Brevet FR2694132A1 — publié le 19940128

Transistor à effet de champ à canal p à puits quantique, et circuit intégré à transistors complémentaires L'invention concerne les composants du type transistor à effet de champ à canal p à puits quantique utilisés soit isolément, soit associés à des transistors à effet de champ à canal n dans des circuits intégrés à transistors complémentaires. À cet égard, les circuits intégrés numériques CMOS silicium constituent une technologie extrêmement intéressante grâce à leur faible consommation, qui peut atteindre des valeurs aussi basses que 0,3 SLW par bit de mémoire et qui permet donc une intégration à grande échelle de circuits numériques complexes. Cette technologie ne permet cependant pas d'obtenir des circuits très rapides, en raison du temps de propagation relativement long des CMOS silicium ; le temps d'accès des mémoires réalisées de cette manière est ainsi de l'ordre de 10 ns. Si l'on souhaite une plus grande rapidité, il est nécessaire de réaliser les circuits selon une autre technologie, par exemple à partir de transistors bipolaires ECL sur silicium, qui autorisent des temps d'accès de l'ordre de 1 ns. Mais ces circuits consomment une puissance beaucoup plus importante, de l'ordre de centaines de microwatts par bit. Une autre voie possible consiste à utiliser, au lieu du silicium, des alliages m-V, notamment en réalisant les circuits à partir de MESFETs (MEtal-Semiconductor Field-Effect Transistors : transistors métal-semiconducteur à effet de champ) sur GaAs, dont les paramètres de rapidité et de consommation se situent à des valeurs de l'ordre de 0,8 ns pour 500 CLW. Mais ces valeurs intermédiaires, qui ne réalisent qu'un compromis entre rapidité et consommation, ne permettent pas à cette technologie de trouver de débouchés industriels importants. Les circuits les plus rapides que l'on ait pu réaliser jusqu'à présent comportent une hétérojonction AlGaAs/GaAs et sont réalisés à base de HEMTs (High Electron Mobility Transistors : transistors à grande mobilité électronique), composants également connus sous le sigle TEGFETs (Two-Dimensional Electron Gas Field-Effect Transistors : transistors à effet de champ à gaz d'électrons bidimensionnel) dont le temps de propagation est de l'ordre de 25 à 30 ps par porte logique. Mais leur consommation élevée, de l'ordre de 4 mW par porte, rend très difficile une intégration à grande échelle. Plus récemment encore, il a été proposé de réaliser des circuits intégrés à hétérojonction AlGaAs/GaInAs, technologie particulièrement intéressante car elle utilise, comme dans le cas des CMOS, des transistors complémentaires, à canal n et p. On pourra se référer par exemple à D.E. Grider et al., Development of Static Random Access Memories Using Complementary Heterostructure Insulated Gate Field Effect Transistor Technology, GaAs IC Symposium Digest 1990, p. 143. Cette technique permet de réaliser des circuits intégrés à très faible consommation, de l'ordre de 64 RW par porte, avec un relativement faible temps de propagation, de l'ordre de 200 ps. On a ainsi pu réaliser des mémoires statiques SRAM 4 Kbits avec des performances remarquables de 3,5 ns de temps d'accès et une consommation très faible de 183 mW (voir D.E.Grider et al., Delta-Doped Complementary Heterostructure FETs with High Y Value Pseudomorphic i?iyGai.yA5 Channels for Ultra-Low Power Digital re Applications, IEDM Digest 1991, p. 235). L'invention a pour objet de pallier un certain nombre d'imperfections et de limitations (que l'on exposera en plus amples détails plus bas) des composants connus à hétérojonction AIGaAsIGalnAs proposés jusqu a présent. Plus précisément, l'un des buts de la présente invention est de proposer un choix approprié des épaisseurs et des couches épitaxiales qui permette de réaliser un transistor à canal p de transconductance très élevée, typiquement avec une valeur de transconductance du même ordre que celle d'un transistor à canal n, permettant ainsi de réaliser des circuits complémentaires dont les transistors à canal p ont des performances équivalentes à celles des transistors à canal n. Tel n'était pas le cas jusqu'à présent, les transistors à canal p présentant, dans le meilleur des cas, des transconductances plus de quatre fois inférieures à celles des transistors à canal n ; on exposera en détail plus loin les phénomènes physiques qui sont à ltori- gine de ces différences. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un composant reprenant une structure classique d'hétérojonction. Plus précisément, cette structure connue comporte une hétérojonction formée entre une couche comprenant un matériau semiconducteur III-V à grande bande interdite (qui est avantageusement AIxGai.xAS sur substrat GaAs, ou Aly,Inl x.As sur substrat InP) et une couche comprenant un matériau semiconducteur m-v à petite bande interdite (avantageusement GayIn1-yAs), cette hétérojonction définissant dans le diagramme de bande de valence de l'hétérostructure, au niveau de la couche comprenant le matériau à petite bande interdite, un puits quantique comportant des sous-bandes de type HH. De façon caractéristique du premier aspect précité de l'invention, l'épaisseur de la couche comprenant le matériau à petite bande interdite est essentiellement choisie de manière que, lorsqu'une tension négative est appliquée à la grille, il apparaisse dans le puits quantique des sous-bandes HH1 et HH2, ainsi qu'éventuellement des sous-bandes d'ordre supérieur HH3, ..., ces diverses sous-bandes étant séparées par une énergie telle que les sous-bandes correspondant aux masses effectives m*hl les plus élevées soient peuplées de trous en concentration notablement inférieure à celle des trous peuplant la sous-bande HHi, de manière à créer un régime d'accumulation de trous à faible masse effective m*EI/ dans le puits quantique et accroître corrélativement la transconductance du composant. Selon un second aspect de l'invention, il est proposé un composant présentant une structure modifiée par rapport à une hétérojonction classique. De façon caractéristique de ce second aspect de l'invention, le composant comporte successivement, épitaxiées sur un substrat une première couche comprenant un matériau semiconducteur III-V à grande bande interdite (avantageusement AlzGa1 zAs sur un substrat de GaAs) ; une couche comprenant un matériau semiconduc teur III-V à petite bande interdite (avantageusement GayInl GaASwSb1#w ou GayIn1 9AswSbl ; et une seconde couche comprenant un matériau semiconducteur III-V à grande bande interdite (avantageusement AlxGa1-xAs), le désaccord de maille cristalline entre ces couches étant tel que la couche comprenant le matériau à petite bande interdite soit sous contrainte uniaxiale de compression dans le plan de la couche et définisse dans le diagramme de bande de valence de la structure, au niveau de cette couche, un puits quantique comportant des sous-bandes de type HH.De plus, l'épaisseur de la couche comprenant le matériau à petite bande interdite et la composition des matériaux à grande bande interdite sont essentiellement choisies de manière que, lorsqu'une tension négative est appliquée à la grille, il apparaisse dans le puits quantique des sousbandes HH1 et HH2, ainsi qu'éventuellement des sous-bandes d'ordre supérieur HH3, ..., ces diverses sous-bandes étant séparées par une énergie telle que les sous-bandes correspondant aux masses effectives m*#1 les plus élevées soient peuplées de trous en concentration notablement inférieure à celle des trous peuplant la sousbande HH1, de manière à créer un régime d'accumulation de trous à faible masse effective m*h/ dans le puits quantique et accroître corrélativement la transconductance du composant. Pour l'un ou l'autre aspect de l'invention, lorsque le matériau à petite bande interdite est GayInl yAs, l'épaisseur de la couche comprenant ce matériau peut être essentiellement comprise entre environ 4 nm et environ 6 nm pour une fraction molaire d'indium (1-y)In comprise entre 0,15 et 0,35, de manière que la concentration des trous dans la sous-bande HH2 soit notablement inférieure à celle dans la sous-bande HH1, ou entre environ 6 nm et environ 9 nm pour une fraction molaire d'indium (1-y)In comprise entre 0,15 et 0,30, de manière que la concentration des trous dans la sous-bande HH3 soit notablement inférieure à celle dans les sous-bandes HH1 et HH2. L'invention vise également un circuit intégré à composants complémentaires du type transistors à effet de champ à canal p et à canal n, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un transistor à effet de champ à canal p réalisé conformément aux enseignements ci-dessus, de manière à abaisser la masse effective moyenne m*hAl des trous pour le transistor à canal p et accroître corrélativement la transconductance et la densité de courant de celui-ci. o On va maintenant exposer en détail l'invention, en référence aux figures annexées ; on notera que, sur toutes les figures, les mêmes références désignent toujours des éléments identiques. La figure 1 montre la structure générale de deux transistors, respectivement à canal n et à canal p, l'invention s'appliquant à la structure du composant à canal p. Les figures 2a, 2b et 2c montrent l'allure de la bande de conduction et de la bande de valence pour la structure de la figure 1, respectivement au repos, dans le cas de l'application d'une tension de grille positive (pour le transistor à canal n) et dans le cas de l'application d'une tension de grille négative (pour le transistor à canal p). La figure 3 représente, avec l'énergie en fonction du vecteur d'onde, le schéma de bande de valence de GaAs et GaInAs, dans le cas d'un matériau non contraint. La figure 4 illustre schématiquement la structure d'une hétérojonction contrainte et la nature des contraintes subies. la figure 5 est homologue de la figure 3, pour le matériau contraint de la figure 4. Les figures 6a et 6b illustrent l'allure de la bande de valence, respectivement au repos et avec application d'une tension négative de grille, d'une structure contrainte à faible teneur en aluminium. Les figures 7a et 7b sont homologues des figures 6a et 6b, pour une structure à forte teneur en aluminium. Les figures 8a et 8b montrent la configuration du puits quantique formé au niveau de la couche GainAs, pour deux épaisseurs différentes de cette couche. Les figures 9a et 9b montrent de façon plus précise, pour deux tensions négatives de grilles différentes, la position des différentes sous-bandes présentes dans le puits quantique présenté figure 8b, notamment en tenant compte de la déformation triangulaire du puits quantique lorsqu'une polarisation est appliquée. Les figures 10a, 10b et 10c montrent, respectivement au repos et pour deux tensions négatives de grille différentes, l'allure de la bande de valence, ainsi que celle du puits quantique et des sous-bandes qui apparaissent dans ce puits, dans le cas des structures de l'art antérieur. Les figures lia, llb et lic sont homologues des figures 10a, 10b et 10c, pour la structure selon le premier aspect de l'invention. La figure 12 est homologue de la figure 1, pour la structure selon le second aspect de l'invention. Les figures 13a, 13b, 14, 15 et 16 illustrent l'allure du puits quantique formé au niveau de la couche de GaInAs dans diverses configurations (plus précisément, les figures 13a, 13b et 15 se réfè- rent au premier aspect de l'invention, tandis que les figures 14 et 16 se réèrent, par comparaison, au second aspect de l'invention). o Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique la structure de départ de rinvention, qui comporte successivement: - un substrat I en GaAs, - une couche tampon 2, également de GaAs, ou constituée d'un empilement GaAs/AlGaAs, mais avec des caractéristiques chi miques (pureté) et cristallographiques parfaitement contrô lées, sur une épaisseur de 500 mn (cette valeur d'épaisseur, comme toutes celles qui suivent, étant sauf indication con traire une valeur typique donnée uniquement à titre indica tifs, un dopage volumique ou planaire ( 8-dopage ) 3 au silicium, - une couche 4 de GaAs, de 3 nm d'épaisseur environ, une couche 5 de G#n1##s, yAs, de 15 nm d'épaisseur, avec une teneur en gallium YGa de l'ordre de 0,75 à 0,85 environ (ici comme dans la suite, toutes les teneurs sont indiquées en frac tions molaires), - une couche 6 de AlxGal xAs, de 25 nm d'épaisseur, avec une teneur en aluminium xAl de l'ordre de 0,75 environ, et - une couche protectrice 7 de GaAs, de 3 nm d'épaisseur. On notera incidemment que d'autres alliages III-V que ceux indiqués peuvent être utilisés, par exemple une couche 6 de AlxIn1-xAs sur une couche 5 de GainAs, etc, les teneurs des différents constituants étant choisies de manière notamment à adapter les paramètres de maille des différents alliages, sur un substrat InP. Par ailleurs, toutes les couches formant cette structure de départ sont, à l'exception du dopage planaire, des couches non dopées. On peut former sur cette structure des transistors à effet de champ à canal n et à canal p en implantant des zones dopées, respectivement n+ et p+ référencées 8 et 9, pénétrant jusqu'à la couche 3, et en formant en surface des électrodes S, D et G de source, de drain et de grille, de manière en elle-même tout à fait classique. On peut ainsi réaliser des circuits logiques à transistors complémentaires à canal n et p, bien que, comme on l'a indiqué plus haut, la présente invention puisse s'appliquer également à la réalisation de transistors à effet de champ à canal p considérés isolément, c'est à-dire sous forme de composants discrets. Dans le cas du transistor à canal n, si l'on applique à sa grille une tension fortement positive, supérieure à une tension de seuil VTn, il va s'accumuler des électrons dans la couche 5 de GayInl formant ainsi alors un canal de type n. Inversement, dans le cas du transistor à canal p, si l'on applique une tension de grille fortement négative, inférieure à une tension de seuil V il va s'accumuler des trous dans la couche 5 de GayIn1-y As, formant ainsi alors un canal de type p. Les figures 2a, 2b et 2c montrent la configuration correspondante de la bande de conduction Ec et de la bande de valence Ev respectivement au repos, pour une tension de grille positive (donc correspondant au transistor à canal n) et pour une tension de grille négative (donc correspondant au transistor à canal p). VG représente la tension de grille appliquée (nulle, positive ou négative selon le cas) et EF représente le niveau de Fermi. La référence 10 indique l'endroit où s'accumulent les électrons dans le cas du transistor à canal n, et la référence 11 indique l'endroit où s'accumulent les trous dans le cas du transistor à canal p. On va montrer que les conditions respectives de conduction de ces trous et de ces électrons sont notablement différentes, entraînant, dans les structures réalisées jusqu'à présent, une très grande discordance entre les propriétés des transistors à canal n et celles des transistors à canal p intégrés dans un même circuit. En effet, on sait que dans GaAs ou GaInAs les électrons ont une faible masse effective m*e, tandis que les trous ont une forte masse effective m*h (on rappelle que la masse effective correspond à une moyenne statistique) ; en d'autres termes, la mobilité des électrons est élevée, mais celle des trous est très faible. Pour remédier à cet inconvénient empêchant la réalisation de circuits logiques complémentaires rapides, il a été proposé par G.C. Osbourn et al., Electron and Hole Effective Masses for Irino-Dimen- sional Transport in Strained-Layer Superlattices, Superlattices and Microstructures, Vol. 1, No. 3, p. 223 (1985), d'associer GaInAs avec GaAs ou MGaAs afin de créer une couche contrainte de GaInAs ayant pour effet de réduire la masse effective des trous par mise en oeuvre de phénomènes physiques complexes, que l'on va expliquer succintement ci-dessous. Dans un matériau non contraint, la bande de valence de GaAs ou GaInAs est scindée en deux bandes dont la courbure est très nettement séparée. La figure 3 représente dans le plan (E, lss (énergie en fonction du vecteur d'onde) le schéma de la bande de valence dans ce cas : l'une des bandes, référencée HH, est appelée bande de trous lourds , et l'autre, référence LH, est appelée bande de trous légers . On sait que la masse effective des trous est inversement proportionnelle à la courbure de la bande, selon la relation: m*h = h2 / (a2/aK2) (1) où li est la constante de Planck, e est l'énergie et K est le vecteur d'onde. Si l'on considère maintenant un matériau contraint, par exemple, comme illustré figure 4, une couche mince de GaInAs comprise entre deux couches de GaAs ou AlGaAs, dans le plan parallèle à l'interface la couche de GaInAs subit une compression, schématisée par les flèches 12, tandis que dans le plan perpendiculaire elle subit une tension, schématisée par la flèche 13. Sur le schéma de la bande de valence correspondant, illustré figure 5, ces déformations ont pour effet de séparer les bandes de valence et déformer fortement celles-ci dans le plan parallèle à l'interface. Sur la figure 5, le demi-plan de droite correspond au vecteur d'onde Kll parallèle à l'interface et le demi-plan de gauche au vecteur d'onde K1 perpendiculaire à l'interface. Parallèlement à l'interface (c'est-à-dire pour le demi-plan de droite du diagramme de la figure 5), les bandes sont fortement déformées, les trous lourds HH devenant légers et inversement pour les trous légers LH qui deviennent lourds, tandis que perpendiculairement (c'est-à-dire pour le demi-plan de gauche de la figure 5), les trous lourds HH restent lourds et les trous légers LH restent légers. En d'autres termes, il y a inversion du caractère lourd/léger des trous dans l'une des bandes de valence et non dans l'autre. La déformation de ces bandes de valence modifie également la répartition statistique des populations de trous ; ainsi, en moyenne, dans un système GaAs/GainAs/GaAs ou A1GaAs/GaInAs/AZGaAs , les trous ont une masse effective plus faible que dans un système non contraint GaAs/MGaAs. Ainsi, dans un tel système contraint, les transistors à canal p présentent une mobilité accrue et, partant, une meilleure transconductance gmp. Les travaux précités de Grider mentionnent ainsi des transconductances gmp atteignant 70 mS/mm (millisiemens par millimètre) pour des transistors de 1 ,um de longueur de grille. Cette valeur est cependant très inférieure aux valeurs homologues g# de transconductances des transistors à canal n, qui sont de l'ordre de 300 mS/mm, soit un ratio de 4,3 dont il reste à s'affranchir si l'on souhaite que le transistor à canal p fonctionne aussi bien que celui à canal n. Très récemment, il a été proposé par B. Laikhtman et al., Striai. ned Quantum Well Valence-Band Structure and Optimal Parameters for AlGaAs-InGaAs-AlGaAs p-Channel Field-Effect Transistors, J. Appl. Phys., Vol. 70, No. 3, p. 1531 (1991), de réduire encore plus la masse effective des trous en utilisant des puits quantiques au niveau d'une couche de GaInAs comprise entre deux couches de AlGaAs, les compositions de ces couches ainsi que la largeur du puits quantique (c'est-à-dire l'épaisseur de la couche de GaInAs) devant être définies de façon que le niveau HH2 soit juste au niveau du bord du puits quantique.La figure 9 de cet article montre que des masses effectives très faibles, de l'ordre de celles des électrons c'est-à-dire voisines de 0,07 m, (mO étant la masse de l'électron) peuvent être obtenues, à condition que la teneur xAl en aluminium soit supérieure à 0,2; on peut déduire de la figure 8 de ce même article que les auteurs préconisent l'utilisation de couches de GaInAs d'épaisseur comprise entre 2 et 5 nm, la valeur la plus épaisse correspondant à la concentration en aluminium xA2 la plus faible.Plus précisément, à xA1 = 0,2 correspond une épaisseur de GayInl comprise entre 4 et 5 nm environ, et à xAl = 0,8, une épaisseur de l'ordre de 2,5 nm environ. Ces structures présentent cependant toutes des inconvénients majeurs, aussi bien dans le cas d'une faible teneur en aluminium que d'une forte teneur. En effet, dans le cas d'une faible teneur en aluminium les structures présentent une faible discontinuité de bande de valence, autrement dit une faible barrière de potentiel AEv La figure 6 représente schématiquement la bande de valence d'une telle structure où xAl = 0,2 environ, à l'équilibre (figure 6a) et sous polarisation négative de grille (figure 6b) : dans ce dernier cas, AEv est inférieur à 0,1 V et, avec une aussi faible hauteur, les trous traversent cette barrière par effet tunnel (flèche 14 sur la figure 6b) et/ou par effet thermoïonique (flèche 15). Le transistor ne peut donc pas fonctionner correctement, l'effet tunnel et l'effet thermoïonique créant des courants de fuite de grille trop importants. En revanche, les structures à forte teneur en aluminium (xAl > 0,7 environ) présentent des hauteurs de barrière de potentiel hEV raisonnablement élevées, comme illustré figures 7a et 7b, c'est-àdire supérieures à 0,4 V environ et donc suffisantes pour que le courant de fuite par effet tunnel soit négligeable. Mais pour arriver à ce résultat, épaisseur optimale de la couche de GayInl yAs doit, selon les travaux précités de Laikhtman, descendre à une valeur aussi basse que 2,5 nm pour une teneur en indium (1-y)In 2 0,25 environ. Une épaisseur aussi faible conduit à plusieurs difficultés, notamment: - dans ce faible espace, les trous (ou les électrons) subissent de sévères interactions avec les deux interfaces qui les confinent, réduisant ainsi de façon sensible leur mobilité, et, ~d'autre part, les conditions pratiques de croissance cristalline des couches MGaAs et GaInAs étant très différentes, il est ex trêmement difficile d'obtenir des interfaces de parfaite qualité, et l'on se trouve alors en présence d'une certaine rugosité d'interface qui détériore encore plus la mobilité, surtout si le puits quantique est de faible largeur. On voit donc que les enseignements de l'art antérieur, lorsqu'ils visent à accroître la mobilité des trous et donc à accroître la transconductance des transistors à canal p, aboutissent en pratique à une impasse, une faible teneur en aluminium créant des courants de fuite trop importants et une forte teneur en aluminium conduisant à une couche beaucoup trop mince pour être efficace et convenablement réalisable. L'invention a pour objet de pallier l'ensemble de ces limitations, en permettant néanmoins de réaliser des transistors à canal p de très grande transconductance, typiquement de transconductance aussi élevée que celle des transistors à canal n. Elle peut être réalisée de deux manières que l'on va maintenant décrire en détail, l'une en conservant une structure classique de puits quantique, l'autre en modifiant cette structure pour en améliorer encore les performances. Première forme de mise en oeuvre de l'invention L'invention reprend la structure de base qui est celle illustrée figure 1, avec un puits quantique formé entre une couche 6 de AlxGa1 As, une couche 5 de GayIn1-y As et une couche 4 de GaAs. Les effets physiques intervenant dans ces couches sont: ~l'effet de la contrainte mécanique sur la position et la forme de la bande de valence et sur les masses effectives des trous dans le plan de la couche 5 de Gas,In1 As et dans le plan parallèle à celle-ci, ~l'apparition de sous-bandes (niveaux) quantiques dans la cou che mince 5, et ~l'effet tunnel à travers la barrière de potentiel constituée par la couche 6 de AlxGa1 gAs. À ces trois effets s'ajoutent les considérations restrictives sur la largeur du puits quantique, c'est-à-dire sur l'épaisseur de la couche 5 de GayIn1-y As comme cela a été rappelé plus haut. Considérons ce dernier paramètre (largeur du puits quantique), en ne prenant en compte que des compositions pour lesquelles la teneur en aluminium xAl est supérieure à 0,7 environ en raison de l'effet tunnel subi par les électrons dans le transistor à canal n, comme cela a été démontré (on pourra à cet égard se référer à la demande de brevet français 91-15140, au nom de la Demanderesse, qui décrit et explique en détail ce phénomène). Considérons d'abord, en première approximation, que le puits quantique créé par GayIn1-y As est symétrique, comme illustré sur les figures 8a et 8b. I1 apparaît à l'intérieur de ce puits des sous-bandes quantiques HH1, HH2, HH3, etc. qui sont, comme on peut le voir figure 8, d'autant plus séparés en énergie que la largeur du puits est faible. On négligera la contribution des trous LH, car les niveaux énergétiques des sous-bandes LH1 et LH2 sont très éloignés (plus de 150 mV) du sommet de la bande de valence dès que la teneur en indium (1-y)In dépasse 0,20, ce qui est le cas ici; ces sous-bandes ne sont donc pas peuplées de trous dans les conditions normales de tra vail du transistor. On sait que la masse effective m*h/, dans le plan parallèle à l'interface, des trous HH2, HH3 > etc. est supérieure à celle des trous HH1. On a donc intérêt à ce que les sous-bandes HH2, HH3, etc. soient les moins peuplées possibles en trous. L'article précité de Laikhtman propose d'utiliser un puits quantique suffisamment étroit pour que la sous-bande 11112 se trouve juste au bord du puits comme l'illustre la figure 8b, ce qui amène à des puits de l'ordre de 2,5 nu de largeur. Mais cette condition n'est ni nécessaire ni suffisante. Par ailleurs, on a déjà indiqué plus haut que cette condition n'était pas suffisante lorsque la teneur en aluminium xAl est faible, en raison de l'effet tunnel des trous à travers la barrière de potentiel AEv. Ceci implique de prévoir des teneurs xAI # 0,7 environ en raison du risque d'effet tunnel subi par les électrons dans le transistor à canal n.Or, dans ces conditions, AEv est supérieur à 500 mV et, pour que le niveau HH2 ne soit pas rempli de trous, il n'est pas nécessaire que ce niveau soit au bord du puits, c'est-à-dire à 500 mV du fond du puits ; il est seulement nécessaire qu'il soit suffisamment éloigné de la sous-bande HH1 pour que le ratio de concentration en trous entre 11112 et HH1 soit négligeable. Si l'on suppose que la limite du négligeable est, pour ce ratio, de quelques pourcents, on peut alors déterminer la différence de niveau énergétique entre 1111i et HH2 pour que la concentration de trous dans la sous-bande 11112 soit quelques pourcents de celle dans la sous-bande HH1. On sait que la concentration p des trous varie avec le niveau énergétique EH de la sous-bande selon la relation: p=Nvexp[-(EH-EF)/kT], (2) avec: Nv = m1kT/ith2, (3) où EF est le niveau de Fermi, k est la constante de Bolztmann, T est la température absolue, t est la constante de Planck et mh//* est la masse effective des trous. Les calculs montrent alors que la condition précitée (que la concentration des trous de HH2 ne soit que quelques pourcents de celle de HH1) est remplie lorsque le niveau HH2 est à environ 125 mV de EI1, ce qui donne des puits quantiques de 5 nm de large environ valeur nettement supérieure à la valeur de 2,5 nm préconisée par Laikhtman. De façon plus précise, en régime d'accumulation de trous (c'est-àdire à forte polarisation négative de la grille, pour VG Dans ces conditions, l'énergie qui sépare les sous-niveaux 1111# et est estun peu plus élevée que pour la configuration rectangulaire, mais cette variation est négligeable par rapport à la valeur différentielle de 125 mV. La forme pseudo-triangulaire a cependant toute son importance dans le cas où le puits quantique n'est pas symétrique, ce qui n'est pas considéré par Lsikhtman, mais par Grider dans l'article précité, et dont le schéma de bande a été expliqué en référence aux figures 2aà2c. Les figures 10a, 10b et 10c reprennent en plus de détails le schéma de la bande de valence dans ce cas, respectivement pour une tension de grille nulle et deux tensions de grille négatives croissantes. On remarque que la discontinuité de la bande de valence entre GayIn1-y As et GaAs est de l'ordre de 80 à 130 mV, selon la concentration en indium (1-y)In, qui peut varier entre 0,25 et 0,40. On remarque d'autre part que, à l'équilibre (figure 10a), trois sousbandes quantiques 1111i, HH2 et HHS sont présentes dans le puits compte tenu de la largeur relativement importante de celui-ci (15 nm). À l'équilibre, ces puits ne sont pas remplis de trous mais, lorsque la tension de grille est suffisamment élevée (figure 10b), la courbure de bande fait apparaître un puits pseudo-triangulaire avec présence de nombreuses sous-bandes quantiques HH1, HH2, HH3, HH4 et 11115. Compte tenu de la position en énergie de ces sous-bandes par rapport au niveau de Fermi et au niveau de 11111, la sous-bande HH2 et, partiellement, la sous-bande HH3 sont remplies de trous. Or, comme cela a été décrit par M. Jaffe et al., Theoretical Formalism to Understand the Role of Strain in the Tailoring of Hole Masses in p-Type InxGal xAs (on GaAs Substrates) and In0.53+xGa0.47-xAs (on InP Substrates) Modulation-Doped Field Effect Transistors, Appl. Phys. Lett., Vol. 51, No. 23, p. 1943 (1987) ou par Laikhtman dans l'article précité, la masse effective des trous des sous-bandes supérieures HH2 et HH3 est nettement supérieure à celle dans la sous-bande HH1, le rapport des masses pouvant aller jusqu'à un facteur dix. Si l'on tient compte de la statistique de remplissage des niveaux HH1, HH2, HH3, ..., on peut déduire, selon Jaffe, une masse effective moyenne m*#1 des trous de l'ordre de 0,324 mO, valeur 4,8 fois supérieure à la masse effective des électrons. Ce résultat est concordant avec les résultats expérimentaux observés sur la transconductance des transistors à canal p, qui est de 70 mS/mm, valeur 4,3 fois plus faible que celle des transistors à canal n qui est de 300 mS/mm comme indiqué plus haut. Comme on l'a démontré précédemment, cet inconvénient disparaît si l'on utilise des puits quantiques ayant une largeur de 5 nm environ. Les figures lia à lic, qui sont homologues des figures 10a à 10c mais pour une telle largeur de puits quantique selon l'invention, montrent l'allure de la bande de valence correspondant. On voit que, à l'équilibre (figure lia), seule est présente la sousbande HH1, en raison du double effet conjugué de l'étroitesse du puits quantique et de la faible valeur de hEV entre GaAs et GaInAs, de l'ordre de 100 mV.Pour une polarisation suffisante de la grille, de l'ordre de -1 V, (figure llb), la courbure de bande fait apparaître la sous-bande HH2 ; en raison de l'étroitesse du puits quantique, cette dernière se trouve alors éloignée d'une centaine de millivolts environ de 1111i (a contrario, si le puits quantique était large, par exemple de 15 nm comme dans le cas décrit par Grider, la sous bande HH2 se trouverait alors à 50 mV seulement de HH1 et se remplirait alors de trous de grande masse effective).Pour des valeurs de polarisation supérieures, par exemple VG = -1,4 V environ (figure llb), une sous-bande HHS peut apparâître, mais son niveau, tout comme celui de HH2, sera suffisamment éloigné du niveau de Fermi EF pour qu'elle ne soit pas peuplée de trous si le puits quantique est suffisamment étroit. Ainsi, même lorsque le puits quantique est dissymétrique, la réduction de la largeur de celui-ci (typiquement pour une largeur de 5 nm) permet de ne peupler que la première sous-bande 11111, les autres étant très faiblement peuplées. En résumé, lorsque le puits quantique a une largeur de 5 nm, le transistor à canal p ne fonctionne qu'avec des trous de faible masse effective. La valeur de cette masse effective est d'autant plus faible que la couche 5 de GayIn1-y As est contrainte, autrement dit riche en in- dium. On sait cependant que cette contrainte ne doit pas dépasser une certaine limite, au-delà de laquelle apparaissent des dislocations à l'interface des couches GayIn1-yAs/GaAs (couches 5 et 4) et GayInl yAs/AlxGa1 xAs (couches 5 et 6). En fait, ce phénomène dépend de l'épaisseur de la couche 5 de GayIn1-yAs (voir par exemple J. W. Matthews et A. E. Blakeslee, J. Cryst. Growth, Vol. 27, p. 118 (1974)). Plus cette couche est mince, plus sa teneur en indium peut être élevée, et plus la masse effective des trous peuplant la sousbande HH1 est faible.Avec une épaisseur de 5 nm, la teneur en indium (1-y)In peut atteindre 0,35 environ, la masse effective m*h > des trous du niveau HH1 étant alors de 0,07 mo environ, ce qui est pratiquement la masse effective des électrons. On notera que la différence de niveau d'énergie entre HH1 et HH2 augmente avec la concentration en indium et que cette propriété favorise donc la diminution de la densité des trous dans HH2 par rapport à 1111#. Avec une masse effective m*hl de l'ordre de 0,07 mO, le transistor à canal p présente une transconductance analogue à celle d'un transistor à canal n. On peut alors réaliser des circuits intégrés à transistors complémentaires ainsi appariés, avec une hétérojonction AlxGa1-xAs/GayIn1-yAs, avec xval 2 0,7 environ et(I.y)1 > 0,25 environ, dans lesquels la couche 5 de GayIn1-y As présente une épaisseur d'environ 5 nm, qui sont plus rapides que ceux fabriqués jusqu'à présent, où cette couche présentait une épaisseur de 15 nm environ. Ainsi, avec une épaisseur de 5 Ma pour la couche 5, le transistor à canal p ne travaille essentiellement qu'avec des trous 1111î. De même, le transistor à canal n ne travaille qu'avec des électrons de la sous-bande E1 ; la sous-bande E2 se situant à 170 mV de E1 n'est que très faiblement peuplée. La concentration des trous dans HH1 est limitée par la densité d'états de cette sous-bande, et de même la concentration des électrons dans E1 est limitée. La densité de courant des transistors, qui est proportionnelle à la concentration des porteurs libres (trous pour le transistor à canal p, électrons pour le transistor à canal n), est donc limitée si seule la sous-bande HH1 est peuplée de trous et la sous-bande E1, d'électrons. n existe donc un certain compromis à définir entre faible masse effective m*h/ et forte concentration de trous (et d'électrons).Dans cette optique, on peut accepter pour le transistor à canal p d'avoir la sous-bande HH2 peuplée de trous dont la masse effective est à peu près 2 à 3 fois plus élevée que celle de la sous-bande 1111i, tout en excluant tout peuplement de la sous-bande 11113 où la masse effective est notablement plus élevée (7 à 10 fois). Dans ce cas, on choisit la largeur du puits quantique de GaInAs de telle façon que la différence d'énergie entre HH3 et HH1 dépasse 125 mV, la différence entre 11112 et HH1 étant de l'ordre de 40 mV. Ces conditions sont satisfaites pour une largeur de puits quantique inférieure à 9 nm environ; pour cette largeur de puits quantique, la sous-bande E2 est à 50 mV de E1, ce qui lui permet d'être peuplée d'électrons sous forte polarisation de grille. Toutefois, l'épaisseur de la couche étant accrue à 9 nm, il faut baisser la teneur en indium de cette couche afin d'éviter l'apparition de dislocations d'interface; on limite donc la teneur en indium (1-y)In à des valeurs de l'ordre de 0,25 à 0,30. Par ailleurs, comme indiqué plus haut, d'autres alliages III-V que ceux indiqués dans l'exemple que ron vient de décrire peuvent être utilisés, les teneurs des différents constituants étant choisies de manière notamment à adapter les paramètres de mailles des différents alliages. On peut ainsi par exemple envisager la structure suivante: substrat 1 : InP couches 2 à 4 : Mx'lQi.x'AS adapté en paramètre de maille sur InP, soit x'Al = 0,48, couche 5 : GayIn1-yAs sous contrainte mécanique, soit yoga de l'ordre de 0,12 à 0,22, couche 6 : AlxIn1-xAs adapté en paramètre de maille, couche 7 : GayIn1-yAs adapté en paramètre de maille, soit Y'Ga = 0,47. Seconde forme de mise en oeuvre de l > invention Sur la figure 12, on a représenté de façon schématique la structure de base utilisée dans cette seconde forme de mise en oeuvre de l'invention. Cette structure n'est plus, comme dans le cas du premier mode de mise en oeuvre, une structure binaire, classique, d'hé térojonction (une couche de GayIn1-y As à petite bande interdite asso- ciée à une couche de A1xGa1-xAs à grande bande interdite, l'ensemble étant épitaxié sur le substrat GaAs), mais une structure ternaire comprenant une couche 5 de GayIn1-y As à petite bande interdite prise en sandwich entre deux couches 6 de A1xGa1-xAs et 16 de Al#Ga1.#s à grande bande interdite, ces trois couches étant épitaxiées sur le substrat 1, 2 de GaAs. La structure résultante est donc celle illustrée figure 12, les références numériques identiques à celles de la figure 1 désignant des parties semblables, qui ne seront pas explicitées plus en détail. On va maintenant exposer les raisons de cette modification de structure et les avantages qu'elle procure par rapport à la structure du premier mode de mise en oeuvre de l'invention. A cet effet, on se reportera aux figures 13 à 16, qui représentent, de façon agrandie, le puits quantique formé dans le diagramme de bande de valence à polarisation de grille VG de l'ordre de -1 V. La figure 13a, qui est en fait un détail agrandi de la figure 11b, montre que, dans la première forme de mise en oeuvre de l'invention, pour un puits quantique de l'ordre de 5 nm, à la tension de polarisation indiquée la sous-bande HH2 ne se trouve à une centaine de millivolts de la sous-bande HH1 qu'à condition que la concentration en indium (1-y)In atteigne 0,35 environ. Mais une couche de GayIn1-y As avec (1-y)In = 0,35 environ est as- sez difficile à réaliser, la métallurgie en étant délicate en raison notamment de la différence de paramètre de maille qui devient très importante. On pourrait alors être tenté de concevoir une structure ave une couche de GayIn1-yAs moins riche en indium. Toutefois, pour un matériau Gay1n1.#As à faible teneur en indium, et pour une même largeur de puits quantique, on peut voir figure 13b que, par exemple pour (1-y)In = 0,20, la discontinuité de la bande de valence entre GaAs et GayIn1-y As n'est plus que de 65 mV, le niveau de la sous- bande HH2 se rapprochant alors de celui de la sous-bande HH1: dans ces conditions, il n'est plus possible de négliger la concentration de trous dans HH2, voire même dans HH3. Pour pallier cette limitation, l'invention, dans sa seconde forme de mise en oeuvre, propose de repousser les sous-bandes HH2 et HH3 vers les plus hautes énergies en élevant la discontinuité de la bande de valence par l'utilisation à la place de GaAs d'un matériau à grande bande interdite tel que A1zGa1-zAs. Le schéma de la bande de valence d'un tel système A1xGa1-xAs/ GayIn1-yAs/A1zGa1-zAs est illustré sur la figure 14 : il est aisé de voir que, même pour de faibles concentrations en indium, si la concentration ZAI en aluminium de AlzGai.zAS est suffisamment élevée, par exemple ZA1 = 0,30, la discontinuité de la bande de valence entre GayIn1-yAs et A1zGa1-zAs est suffisante pour que la concentration en trous dans les sous-bandes HH, et HH3 soit négligeable. On voit donc que, dans cette seconde forme de mise en oeuvre, la teneur en indium n'est pas du tout un paramètre critique, et que l'on peut choisir pour la couche de GayIn1-yAs un matériau à faible teneur en indium, dont la métallurgie sera beaucoup plus aisée. Outre la teneur en indium de la couche de GayIn1-yAs, son épaisseur - qui définit la largeur du puits quantique - peut être également choisie dans une gamme beaucoup plus large que pour la première forme de mise en oeuvre de l'invention. En effet, si l'on considère la figure 15 qui représente le diagramme de bande de valence de la première forme de réalisation pour une largeur de puits quantique de l'ordre de 6 à 9 nm, toujours à polarisation VG = -1 V, la sous-bande HH2 se trouve alors à 50 mV environ de HH1 et la sous-bande 11113 est, comme dans le cas précédent de la figure 13a, dans la partie élargie du puits quantique. Cependant, bien que cette sous-bande HH3 soit à 40 à 80 mV de HH2 (selon la profondeur du puits quantique, c'est-à-dire selon la teneur en indium (1-y)In, qui doit être de l'ordre de 0,25 à 0,30), cette sous-bande est encore trop proche de HH2 pour que sa concentration en trous puisse être négligée. Pour pallier cette limitation, de la même manière que dans le cas de la figure 14, l'utilisation à la place de GaAs d'un matériau à grande bande interdite tel que A1zGa1-zAs, permet, comme illustré figure 16, d'accroître la discontinuité de bande et donc de repousser la sous-bande 11113 à 100 mV au moins de HH2, quelle que soit la teneur en indium de GayInl 9As. Ici encore, la teneur en aluminium ZA1 de AIzGa1.zAs n'est pas critique, elle peut être par exemple de 0,30, typiquement z# > 0,15. On notera que les compositions d'alliage données ci-dessus ne sont pas limitatives, et que, notamment pour la couche mince cen trale, des alliages autres que GayIn1-yAs peuvent être utilisés avan- tageusement. il en est ainsi des alliages à base d'antimoine, qui présentent une plus grande mobilité de trous que GayIn1-y As. À cet égard, le com- posé GaSb ayant un paramètre de maille similaire à celui de InAs, les alliages GaA5wSb1.w (avec w de l'ordre de 0,85 à 0,90 environ) et GayIn1-yAswSb1-w (avec y de l'ordre de 0,70 à 0,80 environ et w de l'ordre de 0,85 à 0,90 environ) seront également sous contrainte uniaxiale de compression. REVENDICATIONS 1. Un composant du type transistor à effet de champ à canal p, avec une hétérojonction formée entre une couche (6) comprenant un matériau semiconducteur III-V à grande bande interdite et une couche (5) comprenant un matériau semiconducteur III-V à petite bande interdite dont le désaccord de maille cristalline avec le reste de la structure est tel que cette couche comprenant le matériau à petite bande interdite soit sous contrainte uniaxiale de compression dans le plan de la couche, cette hétérojonction définissant dans le diagramme de bande de valence de l'hétérostructure, au niveau de la couche comprenant le matériau à petite bande interdite, un puits quantique comportant des sous-bandes de type HH, composant caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche comprenant le matériau à petite bande interdite est essentiellement choisie de manière que, lorsqu'une tension négative (VG) est appliquée à la grille, il apparaisse dans le puits quantique des sous-bandes HH1 et HH2, ainsi qu'éventuellement des sous-bandes d'ordre supérieur Ex3, ..., ces diverses sous-bandes étant séparées par une énergie telle que les sous-bandes correspondant aux masses effectives m les plus élevées soient peuplées de trous en concentration notablement inférieure à celle des trous peuplant la sous-bande 11111, de manière à créer un régime d'accumulation de trous à faible masse effective m*h/ dans le puits quantique et accroître corrélativement la transconductance du composant. 2. Le composant de la revendication 1, dans lequel le matériau à grande bande interdite est AlxGa1 xAs et le matériau à petite bande interdite est GayInl yAs, ces matériaux étant épitaxiés sur un substrat (1) de GaAs. 3. Le composant de la revendication 1, dans lequel le matériau à grande bande interdite est Mx#1fli.x#AS et le matériau à petite bande interdite est GayIn1 yAs, ces matériaux étant épitaxiés sur un substrat (1) de InP. 4. Un composant du type transistor à effet de champ à canal p, caractérisé: - en ce qu'il comporte successivement, épitaxiées sur un sub strat (1): ~ une première couche (16) comprenant un matériau semicon ducteur III-V à grande bande interdite, ~ une couche (5) comprenant un matériau semiconducteur 111-V à petite bande interdite, et e une seconde couche (6) comprenant un matériau semicon ducteur III-V à grande bande interdite, le désaccord de maille cristalline entre ces couches étant tel que la couche comprenant le matériau à petite bande inter dite soit sous contrainte uniaxiale de compression dans le plan de la couche et définisse dans le diagramme de bande de valence de la structure, au niveau de cette couche, un puits quantique comportant des sous-bandes de type HH, et - en ce que l'épaisseur de la couche comprenant le matériau à petite bande interdite et la composition des matériaux à gran de bande interdite sont essentiellement choisies de manière que, lorsqu'une tension négative (VG) est appliquée à la grille, il apparaisse dans le puits quantique des sous-bandes HH1 et HH2, ainsi qu'éventuellement des sous-bandes d'ordre supé rieur 11113, ..., ces diverses sous-bandes étant séparées par une énergie telle que les sous-bandes correspondant aux masses effectives m*hAl les plus élevées soient peuplées de trous en concentration notablement inférieure à celle des trous peuplant la sous-bande HH1, de manière à créer un régime d'accumulation de trous à faible masse effective m*h dans le puits quantique et accroître corrélativement la trans conductance du composant. 5. Le composant de la revendication 4, dans lequel le matériau à grande bande interdite de la seconde couche est A1xGa1-xAs, le maté riau à petite bande interdite est GayIn1-y As et le matériau à grande bande interdite de la première couche est A1zGa1-zAs, ces matériaux étant épitaxiés sur un substrat de GaAs. 6. Le composant de l'une des revendications 1 et 4, dans lequel le matériau à petite bande interdite est GaAswSb1-w. 7. Le composant de l'une des revendications 1 et 4, dans lequel le matériau à petite bande interdite est GayIn1-yAswSb1-w. 8. Le composant de l'une des revendications 2 et 5, dans lequel l'épaisseur de la couche comprenant GayIn1-y As est essentiellement comprise entre environ 4 nm et environ 6 mn, pour une fraction molaire d'indium (1-y)In comprise entre 0,15 et 0,35, de manière que la concentration des trous dans la sous-bande HH2 soit notablement inférieure à celle dans la sous-bande 1111#. 9. Le composant de l'une des revendications 2 et 5, dans lequel l'épaisseur de la couche comprenant GayIn1-y As est essentiellement comprise entre environ 6 nm et environ 9 nm, pour une fraction molaire d'indium (1-y)In comprise entre 0,15 et 0,30, de manière que la concentration des trous dans la sous-bande HH3 soit notablement inférieure à celle dans les sous-bandes HH1 et 11112. 10. Un circuit intégré à composants complémentaires du type transistors à effet de champ à canal p et à canal n, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un transistor à effet de champ à canal p réalisé selon l'une des revendications précédentes, de manière à abaisser la masse effective moyenne m*hg/ des trous pour le transistor à canal p et accroître corrélativement la transconductance et la densité de courant de celui-ci.