DE2321796A1

DE2321796A1 - Feldeffekttransistor

Info

Publication number: DE2321796A1
Application number: DE19732321796
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Rer Nat Beneking
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1974-11-14
Also published as: DE2321796C2

Description

"Feldeffekttransistor" Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor aus einer auf ein Ilalbleitersubstrat epitaktisch aufgebrachten dünnen Ilaibleiterschicht, die den steuerbaren Kanalbereich bildet und mit der eine Quell-, eine Zug- und eine Steuerelcktrode in Verhindung steht.
Bei der Herstellung von Hochfrequenz-Feldeffekttransistoren ist es richtig, den im Eingangskreis wirksam werdenden Serienwiderstand möglichst klein zu halten. Dieser Widerstand bestimmt zusammen mit der Eingangsitapazität die erzielbare Grenzfrequenz. Bei Feldeffekttransistoren, die nach der Planartechnik hergestellt sind, wird in der Regel eta 1/3 des unterhalb der Steuerelektrode liegenden Lallalbereichs als Vorwiderstand wirksam. Diese Widerstandsgröße ergibt sich aus den verteilten Einzelwiderständen unter der Steuerelektrode. Hierzu können sich weitere Verlustwiderstände des Steuerkontaktes und ein Gegenkopplungswiderstand, der durch das Halbleitergebiet zwischen der Quellelektrode und dem Anfang des eigentlichen steuerbaren Kanalbereichs zustande kommt, hinzuaddieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feldeffekttransistor anzugeben, bei dem der Vorwiderstand erheblich reduziert ist. Diese Aufgabe wird bei einem Feldeffekttransistor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerelektrode auf der Epitaxieschicht zwischen der Quell- und der Zugelektrode angeordnet ist, daß unter der Steuerelektrode in das Halbleitersubstrat eine hochdotierte Zone vom Leitungstyp der Epitaxieschicht eingelassen ist und daß die Steuerelektrode und die hochdotierte Zone mit Anschlüssen für die Zuführung des Steuersignals versehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich der Vorwiderstand eines Eingangskreises praktisch nur noch aus dem durch die Dicke der Epitaxieschicht gebildeten Querwiderstand. Da die Epitaxieschicht aber sehr dünn gewählt werden kann, wird auch der Vorwiderstand stark reduziert. Dies führt zu einer starken Erhöhung der Grenzfrequenz.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat hochohmig oder semiisolierend. Als Material für ein semiisolierendes Substrat ist beispielsweise Gallium-Arsenid geeignet. Bei dem erfindw;igsgemäßen Feldeffettransistor wird anstelle der üblichen Längssteuerung des Stromsim Kanalbereich nunmehr eine Quersteuerung ausgenutzt. Die Stromlinien gehen von der Quellelektrode aus und münden in die hochdotierte Zone unter der Steuerelektrode. An dem der Zugelektrode zugewandten Ende der hochdotierten Zone verlassen die Stromlinien diese hochdotierte Zone wieder und verlaufen zur Zugelektrode.
Je nach der Dotierung der hochdotierten Zone verteilen sich die an der hochdotierten Zone ankommenden und abgehenden Stromlinien mehr oder weniger stark über die gesamte Fläche der hoch dotierten Zone. Diese Verteilung kann durch das zwischen der Steuerelektrode und der hochdotierten Zone anliegende Steuersignal derart beeinflußt werden, daß die Stromlinien zwischen der Quell- und der Zugelektrode mehr oder weniger stark in die hochdot:#erte Zone gedrängt werden. Auf diese Weise wird der für den Strom zwischen der Quell- und der Zugelektrode wirksam werdende Widerstahd verändert. So wird der Widerstand bei einer starken Verdrängung der Stromlinien in die hochdotierte zone, die durch die von der Steuerelektrode ausgehende Raum~ ladungszone ausgelöstwird, herabgesetzt, da die liochdotierte Zone dem Strom einen kleineren Widerstand als das Kanalgebiet der Epitaxieschicht entgegensetzt. Wenn die Stromlinien dagegen nicht oder nur wenig in die hochdotierte Zone abgedrängt werden, ergibt sich der Widerstand im wesentlichen dllrch den Widerstand der Epitaxieschicht.
Die Epitaxieschicht ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 0,8 /um dick. Die hochdotierte Zone weist beispielsweise eine Störstellenkonzentration von ca. 1018 Atomen je cm³ auf.
von ca. 10 Atomen je cm auf.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren noch anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
In der Figur 1 ist im Schnitt eine Halbleiteranordnung dargestellt, die aus einem Halbleitersubstrat 1 besteht. Dieses Ilalbleitersubstrat ist beispielsweise semlisolierendes GaAs.
Vor der Abscheidung der Epitaxieschicht 2 aus einkristallinem GaAs wird in dieses GaAs-Substrat 1 an einer Stelle eine hochdotierte Zone 10 eingebracht. Diese Zone 10 ist bei n-leitender Epitaxieschicht 2 n+-leitend und weist eine Störstellenkonzeni8 Atomen 3 tration von ca. 10 Atomen je cni auf. Danach wird auf das Substrat eine n-leitende Epitaxieschicht 2 abgeschieden, die eine Störstellenkonzentration von ca. 1016 Atomen je cm3 aufweist.
Auf der Epitaxieschicht ist direkt über der Zone 10 die Steuerelektrode 4 angeordnet. Diese Steuerelektrode besteht im dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Schottky-Kontakt.
Sie kann jedoch auch durch einen pn-Übergang ersetzt werden. Die Steuerelektrode 4 liegt zwischen der Quellelektrode 5 und der Zugelektrode 3. Diese Elektroden 3 und 5 bestehen beispielsweise aus sperrschichtfreien ohmschen Pletallkontakten. Die nicht von den Kontakten bedeckten Bereichen der Halbleiteroberfläche sind vorzugsweise mit einer Isolierschicht 11, beispielsweise aus Siliziumdioxyd, bedeckt. In der Figur 1 ist dargestellt, wie in der Epitaxieschicht die Stromlinien 12 verlaufen, wenn an die Klemmen 6 und 8, die mit der Quell- bzw. der Zugelektrode verbunden sind, eine Betriebsspannung angelegt wird.
Die Stromlinien 12 gehen von der Quellelektrode aus und münden unter der Steuerelektrode 4 in der hochdotierten Zone 10.
Sie verlassen an einer der Zugelektrode benachbarten Stelle die hochdotierte Zone 10 und enden an der Zugelektrode 3.
Dieser Stroml-inienwrerlauf lçird durch ein'Querfeld zwischen der Steuerelektrode 4 und der hochdotierten Zone 10 beeinflußt.
Dieses veränderliche Querfeld wird beispielsweise dadurch aufgebaut, daß zwischen der Anschlußklemme 7 die mit der Steuerelektrode 4 verbunden ist, und der Zone 10 dac Hochfrequenzsignal anliegt.
Wie sich aus der Figur 2 ergibt, ist die hochdotierte Zone 10 mit einem Anschlußkontakt 9 verbunden, der durch eine Öffnung in der Epitaxieschicht zugänglich ist. Geeignete Betriebsspannungsverhältnisse liegen beispielsweise dann vor, wenn an der Quellelektrode ein Potential von 0 V, an der Zugelektrode ein Potential von 10 V, an der Steuerelektrode ein Potential von -4 V und an der hochdotierten Zone ein Potential von 3 V anliegt. Der Gleichspannung zwischen der Steuerelektrode und der hochdotierten Zone wird dann das H#chfrequenzsignal überlagert. Durch das dabei entstehende veränderliche Querfeld werden die Stromlinien 12 mehr oder weniger stark in die hochdotierte Zone 10 gedrängt, so daß auf diese Weise der Widerstand zwischen der Zug- und der Quellelektrode verändert wird.
Wie bereits erwähnt, kann die hochotierte Zone 10 unter der Epitaxieschicht 2 dadurch elektrisch angeschlossen werden, daß in die Epitaxieschicht über der hochdotierten Zone 10 oder einer zu dieser Zone führenden Zuleitung eine Öffnung eingebracht ist, in der die hochdotierte Zone mit einem Anschlußkontakt 9 versehen ist. Eine derartige Anordnung zeigt die Figur 2. Es ist aber auch möglich, die hochdotierte Zone 19 über einen sich durch das Substrat erstreckenden, gleichfalls hochdotierten Bereich von der Substratrückseite aus elektrisch anzuschließen.
Dann wird der Anschlußkontakt auf die Rückseite des Substrats 1 aufgebracht. Es wurde gleichfalls bereits erwähnt, daß der Schottkykontakt durch einen pn-Übergang ersetzt werden kann.
Dann muß in die Epitaxieschicht eine Steuerzone eingelassen werden, deren Leitfähigkeitstyp zu dem der Epitaxieschicht entgegengesetzt ist. Bei dem bisher beschriebenen Ausführung 5-beispiel wäre die Steuerzone dann p-leitend.

Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e

9 FeldeffeLttransistor aus einer auf ein Halbleitersubstrat aufgebrachten dünnen Halbleiterschicht, die den steuerbaren Kanalbereich bildet und mit der eine Quell-, eine Zug- und eine Steuerelektrode in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode auf der Spita-ieschicht zwischen der Quell- und der Zugelektrode angeordnet ist, daß unter der Steuerelektrode in das Halbleitersubstrat eine hochdotierte Zone vom Leitungstyp der Epitaxieschicht eingelassen ist und daß die Steuerelektrode und die hochdotierte Zone mit Anschlüssen für die Zuführung des Steuersignals verseheii sind.
2) Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Epitaxieschicht ca. 0,5 - 0,8 /um dick ist.
3) Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat isolierend oder semiisolierend ist.
4) Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Galliumarsenid besteht.
5) Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdotierte Zone eine Stör-18 3 stellenkonzentration von ca. 101 Atomen je cm aufweist.
6) Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Epitaxieschicht über der hochdotierten Zone oder einer zu dieser Zone führenden Zuleitung eine Öffnung eingebracht ist und daß die hochdotierte Zone an dieser Stelle mit einem Anschlußkontakt versehen ist.
7) Feldeffekttransistor nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet1 ~daß die hochdotierte Zone über einen Eich durch das Substrat erstreckenden, gleichfalls hochdotierten Bereich von der Substratrückseite aus elektrisch angeschlossen ist.

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