高電子移動度トランジスタ
GaAs基板を用いたHEMT。最初にn-AlxGa1-xAs/GaAs HEMTが、後に電子濃度の高いn-InxGa1-xP/GaAs HEMTが開発された。シュードモルフィックn-AlxGa1-xAs/InxGa1-xAs HEMTもこの系列になる。
通常のHEMTとAlGaAs層とGaAs層の配置を逆にした構造。オーミックコンタクトがとりやすい。
一般の電界効果トランジスタと同様、ソース、ゲート、ドレインの三つの金属電極を持つ。ゲート電極は電子供給層であるn-AlGaAs層の表面に接触し、ショットキー接合を形成する。このときn-AlGaAs電子供給層には二つの空乏層が形成される。ひとつはショットキー接合の空乏層、もうひとつは二次元電子ガスの形成に伴うヘテロ界面側から伸びる空乏層である。ここで、n-AlGaAs電子供給層の厚さを、二つの空乏層が接する程度に選ぶことにする。すると、ゲート電極に電圧を加えることにより二つの空乏層の厚さを変化させ、その結果、電界効果により二次元電子ガスの濃度を制御することが可能である。ソース、ドレイン電極は二次元電子ガスとの間でオーミック接触を得るように形成される。このため、AuGe合金を用い、熱処理によってコンタクトを得る方法がしばしば用いられる。また、コンタクト抵抗を低減させるため、n-AlGaAs電子供給層上に高濃度かつ低抵抗のn-GaAs層を形成し、その上からコンタクトをとる方法も使われる。
ここでは、GaAsとAlGaAsの場合について述べるが、他の材料系(例えば、窒化ガリウム)においても同様の構造、動作原理となる。基本的な構造は、GaAsの半絶縁性基板上に、電子走行層であるアンドープのGaAs層(i-GaAs層)と、薄いスペーサ層であるアンドープAlxGa1-xAs層(i-AlGaAs層)、電子供給層であるn型のAlxGa1-xAs層(n-AlGaAs層)をエピタキシャル成長により積み重ねた構成となる。GaAsの格子定数は5.653Å、AlAsの格子定数は5.661Åであるため、n-AlGaAs層とi-GaAs層は、最大でも格子定数の不整合は0.13%程度で小さい。そのためn-AlGaAsの混晶比xは、広い範囲で格子整合が可能である。一般には、xは0.15〜0.30の値が使用され、バンドギャップは約1.6〜1.8eVとなる。一方、i-GaAsのバンドギャップは1.4eVである。
通常のHEMTのチャネルを構成するi-GaAsを擬似格子整合(pseudomorphic)する他の材質に変更することにより、より高移動度、高電子濃度を実現したHEMT。ヒ化インジウムガリウム(InxGa1-xAs)をチャネルに使用したHEMTがある。転位の発生を防ぐため、InGaAsの混晶比xは0.1から0.2程度に制限される。