JPH0653252A - 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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JPH0653252A
JPH0653252A JP20254992A JP20254992A JPH0653252A JP H0653252 A JPH0653252 A JP H0653252A JP 20254992 A JP20254992 A JP 20254992A JP 20254992 A JP20254992 A JP 20254992A JP H0653252 A JPH0653252 A JP H0653252A
Authority
JP
Japan
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layer
gate
compound semiconductor
drain
effect transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP20254992A
Other languages
English (en)
Inventor
Madoka Nishikawa
円 西川
Koji Matsumura
浩二 松村
Yasoo Harada
八十雄 原田
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高電界が印加されるドレイン側のゲート端に
おいても電子速度が飽和せず、ゲート下の電子の走行時
間を短縮して素子特性の向上を図れる電界効果トランジ
スタを提供する。 【構成】 ソース1,ドレイン2間のチャネル層11が、
ソース1側のn−GaAs層12とドレイン2側のアンドープ
GaAs層13とから形成され、その境界はゲート3の下方に
位置する。n−GaAs層12にて加速された電子はホット電
子となって、減速することなくアンドープGaAs層13内を
通過する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジスタ
に関し、特に、高速動作性が要求される高周波用電界効
果トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、従来のMESFET(Metal-Se
miconductor FET)の構成を示す概略図である。図中1,
2はソース,ドレインであり、ソース1,ドレイン2間
にはn−GaAsからなるチャネル層31が設けられ、チャネ
ル層31上にゲート3が形成されている。また、図2は、
従来のHEMT(High Electron Mobility Transistor)
の構成を示す概略図であり、ソース1,ドレイン2間に
は、n−AlGaAsからなる電子供給層41及びGaAsからなる
チャネル層42が設けられ、電子供給層41上にゲート3が
形成されている。
【0003】以上のような電界効果トランジスタにおけ
るチャネルコンダクタンスGは、下記(1)式で与えら
れる。 G=q・μeff ・N …(1) 但し、q:キャリアの電荷 μeff :実効的なキャリアの移動度 N:キャリア濃度 電界効果トランジスタは、ゲートに印加する電圧を変化
させることによって、チャネルコンダクタンスGを変化
させるが、その変化量ΔGは下記(2)式で与えられ
る。 ΔG=q・Δμeff ・N+q・μeff ・ΔN …(2)
【0004】そして、電界効果トランジスタでは、上記
(2)式の第2項、つまりキャリア濃度Nを変化させる
ことによってチャネルコンダクタンスGを変化させてい
る。このキャリア濃度Nの変化量は、ゲート下方におけ
るキャリアの充放電の時間によって制御され、その充放
電時間はゲート下のキャリア(電子)の走行時間より短
くなることはない。このキャリア(電子)の走行時間τ
は、ゲート長をLg 、電子の飽和速度をVSAT として、
下記(3)式にて与えられる。 τ=Lg /VSAT …(3) 従って、高速動作を行うためには、ゲート長Lg を短く
するか、または飽和速度VSAT を大きくする必要があ
る。
【0005】図3,図4は、図1,図2に示すような構
成を有するMESFET,HEMTにおけるソース・ド
レイン間電界E(横軸)と電子の速度v(縦軸)との関
係を示すグラフである。何れの電界効果トランジスタに
おいても、電界Eが大きくなるとその飽和速度VSAT
最高速度(MESFETでは2×107 cm/sec., HEM
Tでは3×107 cm/sec.)の半分程度に落ちてしまうこ
とがわかる。
【0006】電界効果トランジスタの動作時には、ドレ
イン側のゲート端に大部分のドレイン電圧が印加されて
いるので、その部分に高電界が発生する。図3,図4の
結果からわかるように、電子の速度は高電界領域におい
ては飽和して低くなり、電子の速度はこの高電界領域に
て律速されているといえる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電界効果トランジスタでは、ドレイン側のゲート端での
高電界領域にて電子の速度が律速されていて、その領域
に速度飽和が起きて速度が低下し、ゲート下における電
子の走行時間が長くかかって、高速動作を行えないとい
う問題点がある。
【0008】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、チャネル層内における電子の速度を速くして、
高速動作に適した電界効果トランジスタを提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願の第1発明に係る電
界効果トランジスタは、化合物半導体からなるチャネル
層を有する電界効果トランジスタにおいて、ソース側の
ドープ型化合物半導体層とドレイン側のアンドープ型化
合物半導体層とにより前記チャネル層が形成され、該両
化合物半導体層の境界はゲート下方に位置していること
を特徴とする。
【0010】本願の第2発明に係る電界効果トランジス
タは、化合物半導体からなる電子供給層及びチャネル層
を有する電界効果トランジスタにおいて、ソース側の第
1化合物半導体層と該第1化合物半導体層よりバンドギ
ャップが小さいドレイン側の第2化合物半導体層とから
前記チャネル層が形成され、該両第1,第2化合物半導
体層の境界はゲート下方に位置していることを特徴とす
る。
【0011】
【作用】第1発明では、チャネル層内の電子が、ドープ
型の化合物半導体層内にて加速されてゲート下方に進
み、最高速度を維持してアンドープ型の化合物半導体層
に進入する。このアンドープ型の化合物半導体層には高
電界が印加されているが、両化合物半導体層のポテンシ
ャルの差によって、進入した電子はホット電子となり、
減速することなくこのアンドープ型の化合物半導体層内
を通過する。従って、ゲート下方の電子の走行時間は従
来例に比べて短縮される。
【0012】第2発明では、電子供給層から供給された
電子がチャネル層内において、第1化合物半導体層内に
て加速されてゲート下方に進み、最高速度を維持して第
2化合物半導体層に進入する。この第2化合物半導体層
には高電界が印加されているが、第1,第2化合物半導
体層のポテンシャルの差によって、進入した電子はホッ
ト電子となり、減速することなくこの第2化合物半導体
層内を通過する。従って、ゲート下方の電子の走行時間
は従来例に比べて短縮される。
【0013】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。
【0014】(第1実施例)図5は、本発明に係る第1
実施例の電界効果トランジスタ(MESFET)の構成
を示す概略図である。図中1,2はソース,ドレインで
あり、ソース1,ドレイン2間にはチャネル層11(チャ
ネル長:2μm)が設けられ、チャネル層11上にゲート
3(ゲート長Lg :0.2 μm)が形成されている。チャ
ネル層11は、ソース1側のn−GaAs層12(不純物濃度:
1×1017cm-3)とドレイン2側のアンドープGaAs層13と
から形成されている。n−GaAs層12とアンドープGaAs層
13との境界はゲート3下の中央に位置している。なお、
図5ではソース1,ドレイン2とオーミックコンタクト
をとるための高不純物濃度層(n+ −GaAs層)は省略し
ている。
【0015】次に、このような構成の本発明のMESF
ETの製造工程について簡単に説明する。まず、半絶縁
性のGaAs基板上にアンドープのGaAs層をエピタキシャル
成長させる。次いで、レジストをマスクとした選択的イ
オン注入により、n−GaAs層及びn+ −GaAs層を形成し
た後、ソース, ドレイン, ゲートを金属蒸着法を用いて
形成する。
【0016】次に、チャネル層11内における電子の流れ
について説明する。図6は、本発明のMESFETにお
けるソース・ドレイン間電界E(横軸)と電子の速度v
(縦軸)との関係を示すグラフ、図7は、ソース・ドレ
イン間のポテンシャル分布を示す図である。ソース1か
らの電子は、n−GaAs層12内にて加速されて最高速度
(2×107 cm/sec.)に達した瞬間にアンドープGaAs層
13に進入する。ここでドレイン2側のゲート1端に位置
するこのアンドープGaAs層13には高電界が印加されてい
る。ところが、n−GaAs層12とアンドープGaAs層13との
急激なポテンシャルの差によって電子はホット電子とな
って、高電界印加による速度飽和が引き起こされること
なく、電子はその最高速度を維持してアンドープGaAs層
13内を通過してドレイン2に到達する。図3に示す従来
例のグラフと比較しても分かるように、本発明のMES
FETは従来のMESFETにくらべて飽和速度が約2
倍になっており、本発明の方がより高速動作に適してい
ることは明白である。
【0017】次に、本発明のMESFETと従来のME
SFETとにおけるゲート3下の電子の走行時間の比較
について説明する。図1に示すような構造の従来のME
SFETにおいて、ゲート長Lg を0.2 μm、飽和速度
SAT を1×107 cm/sec.とすると、電子の走行時間τ
は下式(4)のようになる。 τ=(0.2 ×10-4)/(1×107 ) =2×10-12 (sec.) …(4) 一方、図5に示すような構造の本発明のMESFETに
おいて、ゲート長Lg を0.2 μm(n−GaAs層12側:0.
1 μm, アンドープGaAs層13側:0.1 μm)、n−GaAs
層12内における電子の平均速度を1×107 cm/sec.、ア
ンドープGaAs層13内における電子のほぼ均一な速度を2
×107 cm/sec.とすると、電子の走行時間τは下式
(5)のようになる。 τ=(0.1 ×10-4)/(1×107 )+(0.1 ×10-4)/(2×107 ) =1.5 ×10-12 (sec.) …(5) 以上のように、本発明のMESFETでは従来のMES
FETと比べてスイッチング時間が25%程度短縮され
る。
【0018】(第2実施例)図8は、本発明に係る第2
実施例の電界効果トランジスタ(HEMT)の構成を示
す概略図である。図中1,2はソース,ドレインであ
り、ソース1,ドレイン2間には電子供給層21(長さ:
2μm)及びチャネル層22(長さ:2μm)が設けら
れ、電子供給層21上にゲート3(ゲート長Lg :0.2 μ
m)が形成されている。電子供給層21は、ソース1側の
n−AlGaAs層23(不純物濃度:2×1018cm -3,Al組成
比:0.22)とドレイン2側のアンドープAlGaAs層24(Al
組成比:0.22)とから形成されている。また、チャネル
層22は、ソース1側のアンドープのGaAs層25とドレイン
2側のアンドープのInGaAs層26(In組成比:0.15)とか
ら形成されている。電子供給層21内におけるn−AlGaAs
層23とアンドープAlGaAs層24との境界、及び、チャネル
層22内におけるGaAs層25とInGaAs層26との境界はゲート
3下の中央に位置している。なお、図8ではソース1,
ドレイン2とオーミックコンタクトをとるための高不純
物濃度層は省略している。
【0019】次に、チャネル層22内における電子の流れ
について説明する。図9は、本発明のHEMTにおける
ソース・ドレイン間電界E(横軸)と電子の速度v(縦
軸)との関係を示すグラフ、図10は、ソース・ドレイン
間のポテンシャル分布を示す図である。ソース1からの
電子は、GaAs層25内にて加速されて最高速度(3×10 7
cm/sec.)に達した瞬間にInGaAs層26に進入する。ここ
でドレイン2側のゲート1端に位置するこのInGaAs層26
には高電界が印加されている。ところが、GaAs層25とIn
GaAs層26との急激なポテンシャルの差によって電子はホ
ット電子となって、高電界印加による速度飽和が引き起
こされることなく、電子はその最高速度を維持してInGa
As層26内を通過してドレイン2に到達する。図4に示す
従来例のグラフと比較しても分かるように、本発明のH
EMTは従来のHEMTにくらべて飽和速度が約2.5 倍
になっており、本発明の方がより高速動作に適している
ことは明白である。従って、この第2実施例のHEMT
においても、前述したMESFETの場合と同様に、従
来例のHEMTに比べてスイッチング時間を大幅に短縮
できる。
【0020】
【発明の効果】以上のように、第1発明では、MESF
ETにおいて、チャネル層をドープ型の半導体層とアン
ドープ型の半導体層とにて構成したので、高電界の印加
に伴う電子速度飽和を防止でき、ゲート下の電子の走行
時間を短縮して素子特性の向上を図ることができる。
【0021】第2発明では、HEMTにおいて、チャネ
ル層をバンドギャップが異なる2種の半導体層(ソース
側の半導体層の方がバンドギャップは大きい)にて構成
したので、高電界の印加に伴う電子速度飽和を防止で
き、ゲート下の電子の走行時間を短縮して素子特性の向
上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のMESFETの構成を示す概略図であ
る。
【図2】従来のHEMTの構成を示す概略図である。
【図3】従来のMESFETにおける電界と電子速度と
の関係を示すグラフである。
【図4】従来のHEMTにおける電界と電子速度との関
係を示すグラフである。
【図5】本発明のMESFETの構成を示す概略図であ
る。
【図6】本発明のMESFETにおける電界と電子速度
との関係を示すグラフである。
【図7】本発明のMESFETにおけるポテンシャル分
布を示す図である。
【図8】本発明のHEMTの構成を示す概略図である。
【図9】本発明のHEMTにおける電界と電子速度との
関係を示すグラフである。
【図10】本発明のHEMTにおけるポテンシャル分布
を示す図である。
【符号の説明】
1 ソース 2 ドレイン 3 ゲート 11 チャネル層 12 n−GaAs層 13 アンドープGaAs層 21 電子供給層 22 チャネル層 23 n−AlGaAs層 24 アンドープAlGaAs層 25 GaAs層 26 InGaAs層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体からなるチャネル層を有す
    る電界効果トランジスタにおいて、ソース側のドープ型
    化合物半導体層とドレイン側のアンドープ型化合物半導
    体層とにより前記チャネル層が形成され、該両化合物半
    導体層の境界はゲート下方に位置していることを特徴と
    する電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 化合物半導体からなる電子供給層及びチ
    ャネル層を有する電界効果トランジスタにおいて、ソー
    ス側の第1化合物半導体層と該第1化合物半導体層より
    バンドギャップが小さいドレイン側の第2化合物半導体
    層とから前記チャネル層が形成され、該両第1,第2化
    合物半導体層の境界はゲート下方に位置していることを
    特徴とする電界効果トランジスタ。
JP20254992A 1992-07-29 1992-07-29 電界効果トランジスタ Pending JPH0653252A (ja)

Priority Applications (1)

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JP20254992A JPH0653252A (ja) 1992-07-29 1992-07-29 電界効果トランジスタ

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JP20254992A JPH0653252A (ja) 1992-07-29 1992-07-29 電界効果トランジスタ

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JPH0653252A true JPH0653252A (ja) 1994-02-25

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ID=16459347

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JP20254992A Pending JPH0653252A (ja) 1992-07-29 1992-07-29 電界効果トランジスタ

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JP (1) JPH0653252A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014110320A (ja) * 2012-12-03 2014-06-12 Mitsubishi Electric Corp ヘテロ接合電界効果トランジスタ及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014110320A (ja) * 2012-12-03 2014-06-12 Mitsubishi Electric Corp ヘテロ接合電界効果トランジスタ及びその製造方法

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