かう方向を＜1,0,0＞方向にすることによりもっ
ともgmの大きい電界効果トランジスタが実現できるから
である。なお、上述のゲート電極は他の金属を用いても
良い。
第２図は本発明によるヘテロ構造電界効果トランジスタ
の第２の実施例についても断面模式図である。半絶縁性
GaAs（1,0,0）基板11上に、真性GaAs層12、真性のGe層1
3、続いてｐ型のAl0.3Ga0.7As層14をMBE法により順次成
長させた。この構造は選択ドープ構造として公知であ
り、AlGaAs/Ge界面の第１イオン化エネルギーの小さいG
e側に２次元正孔ガス15が形成される（第３図（ｂ）参
照）。２次元正孔ガス15が形成されるGe/AlGaAs界面
は、前記作用の項で述べたように急峻であり、さらにGe
層およびAlGaAs層は良質の結晶性をもって成長できる。
Al0.3Ga0.7As層14上のゲート電極16としてはアルミニウ
ムを用い、セルフアライン法によりゲート電極下以外の
部分のAl0.3Ga0.7As層14を取り去り、ソース、ドレイン
電極17,18として、金／インジウム合金を蒸着し、350℃
の低温でインジウムを拡散させることによりp+コンタク
ト層19を形成し、２次元正孔ガスとコンタクトを取っ
た。ここでソース電極からドレイン電極へ向かう方向は
基板の＜1,0,0＞方向にとってある。なお、上述のゲー
ト電極は他の金属を用いても良い。また、２次元正孔ガ
スとのコンタクトをとるソース、ドレイン電極下の部分
は、ホウ素等を用いたイオン注入によっても製作でき
る。
の第２の実施例についても断面模式図である。半絶縁性
GaAs（1,0,0）基板11上に、真性GaAs層12、真性のGe層1
3、続いてｐ型のAl0.3Ga0.7As層14をMBE法により順次成
長させた。この構造は選択ドープ構造として公知であ
り、AlGaAs/Ge界面の第１イオン化エネルギーの小さいG
e側に２次元正孔ガス15が形成される（第３図（ｂ）参
照）。２次元正孔ガス15が形成されるGe/AlGaAs界面
は、前記作用の項で述べたように急峻であり、さらにGe
層およびAlGaAs層は良質の結晶性をもって成長できる。
Al0.3Ga0.7As層14上のゲート電極16としてはアルミニウ
ムを用い、セルフアライン法によりゲート電極下以外の
部分のAl0.3Ga0.7As層14を取り去り、ソース、ドレイン
電極17,18として、金／インジウム合金を蒸着し、350℃
の低温でインジウムを拡散させることによりp+コンタク
ト層19を形成し、２次元正孔ガスとコンタクトを取っ
た。ここでソース電極からドレイン電極へ向かう方向は
基板の＜1,0,0＞方向にとってある。なお、上述のゲー
ト電極は他の金属を用いても良い。また、２次元正孔ガ
スとのコンタクトをとるソース、ドレイン電極下の部分
は、ホウ素等を用いたイオン注入によっても製作でき
る。
なお、障壁層としてアルミニウム組成が最大となる砒化
アルミニウム（AlAs）を用いた場合は障壁の高さとして
は最も高いが大気に触れて酸化され易い。ここではAlGa
Asのアルミニウムとガリウムの組成比を３対７とした
が、用途に応じて任意の値を用いることができる。
アルミニウム（AlAs）を用いた場合は障壁の高さとして
は最も高いが大気に触れて酸化され易い。ここではAlGa
Asのアルミニウムとガリウムの組成比を３対７とした
が、用途に応じて任意の値を用いることができる。
本実施例の第１の例によるｐチャンネル電界効果トラン
ジスタは、正孔移動度の大きなゲルマニウムを能動層と
し、さらに価電子帯不連続の大きなGe/AlGaAsヘテロ接
合を用いることにより、砒化ガリウムを能動層とするｐ
チャンネル電界効果トランジスタに比べ、gmが約５倍近
く増大する。この結果砒化ガリウム基板上に形成される
ｐチャンネル電界効果トランジスタのgmがおよそ140mS/
mm程度に増大することが予想され、同じく砒化ガリウム
基板上に形成されるｎチャンネル電界効果トランジスタ
のgm＝218mS/mmに迫る値となり、高速、高集積化が可能
なコンプリメンタリ電界効果トランジスタ回路が実現で
きる。
ジスタは、正孔移動度の大きなゲルマニウムを能動層と
し、さらに価電子帯不連続の大きなGe/AlGaAsヘテロ接
合を用いることにより、砒化ガリウムを能動層とするｐ
チャンネル電界効果トランジスタに比べ、gmが約５倍近
く増大する。この結果砒化ガリウム基板上に形成される
ｐチャンネル電界効果トランジスタのgmがおよそ140mS/
mm程度に増大することが予想され、同じく砒化ガリウム
基板上に形成されるｎチャンネル電界効果トランジスタ
のgm＝218mS/mmに迫る値となり、高速、高集積化が可能
なコンプリメンタリ電界効果トランジスタ回路が実現で
きる。
本実施例の第２の例によるｐチャンネル電界効果トラン
ジスタは、正孔移動度の大きなゲルマニウムを能動層と
し、さらに価電子帯不連続の大きなGe/AlGaAsヘテロ接
合を用いることにより２次元正孔ガスの面密度Nsが大き
くとれる選択ドープ型FETであるため、砒化ガリウムを
能動層とするｐチャンネル電界効果トランジスタに比
べ、gmが約10倍近く増大する。この結果砒化ガリウム基
板上に形成されるｐチャンネル電界効果トランジスタの
gmがおよそ250mS/mm程度に増大することが予想され、同
じく砒化ガリウム基板上に形成されるｎチャンネル電界
効果トランジスタのgm＝218mS/mmと同程度となり、高
速、高集積化が可能なコンプリメンタリ電界効果トラン
ジスタ回路が実現できる。
ジスタは、正孔移動度の大きなゲルマニウムを能動層と
し、さらに価電子帯不連続の大きなGe/AlGaAsヘテロ接
合を用いることにより２次元正孔ガスの面密度Nsが大き
くとれる選択ドープ型FETであるため、砒化ガリウムを
能動層とするｐチャンネル電界効果トランジスタに比
べ、gmが約10倍近く増大する。この結果砒化ガリウム基
板上に形成されるｐチャンネル電界効果トランジスタの
gmがおよそ250mS/mm程度に増大することが予想され、同
じく砒化ガリウム基板上に形成されるｎチャンネル電界
効果トランジスタのgm＝218mS/mmと同程度となり、高
速、高集積化が可能なコンプリメンタリ電界効果トラン
ジスタ回路が実現できる。
第１図は本発明による電界効果トランジスタの第１の例
についての断面構成図、第２図は本発明による電界効果
トランジスタの第２の例についての断面構成図、第３図
は本実施例を説明するためのエネルギーバンド図で、
（ａ）はGe,AlGaAsとも真性の場合、（ｂ）はAlGaAs側
にアクセプタをドープした場合を示す、第４図は従来の
GaAsを用いた正孔チャンネルFETの断面図である。 1,11……半絶縁性GaAs基板、２……ｐ型Ge層 ３……真性Al0.3Ga0.7As層、4,16……ゲート電極 5,17……ソース電極、6,18……ドレイン電極 7,19……p+コンタクト層、12……真性GaAs層 13……真性Ge層、14……ｐ型Al0.3Ga0.7As層GaAs層 15……２次元正孔ガス
についての断面構成図、第２図は本発明による電界効果
トランジスタの第２の例についての断面構成図、第３図
は本実施例を説明するためのエネルギーバンド図で、
（ａ）はGe,AlGaAsとも真性の場合、（ｂ）はAlGaAs側
にアクセプタをドープした場合を示す、第４図は従来の
GaAsを用いた正孔チャンネルFETの断面図である。 1,11……半絶縁性GaAs基板、２……ｐ型Ge層 ３……真性Al0.3Ga0.7As層、4,16……ゲート電極 5,17……ソース電極、6,18……ドレイン電極 7,19……p+コンタクト層、12……真性GaAs層 13……真性Ge層、14……ｐ型Al0.3Ga0.7As層GaAs層 15……２次元正孔ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/80 29/812 9171−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/80 Ａ
Claims (1)
- 【請求項１】結晶軸の方向が＜1,0,0＞である砒化ガリ
ウム基板上に、正孔の流れるチャネル層としてのゲルマ
ニウム層と、電子供給層又は絶縁層としての砒化ガリウ
ムと砒化アルミニウムとの混晶である砒化ガリウムアル
ミニウム層からなる積層構造を有し、前記積層構造の垂
直方向に電界を印加するゲート電極と、前記ゲルマニウ
ム層の面内方向に正孔を注入、排出するソース電極、ド
レイン電極を備え、前記ソース電極から前記ドレイン電
極へ向かう方向を前記砒化ガリウム基板の結晶軸の方向
＜1,0,0＞と一致させたことを特徴とするヘテロ構造電
界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283426A JPH0797637B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | ヘテロ構造電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283426A JPH0797637B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | ヘテロ構造電界効果トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01124266A JPH01124266A (ja) | 1989-05-17 |
| JPH0797637B2 true JPH0797637B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=17665376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62283426A Expired - Lifetime JPH0797637B2 (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | ヘテロ構造電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797637B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5227644A (en) * | 1989-07-06 | 1993-07-13 | Nec Corporation | Heterojunction field effect transistor with improve carrier density and mobility |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58130574A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-04 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPS5861675A (ja) * | 1981-10-09 | 1983-04-12 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP62283426A patent/JPH0797637B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01124266A (ja) | 1989-05-17 |
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