JPH0311767A - Velocity modulation type field-effect transistor - Google Patents
Velocity modulation type field-effect transistorInfo
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はへテロ接合を用いた電界効果トランジスタ(F
ield−Effect Transistor:以下
、FETと略する)、特に速度変調型FETとよばれる
素子に係わり、その速度制御特性を改良するためのFE
TfN造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a field effect transistor (F) using a heterojunction.
Field-Effect Transistor (hereinafter abbreviated as FET), particularly related to an element called a speed modulation type FET, and an FE for improving its speed control characteristics.
Regarding TfN construction.
(従来の技術)
第8図にヴインター(Vinter)とターデラ(Ta
rdella)によってアプライド・フィズクス・レタ
ーズ(Appl、Phys、Lett、)第50巻、7
号、410頁(1987年)に報告された速度変調型F
ETの素子断面図を示す。図に於て、1は半絶縁性(S
、1.)GaAs基板、83はノンドープGaAsから
成る第1のチャネル層、84はノンドープA1o、3G
ao、7Asから成るポテンシャルバリヤ層、85はn
型GaAsから成る第2のチャネル層(量子井戸層)、
86はゲート絶縁層でありノンドープA1o、3Gao
、7A3から構成されている。ゲート絶縁層86の表面
にはゲート電極8が形成されている。イオン注入により
n壁領域Is 、IDを形成後、ソース電極98゜ドレ
イン電極9Dが蒸着によって形成されることにより、チ
ャネル層83.85とのオーム性接触をとっである。(Prior art) Figure 8 shows Vinter and Tadela.
Applied Physics Letters (Appl, Phys, Lett,) Volume 50, 7
Speed modulation type F reported in No. 410 (1987)
A cross-sectional view of an ET element is shown. In the figure, 1 is semi-insulating (S
, 1. ) GaAs substrate, 83 is a first channel layer made of non-doped GaAs, 84 is non-doped A1o, 3G
ao, potential barrier layer consisting of 7As, 85 is n
a second channel layer (quantum well layer) made of type GaAs;
86 is a gate insulating layer, which is non-doped A1o, 3Gao.
, 7A3. A gate electrode 8 is formed on the surface of the gate insulating layer 86. After forming the n-wall regions Is and ID by ion implantation, a source electrode 98.degree. and a drain electrode 9D are formed by vapor deposition to make ohmic contact with the channel layer 83,85.
第9図は熱平衡状態に於けるこの素子のゲート下のバン
ドダイヤグラムである。このような速度変調型FETは
以下のようにして機能する。キャリア濃度(ns)の低
い状態では、第9図に示すように、第1のチャネル層8
3が第2のチャ゛ネル層85より厚いため、第1のチャ
ネルにおける電子の基底準位E1は第2のチャネルに於
ける電子の基底準位E1より低エネルギーである。しか
しながら、ゲートに順電圧を印加し、nsが高い状態に
なると第2のチャネル層の伝導帯が下がってくるため、
E12の方がEllより低エネルギーに−なる。サブバ
ンドE11とE12が交差するゲート電圧vc(遷移電
圧)を境として、それより低ゲート電圧では、多数の電
子が高電子移動度のノンドープGaAs (第1のチャ
ネル層)中を走行するが、高ゲート電圧は逆に低電子移
動度のn型GaAs (第2のチャネル層)中を走行す
るようになるため負の伝達コンダクタンスが得られる。FIG. 9 is a band diagram under the gate of this device at thermal equilibrium. Such a speed modulation type FET functions as follows. In a state where the carrier concentration (ns) is low, as shown in FIG.
3 is thicker than the second channel layer 85, the ground level E1 of electrons in the first channel is lower in energy than the ground level E1 of electrons in the second channel. However, when a forward voltage is applied to the gate and ns becomes high, the conduction band of the second channel layer decreases.
E12 has lower energy than Ell. At lower gate voltages than the gate voltage vc (transition voltage) where subbands E11 and E12 intersect, many electrons travel through non-doped GaAs (first channel layer) with high electron mobility; Conversely, a high gate voltage travels through n-type GaAs (second channel layer) with low electron mobility, resulting in negative transfer conductance.
(発明が解決しようとする問題点)
ここで−例として取り上げた速度変調型FETの特徴は
ノンドープGaAsとn型GaAsに於て電子移動度に
差が生じることを利用して速度変調を行うものである。(Problems to be Solved by the Invention) The characteristic of the velocity modulation type FET taken as an example here is that velocity modulation is performed by utilizing the difference in electron mobility between non-doped GaAs and n-type GaAs. It is.
ここで、0.25μm以下の微細ゲー) FETではチ
ャネルに高電界が加わるため、このような素子の伝達コ
ンダクタンスは低電界移動度よりも寧ろ、飽和速度によ
って決まるようになると考えられる。富澤(Tomiz
awa)らがアイ・イー・イー・イー・エレクトロン・
デバイス・レターズ(IEEE ElectronDe
vice Lett、)、第EDL−5巻、11号、4
64頁(1984年)に報告しているように、ノンドー
プGaAsとn型GaAsの電子飽和速度は殆ど同じで
あるので、従来の速度変調型FETの微細ゲートでの有
効性は疑わしい。Here, since a high electric field is applied to the channel of a microgauge (0.25 μm or less) FET, the transfer conductance of such a device is considered to be determined by the saturation speed rather than the low electric field mobility. Tomizawa
awa) et al.
Device Letters (IEEE ElectronDe
vice Lett, ), EDL Volume-5, No. 11, 4
As reported on page 64 (1984), since the electron saturation speeds of non-doped GaAs and n-type GaAs are almost the same, the effectiveness of conventional velocity modulation type FETs in fine gates is doubtful.
また、従来の速度変調型FETでは第1チヤネルに於け
るエネルギーバンド形状がnsとともに大幅に変化する
ため、基底準位がゲート電圧によってシフトし、Vcの
制御方法が悪く素子設計が難しいという問題点があった
。In addition, in conventional velocity modulation type FETs, the energy band shape in the first channel changes significantly with ns, so the ground level shifts depending on the gate voltage, and the problem is that the control method of Vc is poor and device design is difficult. was there.
本発明は、素子のキャリア輸送特性が飽和速度に依って
支配されるような超微細ゲートにおいても良好な速度変
調の行えると共に、素子設計が様であるFETを提供す
るものである。The present invention provides an FET in which good velocity modulation can be performed even in an ultra-fine gate whose carrier transport characteristics are dominated by the saturation velocity, and in which the element design is flexible.
(問題を解決するための手段)
本発明に依れば、キャリアがトンネル効果によって透過
できる厚みを有するポテンシャルバリヤ層を介して形成
された一対の量子井戸層をチャネル層として有し、該チ
ャネル層とゲート絶縁層を介して設置されたゲート電極
に電圧を印加することによって電荷制御をなす電界効果
トランジスタであって、前記一対の量子井戸層は、各量
子井戸層に形成される一対のキャリアの基底準位のエネ
ルギー大小関係がゲート電圧の高低に応じて入れ換わる
ように形成されると共に、前記一対の量子井戸層が互い
にキャリアの有効質量の異なる材料から構成されている
事を特徴とする速度変調電界効果トランジスタが得られ
る。(Means for Solving the Problem) According to the present invention, a pair of quantum well layers formed through a potential barrier layer having a thickness that allows carriers to pass through by tunneling effect is provided as a channel layer, and the channel layer A field effect transistor that performs charge control by applying a voltage to a gate electrode provided through a gate insulating layer, the pair of quantum well layers having a charge control function of a pair of carriers formed in each quantum well layer. The quantum well layer is formed so that the energy magnitude relationship of the ground level is switched depending on the level of the gate voltage, and the pair of quantum well layers are made of materials having different effective masses of carriers. A modulated field effect transistor is obtained.
さらにこのチャネル層に対して、電荷を供給すべく、不
純物がドーピングされた電荷供給層をチャネル層とは別
に設けると、電流駆動能力が向上できる。また、電流駆
動能力を向上させる別の手段として、チャネル層に不純
物をドーピングしても良い。Furthermore, if a charge supply layer doped with impurities is provided separately from the channel layer in order to supply charges, the current driving ability can be improved. Furthermore, as another means of improving the current drive ability, the channel layer may be doped with impurities.
(作用)
従来技術による速度変調型FETはいずれもキャリアの
実空間遷移が起こる一対のチャネル層が同じ材料から構
成され不純物ドーピングの有無によって(あるいはキャ
リア供給層を空間的に分離するスペーサ層の有無によっ
て)電子移動度の差がつくられていた。微細チャネルに
おいても速度変調を良好に行うためには、一対のチャネ
ルにおいてキャリアの低電界移動度のみならず飽和速度
も異なるようにすればよい。即ち、各々のチャネルに異
なる材料を採用すればよい。(Function) In all of the velocity modulation type FETs according to the prior art, a pair of channel layers in which real-space transition of carriers occurs are made of the same material, and depending on the presence or absence of impurity doping (or the presence or absence of a spacer layer that spatially separates the carrier supply layer) ) that created a difference in electron mobility. In order to perform velocity modulation well even in a fine channel, it is sufficient to make the pair of channels different in not only the low electric field mobility but also the saturation velocity of carriers. That is, different materials may be employed for each channel.
また、第1、第2のチャネルとして、トンネルバリヤ層
を介してカップルした一対の量子井戸層を採用すること
により、基底準位は電子有効質量と井戸幅によって制御
できるようになるため、素子せつけいも容易になる。In addition, by employing a pair of quantum well layers coupled through a tunnel barrier layer as the first and second channels, the ground level can be controlled by the effective electron mass and the well width. It also becomes easier.
(実施例)
第1図に本発明の第一の実施例の速度変調型FETの素
子断面図を示す。この様な素子は以下のようにして作製
される。S、1.GaAs基板1上に例えば分子線エピ
タキシャル成長法により、ノンドープAlo、2Ga□
、BAsバッファ層2を111m、 ノンドープIn
□、2Gao、BSaから成る第1の量子井戸チャネル
層を10OA、ノンドープAIo、2Gao、BAsか
ら成るポテンシャルバリヤ層4を50A1 ノンドープ
GaAsから成る第2の量子井戸チャネル層5を10O
A、ノンドープAlo、4Ga□、6Asから成るゲー
ト絶縁層6を500A、順次成長する。次にゲート絶縁
層6上にゲート電極8を形成する。イオン注入によって
、n型頭域Is、IDを形成後、ソース電極9Sとドレ
イン電極9Dを蒸着によって形成することにより、チャ
ネル層3,5とのオーム性接触をとる。ここでInGa
AsとAlGaAsは格子定数が異なるが、In□、2
Gao、BAs層をミスフィツト転位の発生する臨界膜
厚(約150A)以下にすることに依って、弾性歪が格
子不整を緩和する正格子層となり良好な界面が形成され
ることが知られている。(Example) FIG. 1 shows a cross-sectional view of a velocity modulation type FET according to a first example of the present invention. Such an element is manufactured as follows. S, 1. Non-doped Alo, 2Ga□ is deposited on the GaAs substrate 1 by, for example, molecular beam epitaxial growth.
, BAs buffer layer 2 of 111 m, non-doped In
The first quantum well channel layer made of □, 2Gao, and BSa is 10OA; the potential barrier layer 4 is made of non-doped AIo, 2Gao, and BAs is made of 50A1; the second quantum well channel layer 5 is made of non-doped GaAs is made of 10O
A gate insulating layer 6 made of non-doped A, 4Ga□, and 6As is sequentially grown to a thickness of 500A. Next, a gate electrode 8 is formed on the gate insulating layer 6. After forming n-type head regions Is and ID by ion implantation, ohmic contact with the channel layers 3 and 5 is established by forming a source electrode 9S and a drain electrode 9D by vapor deposition. Here InGa
Although As and AlGaAs have different lattice constants, In□,2
It is known that by making the Gao or BAs layer less than the critical thickness (approximately 150A) at which misfit dislocations occur, elastic strain becomes a positive lattice layer that alleviates lattice misalignment, forming a good interface. .
第2図は第1図に示した本発明による第一の実施例の熱
平衡状態に於けるバンドダイヤグラムである。ここで、
2から8の数字は第1図に於けるそれに対応する。El
l、El2は、各々第1のチャネル3と第2のチャネル
5に於ける電子の基底準位である。FIG. 2 is a band diagram of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in a thermal equilibrium state. here,
The numbers 2 to 8 correspond to those in FIG. El
l and El2 are the ground levels of electrons in the first channel 3 and the second channel 5, respectively.
Ino、2Ga□、8AsとQaAsの間には約290
meVのバンドギャップ差が存在するので、その60%
が伝導帯オフセットになるとして、第1の量子井戸層3
の伝導帯の底は第2の量子井戸層5のそれより約170
meVだけ深くなっている。この実施例では第1と、第
2のチャンネル層は等しい膜厚なので基底準位El1と
El2の伝導帯の底からの高さは同程度になっている。There is about 290 between Ino, 2Ga□, 8As and QaAs.
Since there is a meV band gap difference, 60% of that
becomes a conduction band offset, the first quantum well layer 3
The bottom of the conduction band is about 170 degrees lower than that of the second quantum well layer 5.
It is deeper by meV. In this embodiment, since the first and second channel layers have the same film thickness, the heights of the ground levels El1 and El2 from the bottom of the conduction band are approximately the same.
サブバンドE11とEl2が交差するゲート電圧をVc
とする。ゲート電圧がVc以下の状態では第3図(a)
のように、InGaAsチャネル3のバンドギャップが
GaAsチャネル5のそれより小さいため、ElはEl
より低エネルギーであり、殆ど全ての電子はInGaA
s層中を走行する。しかしながら、ゲート電圧がVc以
上になると、第2のチャネル層の伝導帯が下がってくる
ため、第3図(b)のように、Elの方がEl1より低
エネルギーになりGaAsチャネル5の占有確率がIn
GaAsチャネル3を上回るようになる。ゲート電圧が
Vcを境として、それより低ゲート電圧では、多数の電
子がノンドープInGaAs中を走行するが、高ゲート
電圧では逆に多数の電子はノンドープGaAs中を走す
るようになる。ヘンダースン(Henderson)ら
がアイ・イー・イー・イー・エレクトロン・デバイス・
レターズ(IEEE Electron Device
Lett、)、第EDL−7巻、288頁(1986年
)に報告したように、Ino、2Gao、BAs歪層に
於ける電子飽和速度はGaAsのそれの約1.5倍と高
いので、素子のキャリア輸送特性が飽和速度に依って支
配されるような超微細ゲートにおいても良好な速度変調
が行える。The gate voltage at which subbands E11 and El2 intersect is Vc.
shall be. Figure 3(a) when the gate voltage is below Vc.
Since the bandgap of InGaAs channel 3 is smaller than that of GaAs channel 5, El is
Lower energy, almost all electrons are InGaA
Runs in the s layer. However, when the gate voltage exceeds Vc, the conduction band of the second channel layer decreases, and as shown in FIG. 3(b), El has lower energy than El1, and the probability of occupation of the GaAs channel 5 In
It comes to exceed GaAs channel 3. When the gate voltage is lower than Vc, a large number of electrons travel through non-doped InGaAs, but when the gate voltage is high, on the contrary, many electrons travel through non-doped GaAs. Henderson et al.
Letters (IEEE Electron Device
Lett, ), EDL-7, p. 288 (1986), the electron saturation velocity in Ino, 2Gao, and BAs strained layers is about 1.5 times higher than that of GaAs, so the device Good velocity modulation can be achieved even in ultrafine gates whose carrier transport characteristics are dominated by the saturation velocity.
ここで、電圧Vcを簡単に見積もってみる。ElとE1
2伝導帯の底から測った高さほぼ同じと見なすと、第2
のチャネル層(バッファlチャネル界面から200Aの
位置)が第1のチャネル層(バッファlチャネル界面か
ら50Aの位置、バッファlチャネル界面からの真空電
位降下をΔV1とする)より伝導帯不連続(約170m
eV)だけ低エネルギーになる状態がEllとEl2の
交差する条件である。VCをVc = VOFF+ΔV
c(VOFF:EFTのしきい値電圧)とおくと、ゲー
ト電圧がVcの時のゲート界面(バッファlチャネル界
面から75OAの位置)の真空電位はバッファーチャネ
ル界面よりΔVcだけ低エネルギーになる。電界が一様
であると仮定すると、ΔVcは下式を解くことによって
得られる。Here, let us briefly estimate the voltage Vc. El and E1
Assuming that the heights measured from the bottom of the two conduction bands are almost the same, the second
The channel layer (position 200A from the buffer l-channel interface) has a conduction band discontinuity (approximately 170m
The condition where Ell and El2 intersect is a state in which the energy becomes lower by eV). VC=VOFF+ΔV
If c (VOFF: threshold voltage of EFT) is set, the vacuum potential at the gate interface (at a position 75 OA from the buffer channel interface) when the gate voltage is Vc has lower energy than the buffer channel interface by ΔVc. Assuming that the electric field is uniform, ΔVc can be obtained by solving the following equation.
ΔVc ΔV1 + 170meV Δ
v1750A 200A
50Aこれから、ΔVc〜850meVとなることが分
かる。このように本発明では基底準位が量子井戸層の膜
厚によって一意的に決まり、バイアス依存性を持たない
ため、遷移電圧Vcの制御が容易であり、素子の設計性
も向上する。ΔVc ΔV1 + 170meV Δ
v1750A 200A
50A, it can be seen that ΔVc~850meV. In this way, in the present invention, the ground level is uniquely determined by the thickness of the quantum well layer and has no bias dependence, so that the transition voltage Vc can be easily controlled and the designability of the element can be improved.
第4図に本発明の第二の実施例の速度変調型FETの素
子断面図を示す。図に於て、IはS、1.GaAs基板
、42はノンドープGaAsから成るバッファ層、43
はノンドープIno、2Ga□、BAsから成る第1の
量子井戸チャネル層、44はノンドープAI0.2Ga
g、BA3から成るポテンシャルバリヤ層、45はノン
ドープGaAsから成る第2の量子井戸チャネル層、4
6は不純物濃度18 3
2X107cmのn型A1o、2GaO08A8から成
るゲート絶縁層(電子供給層)で、47はキャップ層で
不純物濃度5X10181cm3のn型GaAsから構
成されている。FIG. 4 shows a cross-sectional view of a velocity modulation type FET according to a second embodiment of the present invention. In the figure, I is S, 1. GaAs substrate, 42 a buffer layer made of non-doped GaAs, 43
44 is a first quantum well channel layer made of non-doped Ino, 2Ga□, and BAs, and 44 is a non-doped AI0.2Ga layer.
g, a potential barrier layer made of BA3; 45, a second quantum well channel layer made of non-doped GaAs; 4;
6 is a gate insulating layer (electron supply layer) made of n-type A1o, 2GaO08A8 with an impurity concentration of 18 3 2×10 7 cm, and 47 is a cap layer made of n-type GaAs with an impurity concentration of 5×10 181 cm 3 .
キャップ層47を越えて形成されたリセス部G÷はゲー
ト電極8が形成されている。また、チャネル層43と4
5中には2次元電子ガスが生成されている。A gate electrode 8 is formed in the recessed portion G÷ formed beyond the cap layer 47. In addition, channel layers 43 and 4
5, a two-dimensional electron gas is generated.
キャップ層47表面にソース電極9S、ドレイン電極9
Dを蒸着により形成後、アロイ領域As、ADが形成さ
れて、チャネル層43.45とのオーム性接触をとっで
ある。A source electrode 9S and a drain electrode 9 are provided on the surface of the cap layer 47.
After forming D by vapor deposition, alloy regions As, AD are formed to make ohmic contact with the channel layer 43, 45.
第5図は熱平衡状態に於けるこの素子のゲート下のバン
ドダイヤグラムである。ここで、8.42〜46の数字
は第5図に於けるそれに対応する。FIG. 5 is a band diagram under the gate of this device at thermal equilibrium. Here, the numbers 8.42 to 46 correspond to those in FIG.
Ell、E12は、各為第1のチャネル43と第2のチ
ャネル45に於ける電子の基底準位である。このような
素子に於ても第一の実施例と同様な仕組みで良好な速度
変調を実現することが出来る。第一の実施例では電荷供
給層がないため、充分な電流駆動能力が得られなかった
が、このような構造をとることによって電流駆動能力の
向上も可能になる。Ell and E12 are the ground levels of electrons in the first channel 43 and the second channel 45, respectively. Even in such an element, good velocity modulation can be achieved using the same mechanism as in the first embodiment. In the first embodiment, since there was no charge supply layer, sufficient current driving ability could not be obtained, but by adopting such a structure, it is also possible to improve the current driving ability.
第6図に本発明の第三の実施例の速度変調型FETの素
子断面図を示す。図に於て、IはS、1.GaAs基板
、62はノンドープGaAsから成るバッファ層、63
はノンドープIno、2Gao、BAsから成る第1の
量子井戸チャネル層、64はノンドープAIo、2Ga
o、BAsから成るポテンシャルバリヤ層、65は不純
物濃度6×1010171Cのn型GaAsから成る第
2の量子井戸チャネル層、66はゲート絶縁層でノンド
ープAlo、4Gao、6Asかも構成されている。ゲ
ート絶縁層66の表面にはゲート電極8が形成されてい
る。イオン注入によってn壁領域Is、IDを形成後、
ソース電極9S、ドレイン電極98.ドレイン電極9D
が蒸着により形成され、チャネル層63.65とのオー
ム性接触をとっである。FIG. 6 shows a cross-sectional view of a velocity modulation type FET according to a third embodiment of the present invention. In the figure, I is S, 1. GaAs substrate, 62 is a buffer layer made of non-doped GaAs, 63
64 is a first quantum well channel layer made of non-doped Ino, 2Gao, BAs, and 64 is non-doped AIo, 2Ga.
o, a potential barrier layer made of BAs; 65, a second quantum well channel layer made of n-type GaAs with an impurity concentration of 6×1010171 C; and 66, a gate insulating layer made of non-doped Alo, 4Gao, and 6As. A gate electrode 8 is formed on the surface of the gate insulating layer 66. After forming n-wall regions Is and ID by ion implantation,
Source electrode 9S, drain electrode 98. Drain electrode 9D
are formed by vapor deposition and are in ohmic contact with the channel layer 63,65.
第7図は熱平衡状態に於けるこの素子のゲート下のバン
ドダイヤグラムである。ここで、8.62〜66の数字
は第6図に於けるそれに対応する。FIG. 7 is a band diagram under the gate of this device at thermal equilibrium. Here, the numbers 8.62 to 66 correspond to those in FIG.
Ell、E12は、各々第1のチャネル63と第2のチ
ャネル65に於ける電子の基底準位である。このような
素子に於ては、InGaAsとGaAsの電子飽和速度
の違いに基づく速度変調効果と、従来の速度変調FET
と同様な原理(即ち、チャネルに於けるドーピングの有
無に伴う移動度の違い)の基づく電子移動度変調効果が
相まって、極めて良好な電流変調が実現可能である。ま
た、この実施例ではチャネルがn形半導体で構成されて
いるため、第二の実施例と同様に高い電流駆動能力が得
られる。この第三の実施例の変形として、第一の量子井
戸チャネル層にn型不純物を10181cm3.第2の
量子井戸チャネル層にn型不純物を5X10 /amを
各々ドーピングした場合についても発明の効果が得られ
る。Ell and E12 are the ground levels of electrons in the first channel 63 and the second channel 65, respectively. In such devices, there is a speed modulation effect based on the difference in electron saturation speed between InGaAs and GaAs, and a conventional speed modulation FET.
Combined with the electron mobility modulation effect based on the same principle (that is, the difference in mobility depending on the presence or absence of doping in the channel), extremely good current modulation can be achieved. Further, in this embodiment, since the channel is made of an n-type semiconductor, a high current driving capability can be obtained as in the second embodiment. As a variation of this third embodiment, the first quantum well channel layer is doped with n-type impurities at 10181 cm3. The effects of the invention can also be obtained when the second quantum well channel layer is doped with an n-type impurity of 5×10 /am.
以上の実施例ではAlGaAs/InGaAs/GaA
s歪系を用いて本発明を説明したが、本発明はAlO,
48Ino、52AS/Gao4□−xIno、53+
xAS/Gao 4□Ino、53AS歪系等の他の材
料系でも実現可能である。In the above embodiments, AlGaAs/InGaAs/GaA
Although the present invention has been explained using an s strain system, the present invention also applies to AlO,
48Ino, 52AS/Gao4□-xIno, 53+
It is also possible to realize other material systems such as xAS/Gao 4□Ino and 53AS strained systems.
(発明の効果)
以上の発明の詳細な説明から明らかなように、本発明に
よれば、互いに異なる材料から成り、トンネルバリヤを
介して隣接配置された一対の量子井戸層をチャネルとし
て有することにより、速度変調型FETの電流変調特性
を大幅に改善できると共に、キャリアの基底準位は有効
質量と井戸幅によって制御できるため、素子設計も容易
になる。(Effects of the Invention) As is clear from the above detailed description of the invention, according to the present invention, a pair of quantum well layers made of different materials and disposed adjacent to each other with a tunnel barrier interposed therebetween are used as channels. , the current modulation characteristics of the velocity modulation FET can be greatly improved, and the carrier ground level can be controlled by the effective mass and well width, making device design easier.
チャネル層に対する電荷供給層として不純物をドーピン
グした半導体層を設けると十分な電流駆動能力が得られ
る。また、チャネル層に不純物をドーピングすれば、速
度変調効果が増幅される他、電流駆動能力を高めること
ができる。Sufficient current driving capability can be obtained by providing a semiconductor layer doped with impurities as a charge supply layer for the channel layer. Further, by doping the channel layer with impurities, the velocity modulation effect can be amplified and the current driving ability can be increased.
第1図は本発明による第一の実施例の素子構造断面図、
第2図は第一の実施例の熱平衡に於けるポテンシャルバ
ンド図、第3図は本発明の速度変調動作を示すポテンシ
ャルバンド図、第4図は本発明による第二の実施例の素
子構造断面図、第5図は第二の実施例の熱平衡に於ける
ポテンシャルバンド図、第6図は本発明による第三の実
施例の素子構造断面図、第7図は第三の実施例の熱平衡
に於けるポテンシャルバンド図、第8図は従来技術によ
る速度変調型FETの一例の素子構造断面図で、第9図
は従来の速度変調型FETの熱平衡に於けるポテンシャ
ルバンド図である。
図に於て、
1・8.1.GaAs基板、2,4,6,44,64,
66.84.86・・・ノンドープAlGaAs層、3
,43.63・・・・−・ノンドープInGaAs歪層
、5.42,45,62.83・・・ノンドープGaA
s層、8・・・ショットキーゲート電極、9S、9D−
0,オーム性電極、46−n型AlGaAs層、47,
65.85・n型GaAs層、AS、AD・・・アロイ
領域、IS、ID・・・n型注入領域、El 、El・
・・電子基底準位である。FIG. 1 is a sectional view of the element structure of the first embodiment according to the present invention;
Fig. 2 is a potential band diagram in thermal equilibrium of the first embodiment, Fig. 3 is a potential band diagram showing the velocity modulation operation of the present invention, and Fig. 4 is a cross section of the element structure of the second embodiment according to the present invention. 5 is a potential band diagram in thermal equilibrium of the second embodiment, FIG. 6 is a cross-sectional view of the element structure of the third embodiment according to the present invention, and FIG. 7 is a potential band diagram in thermal equilibrium of the third embodiment. FIG. 8 is a sectional view of an element structure of an example of a velocity modulation type FET according to the prior art, and FIG. 9 is a potential band diagram of a conventional velocity modulation type FET in thermal equilibrium. In the figure, 1.8.1. GaAs substrate, 2, 4, 6, 44, 64,
66.84.86...Non-doped AlGaAs layer, 3
,43.63...--Non-doped InGaAs strained layer, 5.42,45,62.83...Non-doped GaA
s layer, 8... Schottky gate electrode, 9S, 9D-
0, ohmic electrode, 46-n-type AlGaAs layer, 47,
65.85・n-type GaAs layer, AS, AD...alloy region, IS, ID...n-type implantation region, El, El・
...It is the electronic ground level.
Claims (3)
を有するポテンシャルバリア層を介して形成された一対
の量子井戸層をチャネル層として有し、該チャネル層と
ゲート絶縁層を介して設置されたゲート電極に電圧を印
加することによって電荷制御をなす電界効果トランジス
タであって、前記一対の量子井戸層は、各量子井戸層に
形成される一対のキャリアの基底準位のエネルギー大小
関係がゲート電圧の高低に応じて入れ換わるように形成
されると共に、前記一対の量子井戸層が互いにキャリア
の有効質量の異なる材料から構成されていることを特徴
とする速度変調型電界効果トランジスタ。(1) A pair of quantum well layers are formed as a channel layer through a potential barrier layer having a thickness that allows carriers to pass through by tunneling effect, and a gate electrode is provided through the channel layer and a gate insulating layer. A field effect transistor that performs charge control by applying a voltage, and the pair of quantum well layers has a relationship in energy level between the ground levels of a pair of carriers formed in each quantum well layer depending on the level of the gate voltage. 1. A velocity modulation field effect transistor, wherein the pair of quantum well layers are formed so as to be exchanged according to each other, and the pair of quantum well layers are made of materials having different effective masses of carriers.
トランジスタにおいて、前記一対の量子井戸層の少なく
とも一方に2次元キャリアガスが生成されるべく前記一
対の量子井戸層を除く少なくとも1層の半導体層に不純
物がドーピングされた電荷供給層を備えてなることを特
徴とする速度変調型電界効果トランジスタ。(2) In the velocity modulation field effect transistor according to claim 1, at least one layer other than the pair of quantum well layers is to generate a two-dimensional carrier gas in at least one of the pair of quantum well layers. A speed modulation field effect transistor comprising a semiconductor layer doped with a charge supply layer.
トランジスタにおいて、前記一対の量子井戸層の少なく
とも一方に不純物がドーピングされていることを特徴と
する速度変調型電界効果トランジスタ。(3) The speed modulation type field effect transistor according to claim 1, wherein at least one of the pair of quantum well layers is doped with an impurity.
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JP14754589A JP2811753B2 (en) | 1989-06-09 | 1989-06-09 | Speed modulation type field effect transistor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5486705A (en) * | 1993-06-15 | 1996-01-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Heterojunction field effect transistor |
JP2001185559A (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti | Negative resistance field effect transistor |
JPWO2007026616A1 (en) * | 2005-08-31 | 2009-03-26 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Negative resistance field effect element and high frequency oscillation element |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1989
- 1989-06-09 JP JP14754589A patent/JP2811753B2/en not_active Expired - Fee Related
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