DE2321796C2

DE2321796C2 - Feldeffekttransistor

Info

Publication number: DE2321796C2
Application number: DE19732321796
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.Rer.Nat. 5100 Aachen Beneking
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DE2321796A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Feldeffekttransistor ist aus der DE-AS 17 64164 bekannt, bei dem durch eine Zone hoher Leitfähigkeit zwischen der Source- und der Gate-Elektrode unter der epitaktischen Kanalschicht der Widerstand zwischen den beiden Elektroden reduziert wird, ohne daß es zu Spannungsüberschlägen kommt.

Bei der Herstellung von Hochfrequenz-Feldeffekttransistoren ist es wichtig, den im Eingangskreis wirksam werdenden Serienwiderstand möglichst klein zu halten. Dieser Widerstand bestimmt zusammen mit der Eingangskapazität die erzielbare Grenzfrequenz. Bei Feldeffekttransistoren, die nach der Planartechnik hergestellt sind, wird in der Regel etwa 'Λ des unterhalb der Gate-Elektrode liegenden Kanalbereichs als Vorwiderstand wirksam. Diese Widerstandsgröße ergibt sich aus den verteilten Einzelwiderständen unter der Gate-Elektrode. Hierzu können sich weitere Verlustwiderstände des Gate-Kontaktes und ein Gegenkopplungswiderstand, der durch das Halbleitergebiet zwischen der Source-Elektrode 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

ίο eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst

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 erfindungsgemäßen Feldeffekttransitor wird anstelle der üblichen Längssteuerung des Stroms im Kanalbereich nunmehr eine Quersteuerung ausgenutzt. Die Stromlinien gehen von der Source-Elektrode aus und münden in die hochdotierte Zone unter der Gate-Elektrode. An dem der Drain-Elektrode zugewandten Ende der hochdotieren Zone verlassen die Stromlinien diese hochdotierte Zone wieder und verlaufen zur Drain-Elektrode. 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 hochdotierten Zone. Diese Verteilung kann durch das zwischen der Gate-Elektrode und der hochdotierten Zone anliegende Steuersignal derart beeinflußt werden, daß die Stromlinien zwischen der

«ο Source- und Drain-Elektrode mehr oder weniger stark in die hochdotierte Zone gedrängt werden. Auf diese Weise wird der für den Strom zwischen der Source- und der Drain-Elektrode wirksam werdende Widerstand verändert. So wird der Widerstand bei einer starken Verdrängung der Stromlinien in die hochdotierte Zone, die durch die von der Gate-Elektrode ausgehende Raumladungszone ausgelöst wird, herabgesetzt, da die hochdotierte 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 durch den Widerstand der Epitaxieschicht

Die Epitaxieschicht ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 0,8 μηι dick. Die hochdotierte Zone weist beispielsweise eine Störstellenkonzentration von ca. 10¹⁸ Atomen je cm³ auf. Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren noch anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der F i g. 1 ist im Schnitt eine Halbleiteranordnung dargestellt, die aus einem Halbleitersubstrat 1 besteht. Dieses Halbleitersubstrat ist beispielsweise semiisolierendes 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 η+-leitend und weist eine Störstellen-

konzentration von ca. 10¹⁸ Atomen je cm³ auf. Danach wird auf das Substrat eine η-leitende Epitaxieschicht 2 •»bgeschieden, die eine Störstellenkonzentration von ca. 10¹⁶ Atomen je cm³ aufweist. Auf der Epitaxieschicht ist direkt über der Zone 10 die Gate-Elektrode 4 angeordnet Diese Gate-Elektrode besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Schottky-Kontakt Sie kann jedoch auch durch einen pn-Übergang ersetzt werden. Die Gate-Elektrode 4 liegt zwischen der Source-Elektrode 5 und der Drain-Elektrode 3. Dies? Elektroden 3 und 5 bestehen beispielsweise aus sperrschichtfreien ohmsehen Metallkontakten. Die nicht von den Kontakten bedeckten Bereiche der Halbleiteroberfläche sind vorzugsweise mit einer Isolierschicht 11, beispielsweise aus Siliziumdioxyd, bedeckt In der F i g. 1 ist dargestellt wie in der Epitaxieschicht die Stromlinien 12 verlaufen, wenn an die Klemmen 6 und 8, die mit der Source- bzw. der Drain-Elektrode verbunden sind, eine Betriebsspannung angelegt wird. Die Stromlinien 12 geheti von der Source-Elektrode aus und münden unter der Gate-Elektrode 4 in der hochdotierten Zone 10.

Sie verlassen an einer der Drain-Elektrode benachbarten Stelle die hochdotierte Zone 10 und enden an der Drain-Elektrode 3. Dieser Stromlinienverlauf wird durch ein Querfeld zwischen der Gate-Elektrode 4 und der hochdotierten Zone 10 beeinflußt. Dieses veränderliche Querfeld wird beispielsweise dadurch aufgebaut, daß zwischen der Anschlußklemme 7, die mit der Gate-Elektrode 4 verbunden ist, und der Zone 10 das Hochfrequenzsignal anliegt.

Wie sich aus der F i g. 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 Source-Elektrode ein Potential von 0 V, an der Drain-Elektrode ein Potential von 10 V, an der Gate-Elektrode ein Potential von —4 V und an der hochdotierten Zone ein Potential von 3 V anliegt. Der Gleichspannung zwischen der Gate-Elektrode und der hochdotierten Zone wird dann das Hochfrequenzsignal 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 Drain- und der Source-Elektrode verändert wird.

Wie bereits erwähnt, kann die hochdotierte 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 F i g. 2. Es ist aber auch möglich, die hochdotierte Zone 10 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 Schottky-Kontakt durch einen pn-übergang ersetzt werden kann. Dann muß in die Epitaxieschicht eine Gate-Zone eingelassen werden, deren Leitfähigkeitstyp zu dem der Epitaxieschicht entgegengesetzt ist. Bei dem bisher betriebenen Ausführungsbeispiel wäre die Gate-Zone dann p-leitend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feldeffekttransistor aus einer auf ein Halbleitersubstrat epitaktisch aufgebrachten dünnen Halbleiterschicht, die den steuerbaren Kanalbereich bildet und auf der eine Source- und eine Drain-Elektrode und dazwischen eine Gate-Elektrode angeordnet ist und unter der in das Halbleitersubstrat eine hochdotierte Zone vom Leitungstyp der Epitaxieschicht eingelassen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdotierte Zone unter der Gate-Elektrode in das Halbleitersubstrat eingelassen und mit einem Anschluß für die Zuführung eines Steuersignals versehen ist

2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Epitaxieschicht ca. 0,5—0,8 μΐη 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 Störstellenkonzentration von ca. 10¹⁸ Atomen je cm³ 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 einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hochdotierte Zone über einen sich durch das Substrat erstreckenden, gleichfalls hochdotierten Bereich von der Substratrücksute aus elektrisch angeschlossen ist.

8. Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode aus einem Schottky-Kontakt besteht.