JPS60263473A - 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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JPS60263473A
JPS60263473A JP59119619A JP11961984A JPS60263473A JP S60263473 A JPS60263473 A JP S60263473A JP 59119619 A JP59119619 A JP 59119619A JP 11961984 A JP11961984 A JP 11961984A JP S60263473 A JPS60263473 A JP S60263473A
Authority
JP
Japan
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semiconductor layer
layer
electrons
voltage
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP59119619A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruhisa Kinoshita
木下 治久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP59119619A priority Critical patent/JPS60263473A/ja
Publication of JPS60263473A publication Critical patent/JPS60263473A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/351Substrate regions of field-effect devices
    • H10D62/357Substrate regions of field-effect devices of FETs
    • 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]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/472High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having lower bandgap active layer formed on top of wider bandgap layer, e.g. inverted HEMT

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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、基板バイアス電圧によってしきい値電圧の
調整を可能とした。高移動度の二次元電子層をチャンネ
ルとする電界効果トランジスタに関する。
(従来の技術) 従来から、変調ドーピングを利用した高電子移動度トラ
ンジスタが提案されている。これらトランジスタのうち
、基板バイアス電圧によってしきい値電圧を調整出来る
ように構成した電界効果トランジスタを第2図に断面図
として示す。
この従来構造では、21は基板バイアス用のAuGe電
極、22は厚さが約400kmの半絶縁性GaAs基板
、23は約200OAの厚さの不純物無添加(以下アン
ドープと称する)のAQ+p!Ga、、7AS層、24
はSiがlX10cm−3程度添加され厚さが約15O
AのイーM、、3Ga、、7AsR125は厚さが約1
000AのアンドープGaAs層、26はこのアンドー
プGaAs層25中の、ri’ −mo、3G ao、
7 A s層24との接合界面に蓄積された二次元電子
ガス、27及び28はAuGeの電極層からなるソース
及びドレイン電極、29はこれらソース及びドレイン電
極27及び28の下側にre −AQ□、3 Gao、
7 As層24までにAuGeを拡散して得たが一領域
、そして30はTi電極層からなるゲート電極である。
この従来構造の電界効果トランジスタでは、にAQ。、
3GaO,7As層24内の電子をアンドープGaAs
層25内に拡散させてそこに二次元電子ガス2Bとして
蓄積させ、このニ次元電子ガス26を、ソース電極27
及びドレイン電極28間に印加した電圧でアンドープ層
25とri”−MO,3Ga6.7As層24との界面
に平行な電界を掛けて、高移動度を持った電子として伝
導させている。
この従来の電界効果トランジスタは、伝導電子の流儀を
ゲート電極に印加するゲ〜1・電圧によって調整するが
、基板バイアス用のA II G e電極21に正又は
負のバイアス電圧を印加することにより、この伝導電子
の流量を増加又は減少させることが出来、しきい値電圧
を負又は正の側へとシフトさせることが出来るメリット
を有している。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、半絶縁性GaAs基板22が上述したように
約400 p−m と厚いため、しきい値電圧を0.I
V変化させるのに約200v前後のバイアス電圧が必要
となっていた。しかしながら、このような高電圧はIV
以下の微小電圧の信号を取り扱う集積回路には適してい
ないため、この従来構造の電界効果トランジスタは集積
回路に組込むことが出来ず、実用的でないという欠点が
あった。
この発明の目的は、電源電圧程度の微小な基板バイアス
電圧によって、しきい値電圧を調整出来る構造の高電子
移動度電界効果トランジスタを提供することにある。
(問題点を解決するための手段) この発明の要点は、二次元電子蓄積層の基板側に薄い半
絶縁性半導体層を挟んで良導電性の、アクセプターイオ
ンを高濃度に添加したVタイプの半導体層を設けた点に
ある。
従って、この発明の電界効果トランジスタによれば、基
板の上側に電子親和力が大きくアクセプター型不純物が
添加された第一半導体層と、この第一半導体層上に設け
られ、電子親和力が小さく不純物無添加の第二半導体層
と、この第二半導体層上に設けられドナー型不純物が添
加された第三半導体層と、この第三導体層の上側に設け
られ不純物無添加の第四半導体層と、この第四半導体層
上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電
極とを具え、前述の第一半導体層を基板バイアス印加用
電極とし、前述の第二半導体層の厚さを微小基板バイア
ス電圧で前述の第四半導体層に二次元電子ガスを蓄積す
る程度の薄さとし、この蓄積した二次元電子をnチャン
ネルのキャリアとすることを特徴とするものである。
(作用) このような構造の電界効果トランジスタによれば、第一
半導体層をアクセプターイオンを高濃度に添加した、良
導電性の半導体層としてこの半導体層を基板バイアス印
加用電極としており、第二半導体層を薄い半絶縁性半導
体層とし、しかも、第一、第二及び第三半導体層でpi
n構造を形成するので、第一半導体層から二次元電子ガ
スの蓄積する第四半導体層までの厚さが薄くなり、例え
ば0.5vという微小の電源電圧程度の基板バイアス電
圧によってO,t V程度のしきい値電圧を調整するこ
とが出来る。
さらに、この構造によれば、第一半導体層によって面内
均一に基板バイアス電圧な印加出来るので、各チップに
対してしきい値電圧を調整することが出来ると共に、こ
の調整により各チっプ毎に最適動作を容易に行わせるこ
とが出来る。
(実施例) 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。
第1図(A)はこの発明の電界効果トランジスタの一実
施例を示す路線的断面図で、第1図(B)はそのエネル
ギーバンド構造を示す線図である。
第1図(A)に示すように、■は基板で、例えば、半絶
縁性GaAs基板とする。2は基板11に積層させたア
ンドープ層で、例えば、厚さが2000A程度のアンド
ープGaAs層である。3はこのアンドープ層2上に積
層させた、電子親和力が大きくアクセプター型の不純物
が添加された良導電性の第一半導体層で、例えば、Be
が3 X 10 c+a−3程度添加された厚さが約5
00OAのp”−GaAs層である。この第一半導体層
3を、後述するように、基板バイアス印加用電極として
使用する。4はこの第一半導体層3上に積層され、電子
親和力の小さい第二半導体層で、例えば、厚さが約1p
m以下の、好i ましくtよ約5°OOA程度″″ドー
プM・・”6°・・7”層である。5はこの第二半導体
層4上に積層され、電子親和力が小さくドナー型の不純
物が添加された第三半導体層(変調ドーピング層)で、
この場合にはこの層5をSiがI X 10 cm−3
程度添加された厚さ約200A程度のに−AQ、、Ga
6,7A 5層とする。さらに、この層5−にに積層さ
れた層はスペーサ層6であって、厚さが約8OAのM□
、5 Ga、、7 As層からなっている。さらに、7
はこのスペーサ層6上に積層された、電子親和力の大き
い第四半導体層であって、この場合にはこの層7を厚さ
が約1000AのアンドープGaAs層とする。さらに
、8は第四半導体層7であるアンドープGaAs内の、
第三半導体層5の側、すなわち、スペーサ層6を構成す
るアンドープAQ o、3Ga、、7As層との接合界
面に蓄積された二次元電子ガスである。また、9及びl
Oは第四半導体層7を構成するアンドープGaAs層」
二に設けられAuGe電極層から成るソース及びドレイ
ン電極であり、11はこのアンドープGaAs層7上に
設けられ、Ti電極層から成るゲート電極である。そし
て、12はソース電極9及びドレイン電極lOの下側に
第三半導体層5に達するように設けた高不純物濃度領域
、例えば、AuGeを拡散させて設けたn+−領域であ
る。
このような構造のエネルギーバンド構造を第1図(B)
に示す。尚、この図において、第1図(A)に示した各
層に対応する層には同一番号を付して示す。この図から
も理解出来るよに、変調ドーピング層のre −Mo3
 Ga、、7 As層層内内電子がアンドープGaAs
層7内に拡散されて、二次元電子ガス8として蓄積され
ている。従って、この場合にも、従来と同様に、ソース
及びドレイン電極9及び10間に電圧を印加してこの層
5の界面に平行な電界を掛けると、この二次元電子ガス
8は高移動度の電子として伝導し、この伝導電子の流量
を、グーI・電極11に印加するゲート電圧によって制
御すると共に、P”−GaAs層3に対する基板バイア
ス電圧を正又は負の側へ印加することにより増加又は減
少させることが11来、しきい値電圧を負又は正の側に
シフトさせることことが出来る。
この調整は第二半導体層であるアンドープ第二半導体層
4の厚さを微小基板バイアス電圧でも第四半導体層7に
二次元電子ガス8が蓄積する程度の薄さとしたこと及び
この層4の−L下に設けられたn” −AQo、3Ga
、、7As層5びp” −GaAs層3がpin構造を
形成しているので、基板電圧程度の0.5層程度という
微小のバイアス電圧で、0.1層程度のしきい値電圧を
調整することが出来る。
又、この構造では、多層構造内の一層を構成するP’−
GaAs層3を基板バイアス印加用電極としているので
、半導体層の面内均一に基板バイアス電圧を印加出来る
ので、」−述した調整は、各チップ毎に個別に行うこと
が出来る。従って、各チップ毎に最適な動作条件、すな
わち、しきい値電圧を簡単かつ容易に調整出来ることと
なる。
尚、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもので
はない。例えば、アンドープAQ、)、3Ga、、7A
s層から成るスペーサ層6はアンドープ層7内を伝導す
る二次元電子ガス8がn” −Mo30a6.7As層
5内に形成されたSiドナーイオンによってクーロン散
乱を受けてその移動度が低下するのを回避するための層
であるので、必ずしも必要な層ではないので省略しても
良い。
さらに、上述したGaAs及びAQ、、、Ga0,7A
s材料の組み合わせを、In033Gtn7As / 
InP 、 Ga0471n6,53As/ADo、4
.yI nO,(1AS材料で置換しても良い。その場
合、GaAsをI n6.53Gos7A s又はGa
6.4.71n6)3Asに、AQ、、、 Gao、7
AsをInP又はAQ In Asにそれぞれ置換すれ
ば良い。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の電界効
果トランジスタによれば、第一半導体層をアクセプタイ
オンを高濃度に添加した、良導電性の半導体層としてこ
の半導体層を基板バイアス印加用電極としており、第二
半導体層を薄くしてあり、しかも第一、第二及び第三半
導体層でpin構造を形成するので、例えば0.5vと
いう電源電圧程度の基板バイアス電圧によって0.1v
程度のしきい値電圧を調整することが出来る。
さらに、この構造によれば、第一半導体層に、 よ・て
面内均一に基板バイアス電圧を印加出来る゛ ので、各
チ・プに対してしきい値電圧を調整することが出来ると
共に、この調整により各チップ毎に最適動作を容易に行
わせることが出来る。
従って、この発明の電界効果トランジスタはしきい値電
圧の調整の難しいGaAsヘテロ接合電界効果トランジ
スタ等の集積回路に利用して好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)及び(B)はこの発明の電界効果トランジ
スタの実施例を示す路線的断面図及びそのエネルギーバ
ンド構造を示す線図。 第2図は従来の基板バイアス電圧によってしきい値電圧
を調整出来る電界効果トランジスタを示す断面図である
。 l・・・基板、 2・・・不純物無添加層3・・・第一
半導体層、4・・・第二半導体層5・・・第三半導体層
、6・・・スペーサ層7・・・第四半導体層、8・・・
二次元電子ガス9・・・ソース電極、 lO・・・ドレ
イン電極11・・・ゲート電極、 12・・・高不純物
濃度領域。 く ;口 手続補正書(自発) 昭和58年12月29日 特許庁長官 志賀 学 殿 1事件の表示 昭和58年特許願119819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 住所(〒−105) 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 名称(029)沖電気工業株式会社 代表者 橋本 南海男 4代理人 〒170 賞(98B)5583住所 東京
都豊島区東池袋1丁目20番地5池袋ホワイトハウスビ
ル805号 明細書の特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄 6補正の内容 別紙の通り (1)、明細書の特許請求の範囲を次の通りに訂正する
。 「特許請求の範囲 1、基板の上側に電子親和力が大きくアクセプター型不
純物が添加された第一半導体層と、該第−半導体層上に
設けられ、電子親和力が小さく不純物無添加の第二半導
体層と、 該第二半導体層上に設けられ1玉■胆方JオjAドナー
型不純物が添加された第三半導体層と、 該第三導体層の上側に設けられ1五夏机方1迭工区不純
物無添加の第四半導体層と、 該第四半導体層上に設けられたソース電極、ドレイン電
極及びゲート電極と を具え、前記第一半導体層を基板バイアス印加用電極と
し、前記第二半導体層の厚さを微小基板バイアス電圧で
前記第四半導体層に二次元電子ガスを蓄積する程度の薄
さとし、該蓄積した二次元電子ガスをnチャンネルのキ
ャリアとすることを特徴とする電界効果トランジスタ。 2、前記第−及び第四半導体層をGaAsで形成し、前
記第二及び第三半導体層を?で形成したことを特徴とす
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、前記第二半導体層の厚さをIILm以下とすること
を特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の電
界効果トランジスタ。」 (2)、同、第5頁第12行の「設けられ」を「設けら
れ電子親和力が小さくJと訂正し、同頁第13行の「設
けられ」を1設けられ電子親和力が大きくjと訂正する
。 (3)、同、第11頁第5行のrAQ In As丁を
F MI、QzIn、L52Asj と訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板の上側に電子親和力が大きくアクセプター型不
    純物が添加された第一半導体層と、該第−半導体層上に
    設けられ、電子親和力が小さく不純物無添加の第二半導
    体層と、 該第二半導体層上に設けられドナー型不純物が添加され
    た第三半導体層と、 該第三導体層の上側に設けられ不純物無添加の第四半導
    体層と、 該第四半導体層上に設けられたソース電極、ドレイン電
    極及びゲート電極と を具え、前記第一半導体層を基板バイアス印加用電極と
    し、前記第二半導体層の厚さを微小基板バイアス電圧で
    前記第四半導体層に二次元電子ガスを蓄積する程度の薄
    さとし、該蓄積した二次元電子ガスをnチャンネルのキ
    ャリアとすることを特徴とする電界効果トランジスタ。 2、前記第−及び第四半導体層をGaAsで形成し、前
    記第二及び第三半導体層をAQ Ga Asで形成した
    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、前記第二半導体層の厚さを1gm以下とすることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の電界
    効果トランジスタ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6386575A (ja) * 1986-09-30 1988-04-16 Toshiba Corp ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPH01173760A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPH01235325A (ja) * 1988-03-16 1989-09-20 Fujitsu Ltd 半導体装置
US5172197A (en) * 1990-04-11 1992-12-15 Hughes Aircraft Company Hemt structure with passivated donor layer

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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