JPS5931071A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPS5931071A
JPS5931071A JP57139686A JP13968682A JPS5931071A JP S5931071 A JPS5931071 A JP S5931071A JP 57139686 A JP57139686 A JP 57139686A JP 13968682 A JP13968682 A JP 13968682A JP S5931071 A JPS5931071 A JP S5931071A
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gaas
electrons
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JP57139686A
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Haruhisa Kinoshita
木下 治久
Seiji Nishi
清次 西
Yoshiaki Sano
佐野 芳明
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • 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
    • H10D30/43FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having one-dimensional [1D] charge carrier gas channels, e.g. quantum wire FETs or transistors having 1D quantum-confined channels
    • 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]

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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】 この発明は高移動度をもつ準−次元状態に分布するキャ
リアの流量を、電界によって制御する電界効果トランジ
スタに関する。
従来の準−次元状態に分布するキャリアの流量を、電界
によって制御する電界効果型半導体装置の一例を第1図
に示す。第1図において、1は1μm前後の厚さのエピ
タキシャルP −GaAtAs層e、2け200X程度
のP −GaAs層、3は100OX程度のP −Ga
AtAs層、4は絶縁体薄膜層、5はダート電極、6は
n型の反転層である。
ダート電極5に印加された正のバイアス電圧は絶縁体薄
膜4全通してP −GaAs層2を100A程度の深さ
まで反転させ、準−次元状態に分布する電子のチャンネ
ルNIIヲ左右に2個所形成する。
一般的KQaAsと絶縁体の接合界面に形成される界面
準位はかなp多いため、第1図の構造では反転層6を形
成するのが容易でないという欠点がある。
また、GaAsと絶縁層の接合界面は一般的に原子レベ
ルのサイズで凸凹であり、P −GaAs N 2と絶
縁体薄膜層4の界面に形成された反転層6内の準−次元
電子(反転層6内に蓄積した電子の界面方向の拡がりが
その電子の平均自由行程より短くなる状態である電子)
が流れるとき、この荒れた接合界面で電子が散乱されて
移動度が低下すると云う欠点がある。
この発明は上記従来の欠点を解消するためになされたも
ので、77に程度の低温で高速スイッチング動作が可能
でかつ電子計算機の演算回路に使用すれば、高速演算が
可能となる電界効果トランジスタを提供することを目的
とする。
以下、この発明の電界効果トランゾスタの実施例につい
て図面に基づき説明する。第2図(a)はその一実施例
の構成を示す斜視図である。この第2図(a)において
、21は半絶縁GaAs基板上にエピタキシャル成長さ
せた約1μmの厚さの不純物無添加GaAs層である。
このGaAs層21上にはn+−Ga(1,7Ato、
3As層22、 GaAs  層23、 n十 −Ga
o、7Ato、3As 層22、GaAs N 24が
順次積層して形成され、これらによって超格子構造部を
形成している。
n+−Gao、2At(1,3As層22はSi k添
加した5X10 cm  程度の電子@問をもっ2oo
X程度の厚さに形成され、捷だ、GaAs層23け不純
物無添加で100X程度の厚さを有しておシ、さらにG
aA s層24Fi不純物無添加で約1000Hの厚さ
を有している。25はショットキー接合をナス深す約1
50 OA、 tJullf%2000A(D pt 
(Dy−計電極、26は電子ビーム露光によって製作し
たマスクと遠紫外光線を利用して遠紫外領域に感光作用
をもつPMMAレノストの9細ノf ターンfGaAs
表面に作成し、低エネルギーArイオンビームによって
エツチングすることにより残された約200OAの幅の
約2000Xの深さのほぼ垂直な壁面を持つ台地である
この台地26内の不純物無添加のGaAs層21゜23
.24内に形成された深さ方向の広が9が約10OA、
)f″−トを極方向の広がりが約50OAの準−次元状
態にある電子のチャンネルである。
第2図(b)は第2図(a)の正面断面図に沿う方向の
エネルギーバンド図である。第2図(a)の状態では7
7 K程度の低温でディプレッションモードのFETの
動作をし、台地26の幅を狭くするか、もしくわn −
Ga(1,7Ato4As/122の電子密度をいくら
か減少させると77に程度の低温でエンハンスメントモ
ードFETの動作をする。
これを動作させるには、n Gao、7Ato、aAB
層22のStを高濃度に添加しfr−n −Gao、7
Ato、BAsAs層内2内ナー原子より供給された高
濃度の電子f GaAsのチャンネルの7内に拡散させ
、準−次元状態の電子分布を作り、ショットキー接合を
なすダート電極25に印加されたバイアス電圧によって
チャンネル270幅を広くしたり狭くしたりすることに
よって流れる電流量を制御する。
このような構造はGaAsとGao、7Ato、3As
の組み合わせを変えても実現でき、−例として、QaA
、s/Ga□、7Ato、3Asの代わシにIno、5
3Gao、47As/ InPそしてGao、47In
o、5aAs/Ato、taIno、52Asなどがあ
る。
以上説明したように、第1の実施例では2個のショット
キー接合をなすゲート電価25に挾まれて、準−次元状
態をなす電子のチャンネル27が3層形成されている。
準−次元状態の電子はソース・ドレイン間に加えられた
電場によって流動するが、その運動方向が一次元方向し
か許されないため、77にで支配的な電子散乱源である
不純物イオン散乱による散乱確率が減少する。そのため
準−次元状態の電子の移動度は77Kにて、3次元電子
または準2次元電子の移動度よQ大きくなル、第2図(
a) K示したFETの動作速度を従来のGaAs F
ET よりもかなり大きくすることが可能となる。
また、第2図(a)ではチャンネル27を両側から挾む
ようにショットキー接合のf−)電極25を配置してい
るため、準−次元状態の電子分布が半導体内に形成され
、電子は荒れたショットキー接合界面による散乱を受け
ることなく流動できるので高速動作が可能となる。
第3図(a)はこの発明の第2の実施例の構成を示す斜
視図であp、第3図(b)は第3図(a)のA−A線の
断面図であり、第3図(e)は第3図(a)のC−C線
の断面図である。この第3図(a)〜第3図(C)にお
いて、21から26までの符号が示す内容は第2図(a
)の同一番号が示す内容と等しい。
28と29は第1の実施例で説明したのと同一のフォト
・リゾグラフィ技術を利用して、QaAs層23の最深
部に達する深さ約200OAからなる窪みを製作し、そ
の窪みの中に埋め込まれた約2000Xの厚さのAuG
e /N iオーミック電極で、28はソース電極、2
9はドレイン電極である。
また、30は4個のダート電極25を結合するAuのr
−)電極である。
この第2の実施例では、準−次元状態の電子の分布をも
つチャンネルが深さ方向に5mあり、層に平行な方向の
台地26が3例ある。したがって合計15個の準−次元
状態にある電子のチャンネルが形成されておQ、ソース
嗜ドレイン間の抵抗値が減少している。G a A、 
s層23の数と台地26の数をさらに増やせば、ソース
・ドレイン間の抵抗が大巾に減少し、実用に充分なソー
ス・ドレイン間抵抗となる。
この第2の実施例は第1の実施例と同様にGaAs層 
Ga(1,7At(1,3Aaの組み合わせをIno、
5aGao、nAs/InPそしてGao、47Ino
、5aAs/Ato、4BIno、52As等とするこ
とができる。
以上のように、この発明の電界効果トランジスタによれ
ば、準−次元状態のキャリアの流れる自由電1子密度と
電気伝導度の大きいチャンネルを半導体表面より深い位
置に形成させ、チャンネルと平行に配置された2個のシ
ョットキー接合のり゛−ト電極に印加されたバイアスの
電圧によってケ゛−ト電極間に挾まれたチャンネル内の
キャリアの流れを制御するようにしたので、77に程度
の低温で高速スイッチング動作が可能である。したがっ
て電子計算機の演算回路に使用することにより、高速演
算が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のV字型溝内に形成された準−次元チャン
ネルMISFETの断面図、第2図(a)はこの発明の
電界効果トランジスタの一実施例の構成を示す斜視図、
第2図(b)は第2図(a)のエネルギーバンド図、第
3図(a)はこの発明の電界効果トランジスタの第2の
実施例の斜視図、第3図Φ)は第3図(a)のB−B線
断面図、第3図(C)Vi第3図(a)のC−C線断面
図である。 21 、23 、24−GaAs層、22−・n”−G
ao、7Ato、3Aa NIJ、  25−? −)
電極、26−・・台地、27・・・チャンネル、28・
・・ソース電極、29・・・ドレイン電極、30・・・
ケ°−ト結合電極。 特許出願人 沖電気工業株式会社 手続補正書 昭和58年5月1−8日 特許庁長官若 杉 和 夫殿 1、事件の表示 昭和57年 特 許 願第 139686  号2、発
明の名称 電界効果トランジスタ 3、補正をする者 事件との関係    特 許  出願人(029)沖電
気工業株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付  昭和  年  月  El (
自発)6、補正の対象 明細書の特許請求の範囲および発明の詳細な説明の欄な
らびに図面の一部 7、補正の内容 別紙の通り 7 補正の内容 1)明細書の「2、特許請求の範囲」を別紙の通り訂正
する。 2)明細書4頁7行r Gao、2J f r Gao
、y Jと訂正する。 3)同4頁13行rptJをrPtJ  と訂正する。 4)同5頁1行「この台地」を「27はこの台地」と訂
正する1゜ 5)同5頁12行および13行r n+Gao、7At
o、3As層22の」を削除する。 6)同5頁15行「の7」を「27」と訂正する。 7)同7頁4行rA−A線」をrB−B線」と訂正する
。 8)同8頁16行および17行「流れ」を「流量」と訂
正する。 9)図面第2図(a)を別紙の通り訂正する。 2、特許請求の範囲 電子親和力が相対的に小さいnまたはn半導体層と電子
親和力が相対的に大きい不純物密度が充分少なくかつ自
由電子密度の高い電気伝導度の大きいチャンネルを有す
る第1の層とを少なくとも1庵以上交互に積層して形成
された超格子構造部と、この超格子構造部の界面に垂直
な側面上にこの超格子構造部を挾むように配置されたシ
ョットキー接合の平行な対をなしかつ2個のショットキ
ー障壁ポテンシャルに挾1れて形成される上記第1の層
に蓄秩した電子の界面方向の拡がりがこの電子の平均自
由行程より短くなる準−次元電子の状態となるように距
離が設定されたゲート電極と、このゲート電極を挾むよ
うに上記超格子構造部に形成されたソース電極およびド
レイン電極とよりなり、このソース電極とドレイン電極
の間に電圧を印加することにより上記準−次元電子ガス
をゲート電極面かつ第1の層に治った方向に流し7、ゲ
ート電極に印加されたバイアス電圧でその準−次元電子
のガスの流量を制御することを特徴とする電界効果トラ
ンジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 電子親和力が相対的に小さいnまたはn1導体層と電子
    親和力が相対的に大きいキャリア密度が充分少なくかつ
    自由電子密度の高い電気伝導度の大きいチャンネルを有
    する第1の層とを少なくとも1層以上交互に積層して形
    成された超格子構造部と、この超格子構造部の界面に垂
    直な側面上にこの超格子構造部を挾むように配置された
    ショットキー接合の平行な対をなしかつ2個のショット
    キー障壁ポテンシャルに挾まれて形成される上記第1の
    層に蓄積した電子の界面方向の拡がりがこの電子の平均
    自由行程より短くなる準−次元電子の状訴となるように
    距離が設定されたP−)電極と、このy−ト電極を挾む
    よう【上記超格子構造部に形成されたソート電極および
    ドレイン電極とよシなシ、このソース電極とドレイン電
    極の間に電圧を印加することにより上記準−次元電子ガ
    スをP−)電極面かつ第1の層に沿った方向に流し、f
    −)電極に印加されたバイアス電圧でその準−次元電子
    のガスの流量を制御することを特徴とする電界効果トラ
    ンゾスタ。
JP57139686A 1982-08-13 1982-08-13 電界効果トランジスタ Granted JPS5931071A (ja)

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JPS6255314B2 JPS6255314B2 (ja) 1987-11-19

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575924A (en) * 1984-07-02 1986-03-18 Texas Instruments Incorporated Process for fabricating quantum-well devices utilizing etch and refill techniques
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