JP2009032729A - Switching element and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力端とグラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、入力端と出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタとを備えたスイッチ素子およびこれを内蔵する電子機器に関する。 The present invention relates to one or more first field effect transistors inserted in series between an input end and a ground end, and one or more second field effect transistors inserted in series between an input end and an output end. The present invention relates to a switch element including the above and an electronic device incorporating the same.
携帯電話のRFフロントエンド部に使用されているスイッチICは、一般的に図35(A)に示したように、入力ポートPort1と出力ポートPort2との間に直列挿入されたシリーズ側のFET(Field effect transistor:電界効果トランジスタ)1と、Port1とグラウンドとの間に直列挿入されたシャント側のFET2とで主に構成されており、Port1とPort2との間がオンの場合、その等価回路は、図35(B)に示したようなCR回路となっている。
As shown in FIG. 35A, a switch IC used in an RF front end portion of a mobile phone is generally a series-side FET (series-side FET (inserted in series) between an input port Port1 and an output port Port2. Field effect transistor (Field effect transistor) 1 and a shunt-
このスイッチICに必要とされる特性の一つに挿入損失特性がある。スイッチICの挿入損失は、DC的な抵抗損とAC的な容量損との和で表される。そのため、スイッチICにとって、DC的な抵抗損を抑えるためにFET1のオン抵抗R3を低減することが重要であり、AC的な容量損を抑えるためにFET2のオフ容量C1を低減することが重要であると言える。 One of the characteristics required for this switch IC is an insertion loss characteristic. The insertion loss of the switch IC is represented by the sum of DC resistance loss and AC capacitance loss. Therefore, it is important for the switch IC to reduce the on-resistance R3 of the FET1 in order to suppress DC resistance loss, and it is important to reduce the off-capacitance C1 of the FET2 in order to suppress AC capacitance loss. It can be said that there is.
また、第2世代から第3世代携帯電話にシステムが移り変わることによって、挿入損失特性だけでなく、歪み特性も重要になってきた。今後の携帯電話のフロントエンド部は、例えば、図34に示したように第2世代のGSMシステム(SGSM)と、第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)が混在する、マルチモード且つマルチバンドシステムになるか、あるいは、図示しないが第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)のみのマルチバンドシステムになると考えられる。 In addition, not only the insertion loss characteristic but also the distortion characteristic has become important as the system is changed from the second generation to the third generation mobile phone. For example, as shown in FIG. 34, a front-end unit of a future mobile phone is a multi-function that includes a second generation GSM system (S GSM ) and a third generation W-CDMA system (S W-CDMA ). It may be a mode and multi-band system, or a multi-band system of only a third generation W-CDMA system (S W-CDMA ) (not shown).
第3世代携帯で採用されているSW−CDMAのように、デュプレクサDPXによって送受信信号を選別するシステムでは、スイッチSW1として非線形性を有するものを使うと、大気中に存在する妨害波と送信波とがミキシングされて、相互変調歪み(IMD)が発生し、受信経路Rx1内に侵入するという問題が生じる。 In a system for selecting transmission / reception signals by the duplexer DPX, such as SW -CDMA adopted in the third generation mobile phone, if a switch SW 1 having non-linearity is used, interference waves existing in the atmosphere and transmission are transmitted. The wave is mixed and intermodulation distortion (IMD) is generated, which causes a problem of entering the reception path R x1 .
例えば、送信波(fTX1)が1.95GHz、受信波(fRX1)が2.14GHzとする。デュプレクサDPXはこの2つの周波数の信号しか通さないものとする。ここでアンテナANTから190MHzの妨害波(fblock)が入ってきたとする。スイッチSW1の非線形性によって周波数のミキシングが起こり、fIMD=fTX1+fblock=1.95GHz+190MHz=2.14GHzの2次IMD信号が発生する。この2次IMD信号の周波数は、受信波(fRX1)と同じ周波数なので、2次IMD信号がデュプレクサDPXを通過し、受信経路Rx1内にノイズとして侵入してしまう。また、スイッチSW1の非線形性によって高調波が発生するが、この高調波歪みの問題は第2世代携帯電話システムの問題の一つとして挙がっている。 For example, the transmission wave (f TX1 ) is 1.95 GHz and the reception wave (f RX1 ) is 2.14 GHz. It is assumed that the duplexer DPX passes only signals of these two frequencies. Here, it is assumed that an interference wave (f block ) of 190 MHz enters from the antenna ANT. The non-linearity of the switch SW 1 causes frequency mixing, and a secondary IMD signal of f IMD = f TX1 + f block = 1.95 GHz + 190 MHz = 2.14 GHz is generated. Since the frequency of the secondary IMD signal is the same as that of the received wave (f RX1 ), the secondary IMD signal passes through the duplexer DPX and enters the reception path R x1 as noise. Although harmonics generated by the nonlinear properties of the switch SW 1, a problem of the harmonic distortion is raised as one of the problems second generation mobile phone system.
これらの歪み問題を解決するためには、FET2のオフ容量C1の非線形性を抑制することが有効であると考えられる。これを裏付ける例として、図36(A),(B)に示したシミュレーション結果から推測できる。なお、図36(A),(B)は、キャパシタに周波数の異なる2つの波(fTX1,fblock)を同時に入力したときの反射波のスペクトルであり、図36(A)は容量が電圧に依存しない線形のキャパシタの結果であり、図36(B)は容量が電圧に依存する非線形のキャパシタの結果である。 In order to solve these distortions problems, it is considered effective to suppress the non-linearity of the OFF capacitance C 1 of the FET2. As an example to support this, it can be inferred from the simulation results shown in FIGS. FIGS. 36A and 36B are spectra of reflected waves when two waves (f TX1 and f block ) having different frequencies are input to the capacitor at the same time. FIG. FIG. 36B shows the result of a non-linear capacitor whose capacitance depends on the voltage.
図36(A),(B)から、線形のキャパシタに周波数の異なる2つの波を入れても入力した波と同じ周波数の反射波しか出てこないが、容量が電圧に依存する、例えば容量が電圧に比例する非線形の容量にキャパシタに周波数の異なる2つの波を入れると、IMDや高調波歪みが発生することがわかる。このことから、FET2のオフ容量C1の非線形性がIMDや高調波を発生させる要因の一つであると言える。
36A and 36B, even if two waves having different frequencies are put into a linear capacitor, only a reflected wave having the same frequency as the input wave is output, but the capacitance depends on the voltage. It can be seen that IMD and harmonic distortion occur when two waves having different frequencies are put into a capacitor in a non-linear capacitance proportional to the voltage. From this, it can be said that the non-linearity of the off-capacitance C 1 of the
従って、挿入損失が少なく、IMDや高調波歪みの少ない高性能なスイッチICを提供するためには、以下の4点が重要である。
(1)FET1のオン抵抗R3の低減
(2)FET1のオン抵抗R3の非線形性の低減
(2)FET2のオフ容量C1の低減
(3)FET2のオフ容量C1の非線形性の低減
Therefore, the following four points are important in order to provide a high-performance switch IC with low insertion loss and low IMD and harmonic distortion.
(1) Reduction of on-resistance R3 of FET1 (2) Reduction of non-linearity of on-resistance R3 of FET1 (2) Reduction of off-capacitance C1 of FET2 (3) Reduction of non-linearity of off-capacitance C1 of FET2
ところで、無線通信機器向けのスイッチICの1つとして、pHEMT(高電子移動度トランジスタ、pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)プロセスを採用したpn接合ゲート型FETがある(特許文献1)。
このpn接合ゲート型FETには、ゲートソース間の寄生容量Cgs、ゲートドレイン間の寄生容量Cgd、ドレインソース間の寄生容量Cdsが存在し、このFETのオフ容量(Coff)は、図37から、数(1)のように表現できる。
数(1)から、Coffを低減するためには、寄生容量Cgs、CgdおよびCdsを低減する必要があることが分かる。また、Coffの非線形性を抑制するためには、寄生容量Cgs、CgdおよびCdsの非線形性を抑制することが重要であるこということも分かる。 From equation (1), it can be seen that the parasitic capacitances C gs , C gd and C ds need to be reduced in order to reduce C off . It can also be seen that it is important to suppress the non-linearity of the parasitic capacitances C gs , C gd and C ds in order to suppress the non-linearity of C off .
上記pn接合ゲート型FETにおいては、オン抵抗Ronが非常に小さいものの、オフ容量(Coff)が大きく、オフ容量(Coff)の非線形性があまり良くない。そのため、このFETをスイッチSW1に適用した場合には、IMDや高調波歪が大きくなってしまうという問題があった。 In the pn junction gate type FET, although the on-resistance R on is very small, the off-capacitance (C off ) is large, and the non-linearity of the off-capacitance (C off ) is not very good. Therefore, in the case of applying the FET to switch SW 1 has a problem of IMD and harmonic distortion increases.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、IMDや高調波歪の少ないスイッチ素子およびそれを内蔵する電気機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a switch element with less IMD and harmonic distortion and an electric device incorporating the switch element.
本発明の第1のスイッチ素子は、入力端と、出力端と、グラウンド端と、入力端とグラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、入力端と出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタとを備えたものである。ここで、第1電界効果トランジスタおよび第2電界効果トランジスタは、同一の基板上に形成されたものであり、第1のスイッチ素子における第1電界効果トランジスタは以下の(A1)〜(A5)の各構成要素を有しており、第1のスイッチ素子における第2電界効果トランジスタは以下の(B1)〜(B5)の各構成要素を有している。
(A1)基板上に下部電子供給層、チャネル層、上部電子供給層およびコンタクト層をこの順に含んで形成された積層構造
(A2)コンタクト層内に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第1ゲート領域
(A3)第1ゲート領域上に形成された第1ゲート電極
(A4)コンタクト層上の、第1ゲート電極の両側に形成された第1ソース電極および第1ドレイン電極
(A5)第1ゲート領域と第1ソース電極との間および第1ゲート領域と第1ドレイン電極との間に形成されると共にコンタクト層の上面から少なくとも第1ゲート領域と等しい深さにまで達する一対の第1リセス
(B1)上記の積層構造
(B2)コンタクト層内に形成された第2リセス
(B3)コンタクト層のうち第2リセスの底部に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第2ゲート領域
(B4)第2ゲート領域上に形成された第2ゲート電極
(B5)コンタクト層上の、第2リセスの両側に形成された第2ソース電極および第2ドレイン電極
The first switch element of the present invention includes an input end, an output end, a ground end, one or more first field effect transistors inserted in series between the input end and the ground end, an input end and an output. And one or a plurality of second field-effect transistors inserted in series with the end. Here, the first field effect transistor and the second field effect transistor are formed on the same substrate, and the first field effect transistor in the first switch element is the following (A1) to (A5). The second field effect transistor in the first switch element includes the following components (B1) to (B5).
(A1) A laminated structure formed by including a lower electron supply layer, a channel layer, an upper electron supply layer and a contact layer in this order on the substrate. (A2) Contains p or n conductivity type impurities formed in the contact layer. The first source electrode and the first drain electrode (A5) formed on both sides of the first gate electrode on the contact layer of the first gate electrode (A4) formed on the first gate region (A3) A pair of electrodes formed between the first gate region and the first source electrode and between the first gate region and the first drain electrode and reaching at least the same depth as the first gate region from the upper surface of the contact layer. The first recess (B1) The p or n conductivity type formed at the bottom of the second recess in the second recess (B3) contact layer formed in the above-mentioned laminated structure (B2) contact layer Second gate region (B4) containing pure material Second gate electrode (B5) formed on the second gate region, second source electrode and second drain formed on both sides of the second recess on the contact layer electrode
本発明の第1の電子機器は、一の素子と他の素子とに接続された上記第1のスイッチ素子を内蔵するものである。 A first electronic device of the present invention incorporates the first switch element connected to one element and another element.
本発明の第1のスイッチ素子および第1の電子機器では、第1電界効果トランジスタにおいて、一対の第1リセスがコンタクト層内の第1ゲート領域の両端に設けられているので、寄生容量が小さく、寄生容量の電圧依存性も少なく、寄生容量の非線形性も小さい。また、第2電界効果トランジスタにおいて、第2ゲート領域がコンタクト層中に埋め込まれているので、オン抵抗が低い。 In the first switch element and the first electronic device of the present invention, the pair of first recesses are provided at both ends of the first gate region in the contact layer in the first field effect transistor, so that the parasitic capacitance is small. In addition, the voltage dependency of the parasitic capacitance is small and the nonlinearity of the parasitic capacitance is also small. In the second field effect transistor, since the second gate region is embedded in the contact layer, the on-resistance is low.
本発明の第2のスイッチ素子は、入力端と、出力端と、グラウンド端と、入力端とグラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、入力端と出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタとを備えたものである。ここで、第1電界効果トランジスタおよび第2電界効果トランジスタは、同一の基板上に形成されたものであり、第2のスイッチ素子における第1電界効果トランジスタは以下の(C1)〜(C4)の各構成要素を有しており、第2のスイッチ素子における第2電界効果トランジスタは以下の(D1)〜(D5)の各構成要素を有している。
(C1)基板上に下部電子供給層、チャネル層、上部電子供給層およびコンタクト層をこの順に含んで形成された積層構造
(C2)コンタクト層の上面から所定の深さにまで達する第1リセス
(C3)第1リセスの底面に形成された第1ゲート電極
(C4)コンタクト層上の、第1リセスの両側に形成された第1ソース電極および第1ドレイン電極
(D1)上記の積層構造
(D2)コンタクト層内に形成された第2リセス
(D3)コンタクト層のうち第2リセスの底部に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第2ゲート領域
(D4)第2ゲート領域上に形成された第2ゲート電極
(D5)コンタクト層上の、第2リセスの両側に形成された第2ソース電極および第2ドレイン電極
The second switch element of the present invention includes an input end, an output end, a ground end, one or more first field effect transistors inserted in series between the input end and the ground end, an input end and an output. And one or a plurality of second field-effect transistors inserted in series with the end. Here, the first field effect transistor and the second field effect transistor are formed on the same substrate, and the first field effect transistor in the second switch element is the following (C1) to (C4). The second field effect transistor in the second switch element has the following components (D1) to (D5).
(C1) A laminated structure formed by including a lower electron supply layer, a channel layer, an upper electron supply layer, and a contact layer in this order on a substrate (C2) a first recess reaching a predetermined depth from the upper surface of the contact layer ( C3) The first source electrode and the first drain electrode (D1) formed on both sides of the first recess on the first gate electrode (C4) contact layer formed on the bottom surface of the first recess. ) The second recess (D3) formed in the contact layer. The second gate region (D4) containing the p-type or n-conductivity type impurity formed at the bottom of the second recess in the contact layer. Second source electrode and second drain electrode formed on both sides of the second recess on the formed second gate electrode (D5) contact layer
本発明の第2の電子機器は、一の素子と他の素子とに接続された上記第2のスイッチ素子を内蔵するものである。 A second electronic device according to the present invention incorporates the second switch element connected to one element and another element.
本発明の第2のスイッチ素子および第2の電子機器では、第1電界効果トランジスタにおいて、第1リセスが上部電子供給層上に形成された第1ゲート電極の周囲に設けられているので、寄生容量が小さく、寄生容量の電圧依存性も少なく、寄生容量の非線形性も小さい。また、第2電界効果トランジスタにおいて、第2ゲート領域がコンタクト層中に埋め込まれているので、オン抵抗が低い。 In the second switch element and the second electronic device according to the present invention, in the first field effect transistor, the first recess is provided around the first gate electrode formed on the upper electron supply layer. The capacitance is small, the voltage dependence of the parasitic capacitance is small, and the nonlinearity of the parasitic capacitance is also small. In the second field effect transistor, since the second gate region is embedded in the contact layer, the on-resistance is low.
本発明の第1のスイッチ素子および第1の電子機器、ならびに本発明の第2のスイッチ素子および第2の電子機器によれば、寄生容量が小さく、寄生容量の電圧依存性も少なく、寄生容量の非線形性も小さい第1電界効果トランジスタを入力端とグラウンド端との間に直列挿入し、かつ、オン抵抗が低い第2電界効果トランジスタを入力端と出力端との間に直列挿入するようにしたので、オン抵抗、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを十分に少なくすることができる。 According to the first switch element and the first electronic device of the present invention, and the second switch element and the second electronic device of the present invention, the parasitic capacitance is small, and the voltage dependency of the parasitic capacitance is small. A first field effect transistor with low non-linearity is inserted in series between the input end and the ground end, and a second field effect transistor having a low on-resistance is inserted in series between the input end and the output end. Therefore, the on-resistance, insertion loss, IMD, and harmonic distortion can be sufficiently reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るスイッチ素子1の回路構成を表したものである。図2は、図1のスイッチ素子1の一部の断面構成を表すものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a circuit configuration of a
このスイッチ素子1は、入力端Port1とグラウンド端GNDとの間に直列挿入された1または複数のシャントFET1A(第1電界効果トランジスタ)と、入力端Port1と出力端Port2との間に直列挿入された1または複数のシリーズFET1B(第2電界効果トランジスタ)とを備えたものである。
This
また、シャントFET1Aのゲート電極30(後述)にはスイッチング信号の入力端Vc1が抵抗R1を介して接続されており、シリーズFET1Bのゲート電極41(後述)にはスイッチング信号の入力端Vc2が抵抗R2を介して接続されている。
A switching signal input terminal Vc1 is connected to the gate electrode 30 (described later) of the
なお、図1には、シャントFET1AおよびシリーズFET1Bがそれぞれ1つずつ設けられている場合が例示されている。また、図2には、シャントFET1AとシリーズFET1Bとが互いに隣接して形成されている場合が例示されている。
FIG. 1 illustrates the case where one
これらシャントFET1AおよびシリーズFET1Bは共に、同一の基板10上に形成されたものであり、pHEMTプロセスにより一括して形成されたものである。
Both the
(シャントFET1A)
シャントFET1Aは、基板10の一面側に、バッファ層11、下部電子供給層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部電子供給層16、コンタクト層17をこの順にエピタキシャルに積層して構成されている。
(Shunt FET1A)
The
基板10は、半絶縁性基板、例えばGaAs基板である。バッファ層11は、結晶成長性を良くするために基板10の表面に形成されたものであり、例えば、AlGaAsとGaAsとを交互に繰り返し積層して構成されており、この周期構造の最上層にはGaAsが形成されている。バッファ層11はアンドープであることが好ましいが、十分に低い濃度の不純物が添加されたものであってもよい。
The
なお、本明細書において「アンドープ」とは、対象となる半導体層を製造する際にドーパントを供給していないことを意味するものであり、対象となる半導体層に不純物が全く含まれていない場合や、他の半導体層などから拡散してきた不純物がわずかに含まれている場合も含まれる概念である。 In the present specification, “undoped” means that no dopant is supplied when the target semiconductor layer is manufactured, and no impurity is contained in the target semiconductor layer. It is also a concept that includes a case where impurities diffused from other semiconductor layers or the like are slightly included.
下部電子供給層12は例えば厚さ方向の全域または一部にn型不純物が添加されたAlGaAsからなる。なお、下部電子供給層12内での不純物分布は一様となっていてもよいし、厚さ方向に徐々に(または階段状に)変化していてもよい。下部スペーサ層13は例えばアンドープAlGaAsからなり、チャネル層14は例えばアンドープInGaAsからなり、上部スペーサ層15は例えばアンドープAlGaAsからなる。また、上部電子供給層16は例えば厚さ方向の全域または一部にn型不純物が添加されたAlGaAsからなる。コンタクト層17は、例えばn型AlGaAsからなる。
The lower
このシャントFET1Aには、ゲート電極30、ソース電極31およびドレイン電極32がコンタクト層17上に設けられている。ゲート電極30は、例えばコンタクト層17の表面上に一の方向に延在して設けられている。ソース電極32およびドレイン電極32は所定の間隔を空けてゲート電極30の両側に設けられている。また、上部スペーサ層15、上部電子供給層16およびコンタクト層17のうちソース電極31およびドレイン電極32と対向する領域に、反応領域33が形成されており、ソース電極32およびドレイン電極32は反応領域33を介してチャネル層14とコンタクトをとれるようになっている。
In the
ここで、ゲート電極30はTi、PtおよびAuをこの順に積層して構成されており、ソース電極31およびドレイン電極32はAuGe、NiおよびAuをこの順に積層して構成されている。反応領域33は後述するようにコンタクト層17上にソース電極31およびドレイン電極32を形成したのちアロイを行うことにより形成されたものである。
Here, the
このシャントFET1Aにはさらに、コンタクト層17のうちゲート電極30直下の部分にゲート領域34が形成されており、ゲート領域34の上部がゲート電極30の下部と接している。このゲート領域34は例えばp型AlGaAsからなり、後述するようにコンタクト層17の表面にp型不純物(例えばZn)を導入して形成されたものである。ゲート領域34の幅(ゲート長)L1はゲート電極30の幅L2と等しいか、またはそれよりも狭くなっていることが好ましいが、幅L2よりも広くなっていてもよい。なお、図2には、ゲート長L1がゲート電極30の幅L2よりも広くなっているケースが例示されており、図3には、図2の変形例として、ゲート長L1がゲート電極30の幅L2よりも狭くなっているケースが例示されている。
Further, a
また、このゲート領域34の両側(具体的にはゲート領域34とソース電極31との間、およびゲート領域34とドレイン電極32との間)には一対のリセス35が形成されている。このリセス35はゲート電極21直下の部分であるゲート領域34と所定の間隔を空けて形成されていてもよいが、ゲート領域34に接して形成されていることが好ましい。また、リセス35の開口幅L3はゲート電極30の幅L2よりも広くなっていてもよいが、幅L2と等しくなっていることが好ましく、それよりも狭くなっていることがより好ましい。また、リセス35の深さは少なくともゲート領域34の深さと等しくなっており、ゲート領域34の深さよりも深くなっていることがより好ましい。なお、図2、図3には、リセス35の深さがゲート領域34の深さよりも深くなっているケースが例示されている。
A pair of
(シリーズFET1B)
シリーズFET1Bは、シャントFET1Aと共通の基板10の一面側に、シャントFET1Aと共通のバッファ層11、下部電子供給層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15および上部電子供給層16と、コンタクト層18とをこの順にエピタキシャルに積層して構成されている。
(Series FET1B)
The
コンタクト18は、例えば第1コンタクト層18A、第2コンタクト層18Bを上部電子供給層16側から順に積層した構造となっている。第1コンタクト層18Aは、例えばn型AlGaAsからなり、第2コンタクト層18Bは、例えば高濃度のn型不純物が添加されたGaAsからなる。上記第2コンタクト層18Bには、例えば積層面内の一の方向に延在する幅L4のリセス40が設けられている。このリセス40は、例えば第2コンタクト層18Bを貫通して形成されている。なお、例えば第2コンタクト層18Bの厚さを調整することにより、リセス40の深さを適切な値に設定することが可能である。
The
このシリーズFET1Bには、ゲート電極41、ソース電極42およびドレイン電極43がコンタクト層18上に設けられている。ゲート電極41は、第1コンタクト層18Aのうちリセス40内に露出している部分の表面上に設けられている。ソース電極42およびドレイン電極43は所定の間隔を空けてリセス40の両側に設けられている。また、上部スペーサ層15、上部電子供給層16およびコンタクト層18のうちソース電極42およびドレイン電極43と対向する領域に、反応領域44が形成されており、ソース電極42およびドレイン電極43は反応領域44を介してチャネル層14とコンタクトをとれるようになっている。
In the
ここで、ゲート電極41はTi、PtおよびAuをこの順に積層して構成されており、ソース電極42およびドレイン電極43はAuGe、NiおよびAuをこの順に積層して構成されている。反応領域44は後述するようにコンタクト層18上にソース電極42およびドレイン電極43を形成したのちアロイを行うことにより形成されたものである。
Here, the
このシリーズFET1Bにはさらに、第1コンタクト層18Aのうちゲート電極41直下の部分にゲート領域45が形成されており、ゲート領域45の上部がゲート電極41の下部と接している。このゲート領域45は例えばp型AlGaAsからなり、後述するように第1コンタクト層18Aのうちリセス40の底部に対応する部分の表面にp型不純物(例えばZn)を導入して形成されたものである。ゲート領域45の幅(ゲート長)L5はゲート電極30の幅L6と等しいか、またはそれよりも狭くなっていることが好ましいが、幅L6よりも広くなっていてもよい。なお、図2、図3には、ゲート長L5がゲート電極30の幅L6よりも広くなっているケースが例示されている。
In the
なお、シャントFET1AとシリーズFET1Bとの間には、素子分離絶縁膜19が設けられている。この素子分離絶縁膜19は、例えば、LOCOS(local oxidation of silicon)またはSTI(Shallow Trench Isolation)により形成されており、シャントFET1AとシリーズFET1Bとを、基板10の表面において互いに分離している。また、シャントFET1AおよびシリーズFET1Bの上面には絶縁層50が形成されている。この絶縁層50は、例えば、例えば、シリコン酸化物やチッソ窒化物などの絶縁性材料により構成されている。
An element
このような構成のスイッチ素子1は、例えば次のようにして製造することができる。なお、以下では、図3に示したスイッチ素子1の製造方法について説明する。
The
上記の構成で例示した各半導体層を、分子線エピタキシー(MBE)法や、有機金属化学気相成長(MOCVD,MOVPE)法により形成する。 Each semiconductor layer exemplified in the above structure is formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) method.
まず、基板10上に、バッファ層11、下部電子供給層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部電子供給層16、コンタクト層17(第1コンタクト層18A)、およびコンタクト層18Bをこの順にエピタキシャルに積層したのち、コンタクト層18BのうちシャントFET1Aおよびリセス40を形成する領域に対応する部分を除去する(図4)。続いて、その上にCVD法(Chemical Vapor Deposition)などによって絶縁膜50Aを積層する(図5)。
First, a
次に、絶縁膜50A上に、ゲート領域34A(図8参照)を形成することとなる部分に幅L7(=L1+2×L3)の開口部H1を有すると共に、ゲート領域45を形成することとなる部分に幅L8(=L6)の開口部H2を有するレジスト層M1をリソグラフィ工程により形成する(図6)。
Next, an opening H1 having a width L7 (= L1 + 2 × L3) is formed in a portion where the
次に、そのレジスト層M1をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)法により例えばCF4にH2またはO2を添加した混合ガスを用いて、絶縁膜50Aを選択的にエッチングして、絶縁膜50Aに開口部H3,H4を形成する。これにより、開口部H3,H4の底部にコンタクト層17(18A)が露出する。
Next, using the resist layer M1 as a mask, the insulating
次に、レジスト層M1を除去したのち、絶縁膜50Aをマスクとして、コンタクト層17(18A)の露出部分にZnの有機金属化合物であるジエチルジンク(DEZ)を用いて気相拡散を行ってZnを導入し、コンタクト層17(18A)の露出部分にゲート領域34A,45を形成する(図8)。
Next, after removing the resist layer M1, vapor phase diffusion is performed using diethyl zinc (DEZ), which is an organometallic compound of Zn, on the exposed portion of the contact layer 17 (18A) using the insulating
次に、ゲート電極30に対応する部分に幅L9(=L2)の開口部H5を有すると共に、ゲート電極41に対応する部分に幅L10(=L6)の開口部H6を有するレジスト層M2をリソグラフィ工程により形成する(図9)。このとき、開口部H5をゲート領域34Aの中央部分に設けた場合には、後述の開口部H11がゲート電極30の両側に対称に形成されるので、一対のリセス35を左右対称に形成することができる。なお、一対のリセス35を左右非対称に形成したい場合には、開口部H3をゲート領域34Aの中央部分以外の部分に設ければよい。
Next, a resist layer M2 having an opening H5 having a width L9 (= L2) in a portion corresponding to the
次に、開口部H5,H6を含む表面全体にTi/Pt/Au金属膜51を形成したのち(図10)、リフトオフによりレジスト層M2を剥離して、開口部H5の部位にゲート電極30を形成し、開口部H6の部位にゲート電極41を形成する(図11)。また、リフトオフに伴い、ゲート電極30の両脇に、幅L3よりも若干狭い幅L11を有する開口部H7が形成される。これにより、開口部H11の底部にゲート領域34Aが露出する。
Next, after forming the Ti / Pt /
次に、ゲート電極30,41および絶縁膜50Aをマスクとして、開口部H11を通じてゲート領域34Aをエッチングし、ゲート電極30の両脇に一対のリセス35を形成する(図12)。また、このエッチングにより、ゲート電極30直下の部分にゲート領域34が形成される。このとき、例えばクエン酸などを用いて等方的にエッチングした場合には、ゲート電極21直下の部分が少し削れるので、ゲート長L1がゲート電極21の幅L2よりも狭くなる。このように、一対のリセス35を形成する際に等方的なエッチング法を用いた場合にはゲート長L1を狭く形成することができる。なお、例えばRIE法などを用いて異方的にエッチングした場合には、ゲート電極21直下の部分はほとんど削れないので、ゲート長L1をゲート電極21の幅L2と等しくすることができる。
Next, using the
なお、リセス35を形成する際に、リセス35の深さを構造で制御したい場合には、コンタクト層17中にAl組成の高いAlGaAsやInGaPなどからなるエッチングストップ層(図示せず)を設けておくことが好ましい。
When the
次に、リセス35を含む表面全体にCVD法などによって絶縁膜50Bを形成する(図13)。これにより、リセス35内に絶縁性物質が充填される。また、絶縁膜50Aと共に絶縁層50が形成されるので、ゲート電極34はこの絶縁層50内に埋め込まれる。
Next, an insulating
次に、絶縁層50の上面に、ソース電極31,42およびドレイン電極32,43がそれぞれ形成される部分に開口を有するレジスト層M3をリソグラフィ工程により形成する(図14)。その後、このレジスト層M3をマスクとして、RIEにより絶縁層50を選択的にエッチングする(図15)。これにより、絶縁層50の開口部の底部にコンタクト層17(18A),18Bが露出する。
Next, a resist layer M3 having openings in portions where the
次に、コンタクト層17(18A),18Bの露出部分を含む表面全体にAuGe/Ni/Au金属膜を形成する(図16)。続いて、リフトオフによりレジスト層M3を剥離して、開口部の部位にソース電極31,42、ドレイン電極32,43を形成する(図17)。続いて、アロイを行って、反応領域33,44を形成する(図18)。このようにして、シャントFET1AおよびシリーズFET1Bが形成される。
Next, an AuGe / Ni / Au metal film is formed on the entire surface including the exposed portions of the contact layers 17 (18A) and 18B (FIG. 16). Subsequently, the resist layer M3 is peeled off by lift-off, and the
その後、シャントFET1AとシリーズFET1Bとの間に、バッファ層11にまで達する素子分離絶縁膜19を形成する(図3)。このようにして、本実施の形態のスイッチ素子1が形成される。
Thereafter, an element
このような構成のスイッチ素子1では、入力端Vc1にオン信号を印加すると、シャントFET1Aがオンして、入力端Port1とグラウンド端GNDとが互いに導通し、入力端Vc1にオフ信号を印加すると、シャントFET1Aがオフして、入力端Port1とグラウンド端GNDとが互いに分離される。また、入力端Vc2にオン信号を印加すると、シリーズFET1Bがオンして、入力端Port1と出力端Port2とが互いに導通し、入力端Vc2にオフ信号を印加すると、シリーズFET1Bがオフして、入力端Port1と出力端Port2とが互いに分離される。従って、入力端Vc1にオン信号を印加すると共に、入力端Vc2にオフ信号を印加すると、入力端Port1に印加されたRF信号はグラウンド端GNDに落とされ、出力端Port2に出力されない。一方、入力端Vc1にオフ信号を印加すると共に、入力端Vc2にオン信号を印加すると、入力端Port1に印加されたRF信号はグラウンド端GNDに落とされることなく、出力端Port2に出力される。
In the
ところで、上記の製造方法では、シャントFET1Aを形成する際に、絶縁膜50Aおよびゲート電極30をマスクとしてコンタクト層17をエッチングして一対のリセス35を形成するようするようにしたので、ゲート電極30と一対のリセス35との位置合わせをせずに、ゲート電極30直下のゲート領域34に接して一対のリセス35を形成することができる。また、リセス35を形成する際に、絶縁膜50Aおよびゲート電極30をマスクとして用いているので、ステッパーの開口能力に依存しないでリセス35の幅L3(開口部H11の開口幅)を狭くすることができる。
In the above manufacturing method, when the
これにより、上記の製造方法で製造されたスイッチ素子1では、シャントFET1Aにおいて、一対のリセス35がゲート電極30直下のゲート領域34に精確に接して設けられているので、寄生容量Cgs,Cgdが極めて小さく、また、寄生容量Cgs,Cgdの電圧依存性も極めて少ない。さらに、寄生容量Cgdが駆動電圧の範囲内においてほぼ一定となっており、この範囲では寄生容量Cgdの非線形性が極めて小さい。その結果、シャントFET1Aにおいて、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを極めて少なくすることができる。さらに、リセス35の幅L3を従来よりも狭くした場合には、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを大幅に少なくすることができる。
As a result, in the
また、上記した製造方法では、幅L3を狭くすることができるので、リセス35を設けることによって生じるシート抵抗の増加分を少なくすることができる。また、ゲート電極30とリセス35との間の距離を短くすることができるので、寄生容量Cgs, Cgdを極めて小さくすることができ、また、寄生容量Cgs, Cgdの電圧依存性も極めて少くすることができる。
Further, in the manufacturing method described above, the width L3 can be narrowed, so that an increase in sheet resistance caused by providing the
例えば、i線ステッパーの開口能力が0.4μm程度である場合には、従来の方法では、ゲート電極の幅およびリセスの幅は0.4μm程度にまでしか狭めることができない。また、ゲート電極とトレンチとの間の距離は位置合わせの精度の関係で、現在の量産技術では0.2μm程度にまでしか縮めることができない。他方、上記の製造方法では、リセス35の幅を0.4μm以下にすることができ、かつゲート電極30とリセス35との間の距離を実質的にゼロ(ゲート電極30とリセス35とが互いに接している)にすることができる。従って、本実施の形態では、リセス35を設けることによって生じるシート抵抗の増加分を少なくすることができ、さらに、寄生容量Cgs, Cgdを極めて小さくすることができ、また、寄生容量Cgs, Cgdの電圧依存性も極めて少くすることができる。
For example, when the opening capability of an i-line stepper is about 0.4 μm, the width of the gate electrode and the recess can be reduced only to about 0.4 μm by the conventional method. In addition, the distance between the gate electrode and the trench can be reduced only to about 0.2 μm by the current mass production technology because of the accuracy of alignment. On the other hand, in the above manufacturing method, the width of the
なお、図2に示したように、一対のリセス35がゲート電極30直下のゲート領域34と多少の距離を置いて設けられている場合であっても、寄生容量Cgdが十分に小さく、また、寄生容量Cgdの電圧依存性も十分に少ない。さらに、寄生容量Cgdが駆動電圧の範囲内においてほぼ一定となっており、この範囲では寄生容量Cgdの非線形性が十分に小さい。その結果、図1に示したシャントFET1Aにおいても、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを十分に少なくすることができる。
As shown in FIG. 2, the parasitic capacitance C gd is sufficiently small even when the pair of
また、本実施の形態では、シャントFET1AおよびシリーズFET1Bにおいて、ゲート領域34,45がコンタクト層17,18中に埋め込まれた構造となっているので、オン抵抗が低い。特に、シリーズFET1Bにおいてはゲート領域41の両端にリセスが設けられていないので、シャントFET1Aと比べて、オン抵抗が極めて低い。
Further, in the present embodiment, the
このように、本実施の形態では、シャント回路に適した特性を有するシャントFET1Aを入力端Port1とグラウンド端GNDとの間に直列挿入し、さらに、シリーズ回路に適した特性を有するシリーズFET1Bを入力端Port1と出力端Port2との間に直列挿入したので、共通のFETをシャント回路およびシリーズ回路に適用した場合と比べて、オン抵抗を低く抑えつつ、IMDや高調波歪を効果的に抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the
[第2の実施の形態]
図19は、本発明の第2の実施の形態に係るスイッチ素子2の回路構成を表したものである。図20は、図19のスイッチ素子2の一部の断面構成を表すものである。
[Second Embodiment]
FIG. 19 shows a circuit configuration of the
このスイッチ素子2は、入力端Port1とグラウンド端GNDとの間に直列挿入された1または複数のシャントFET2A(第1電界効果トランジスタ)と、入力端Port1と出力端Port2との間に直列挿入された1または複数のシリーズFET2B(第2電界効果トランジスタ)とを備えたものである。
The
また、シャントFET2Aのゲート電極37(後述)にはスイッチング信号の入力端Vc1が抵抗R1を介して接続されており、シリーズFET2Bのゲート電極41(後述)にはスイッチング信号の入力端Vc2が抵抗R2を介して接続されている。
A switching signal input terminal Vc1 is connected to the gate electrode 37 (described later) of the
なお、図19には、シャントFET2AおよびシリーズFET2Bがそれぞれ1つずつ設けられている場合が例示されている。また、図20には、シャントFET2AとシリーズFET2Bとが互いに隣接して形成されている場合が例示されている。
FIG. 19 illustrates a case where one
なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成に対して同一の符号を用いており、上記実施の形態と同一の符号の付された構成についての説明を適宜省略するものとする。 In the following, the same reference numerals are used for the same components as those in the above embodiment, and the description of the components having the same symbols as those in the above embodiment will be omitted as appropriate.
これらシャントFET2AおよびシリーズFET2Bは共に、同一の基板10上に形成されたものであり、pHEMTプロセスにより形成されたものである。
Both the
(シャントFET2A)
シャントFET2Aは、基板10の一面側に、バッファ層11、下部電子供給層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部電子供給層16、コンタクト層46をこの順にエピタキシャルに積層して構成されている。
(Shunt FET2A)
The
コンタクト層46は、例えば第1コンタクト層46A、第2コンタクト層46B、第3コンタクト層46Cを上部電子供給層16側から順に積層した構造となっている。第1コンタクト層46Aは例えばn型InGaPからなり、第2コンタクト層46Bは例えばn型AlGaAsからなり、第3コンタクト層46Cは例えば高濃度のn型不純物が添加されたGaAsからなる。
The
このコンタクト層46には、積層面内の一の方向に延在するリセス36が設けられている。このリセス36は、例えば、コンタクト層46を貫通して形成されており、第3コンタクト層46C側から第1コンタクト層46A側に向かうにつれてリセスの幅が徐々に狭くなる形状(例えばすり鉢状または階段状の形状)となっている。なお、リセス36の深さは、コンタクト層46を貫通する深さに限定されるものではなく、設定したい閾値電圧の大きさに応じて決定されるので、リセス36がコンタクト層46直下の上部電子供給層16に達しない程度の深さとなっていてもよい。
The
このシャントFET2Aには、ゲート電極37がコンタクト層46の底面上(図17では上部電子供給層16上)に設けられており、ソース電極38およびドレイン電極39がコンタクト層46上に設けられている。ゲート電極37は、例えば上部電子供給層16のうちリセス36の底部に露出した部分の表面上に一の方向に延在して設けられている。ソース電極38およびドレイン電極39は所定の間隔を空けてリセス36の両側に設けられている。また、上部スペーサ層15、上部電子供給層16およびコンタクト層46のうちソース電極38およびドレイン電極39と対向する領域に、反応領域33が形成されており、ソース電極38およびドレイン電極39は反応領域33を介してチャネル層14とコンタクトをとれるようになっている。
In the
ここで、ゲート電極37はTi、PtおよびAuをこの順に積層して構成されており、ソース電極38およびドレイン電極39はAuGe、NiおよびAuをこの順に積層して構成されている。
Here, the
(シリーズFET2B)
シリーズFET2Bは、シャントFET2Aと共通の基板10の一面側に、シャントFET1Aと共通のバッファ層11、下部電子供給層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部電子供給層16およびコンタクト層46をこの順にエピタキシャルに積層して構成されている。
(Series FET2B)
The
第3コンタクト層46Cには、積層面内の一の方向に延在する幅L4のリセス40が設けられている。このリセス40は、例えば第3コンタクト層46Cを貫通して形成されている。なお、例えば第3コンタクト層46Cの厚さを調整することにより、リセス40の深さを適切な値に設定することが可能である。
The
また、このシリーズFET2Bには、ゲート電極41、ソース電極42およびドレイン電極43がコンタクト層46上に設けられている。ゲート電極41は、第3コンタクト層46Cのうちリセス40内に露出している部分の表面上に設けられている。ソース電極42およびドレイン電極43は所定の間隔を空けてリセス40の両側に設けられている。また、上部スペーサ層15、上部電子供給層16およびコンタクト層46のうちソース電極42およびドレイン電極43と対向する領域に、反応領域44が形成されており、ソース電極42およびドレイン電極43は反応領域44を介してチャネル層14とコンタクトをとれるようになっている。
In the
このシリーズFET2Bにはさらに、第1コンタクト層46Aおよび第2コンタクト層46Bのうちゲート電極41直下の部分にゲート領域45が形成されており、ゲート領域45の上部がゲート電極41の下部と接している。このゲート領域45は、後述するように第1コンタクト層46Aおよび第2コンタクト層46Bのうちリセス40の底部に対応する部分の表面にp型不純物(例えばZn)を導入して形成されたものである。
The
なお、シャントFET2AとシリーズFET2Bとの間には、素子分離絶縁膜19が設けられている。また、シャントFET2AおよびシリーズFET2Bの上面には絶縁層53が形成されている。この絶縁層53は、例えば、例えば、シリコン酸化物やチッソ窒化物などの絶縁性材料により構成されている。
An element
このような構成のスイッチ素子2は、例えば次のようにして製造することができる。
The
上記の構成で例示した各半導体層を、分子線エピタキシー(MBE)法や、有機金属化学気相成長(MOCVD,MOVPE)法により形成する。 Each semiconductor layer exemplified in the above structure is formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) method.
まず、基板10上に、バッファ層11、下部電子供給層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部電子供給層16およびコンタクト層46をこの順にエピタキシャルに積層する(図21)。
First, the
次に、その表面上に、ゲート電極37,41を形成することとなる部分を含む領域に対応して開口部H8,H9を有するレジスト層M4をリソグラフィ工程により形成する。続いて、そのレジスト層M4をマスクとして、例えばクエン酸などを用いて第3コンタクト層46Cを選択的にエッチングして、第3コンタクト層46Cに、開口部H8に対応して開口部H10を形成すると共に、開口部H9に対応して開口部H11を形成する(図22)。
Next, a resist layer M4 having openings H8 and H9 corresponding to a region including a portion where the
次に、レジスト層M4を除去したのち、開口部H11よりも小さな開口幅L12(=幅L6)の開口部H12を、開口部H11内に有する絶縁膜53Aを形成する(図23)。続いて、この絶縁膜53Aをマスクとして、第2コンタクト層46Bの露出部分にZnの有機金属化合物であるジエチルジンク(DEZ)を用いて気相拡散を行ってZnを導入し、第1コンタクト層46Aおよび第2コンタクト層46Bのうちこの露出部分の直下に対応する部分にゲート領域45を形成する(図23)。
Next, after removing the resist layer M4, an insulating
次に、その表面上に、開口部H10よりも小さな開口の開口部H13を開口部H10の直上に有するレジスト層M5を形成する(図24)。続いて、このレジスト層M5をマスクとして、絶縁膜53Aおよび第2コンタクト層46Bのうち開口部H13の直下の部分を選択的に除去して、絶縁膜53Aおよび第2コンタクト層46Bに開口部H14を形成する(図24)。このとき、例えばH2SO4−H2O2−H2O系のエッチング液を用いて第2コンタクト層46Bを選択的に除去する。
Next, a resist layer M5 having an opening H13 having an opening smaller than the opening H10 immediately above the opening H10 is formed on the surface (FIG. 24). Subsequently, using the resist layer M5 as a mask, portions of the insulating
次に、レジスト層M5を除去したのち、開口部H14よりも小さな開口の開口部H15を開口部H14内に有すると共に、開口部H12と同等の開口幅の開口部H16を、開口部H12の直上に有するレジスト層M6を形成する(図25)。続いて、第1コンタクト層46Aの溶解速度の方が第2コンタクト層46Bのそれよりも十分に速いエッチング液(例えばHCl−H2O系のエッチング液)を用いて第1コンタクト層46Aを選択的に除去する。これにより、開口部H15の開口よりも広い開口の開口部H17を第1コンタクト層46Aに形成することができる(図26)。
Next, after removing the resist layer M5, an opening H15 having an opening smaller than the opening H14 is provided in the opening H14, and an opening H16 having an opening width equivalent to the opening H12 is provided immediately above the opening H12. A resist layer M6 is formed (FIG. 25). Subsequently, the
次に、開口部H15,H16を含む表面全体にTi/Pt/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層M6を剥離して、開口部H17のうち開口部H15の直下の部位にゲート電極37を形成し、開口部H12,H16の部位にゲート電極41を形成する(図27)。また、リフトオフに伴い、ゲート電極37の周囲に、リセス36が形成される。
Next, after a Ti / Pt / Au metal film is formed on the entire surface including the openings H15 and H16, the resist layer M6 is peeled off by lift-off, and a gate electrode is formed in the opening H17 immediately below the opening H15. 37 is formed, and the
次に、リセス36,40を含む表面全体に絶縁膜53Bを形成して絶縁膜53Aと共に絶縁層53を形成したのち、ソース電極38,42およびドレイン電極39,43を形成することとなる部分に開口を有するレジスト層M7を形成する(図28)。
Next, after the insulating
次に、レジスト層M7をマスクとして、RIEにより絶縁層54を選択的にエッチングして、第3コンタクト層46Cを露出させ、第3コンタクト層46Cの露出部分を含む表面全体にAuGe/Ni/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層M7を剥離して、開口部の部位にソース電極38,42、ドレイン電極39,43を形成する(図29)。続いて、アロイを行って、反応領域33,44を形成する。このようにして、シャントFET2AおよびシリーズFET2Bが形成される。
Next, using the resist layer M7 as a mask, the insulating layer 54 is selectively etched by RIE to expose the
その後、シャントFET2AおよびシリーズFET2Bとの間に、バッファ層11にまで達する素子分離絶縁膜19を形成する。このようにして、本実施の形態のスイッチ素子2が形成される。
Thereafter, an element
このような構成のスイッチ素子2では、入力端Vc1にオン信号を印加すると、シャントFET2Aがオンして、入力端Port1とグラウンド端GNDとが互いに導通し、入力端Vc1にオフ信号を印加すると、シャントFET2Aがオフして、入力端Port1とグラウンド端GNDとが互いに分離される。また、入力端Vc2にオン信号を印加すると、シリーズFET2Bがオンして、入力端Port1と出力端Port2とが互いに導通し、入力端Vc2にオフ信号を印加すると、シリーズFET2Bがオフして、入力端Port1と出力端Port2とが互いに分離される。従って、入力端Vc1にオン信号を印加すると共に、入力端Vc2にオフ信号を印加すると、入力端Port1に印加されたRF信号はグラウンド端GNDに落とされ、出力端Port2に出力されない。一方、入力端Vc1にオフ信号を印加すると共に、入力端Vc2にオン信号を印加すると、入力端Port1に印加されたRF信号はグラウンド端GNDに落とされることなく、出力端Port2に出力される。
In the
ところで、本実施の形態のスイッチ素子2では、シャントFET2Aにおいて、リセス36がゲート電極37の周囲に設けられているので、寄生容量Cgdが小さく、また、寄生容量Cgdの電圧依存性も少ない。さらに、寄生容量Cgdが駆動電圧の範囲内においてほぼ一定となっており、この範囲では寄生容量Cgdの非線形性が小さい。その結果、シャントFET2Aにおいて、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを少なくすることができる。
By the way, in the
また、本実施の形態では、シリーズFET2Bにおいて、ゲート領域45がコンタクト層46中に埋め込まれた構造となっているので、オン抵抗が低い。特に、シリーズFET2Bにおいてはゲート領域45の両端にリセスが設けられていないので、シャントFET2Aと比べて、オン抵抗が極めて低い。
Further, in the present embodiment, the
このように、本実施の形態では、シャント回路に適した特性を有するシャントFET2Aを入力端Port1とグラウンド端GNDとの間に直列挿入し、さらに、シリーズ回路に適した特性を有するシリーズFET2Bを入力端Port1と出力端Port2との間に直列挿入したので、共通のFETをシャント回路およびシリーズ回路に適用した場合と比べて、オン抵抗を低く抑えつつ、IMDや高調波歪を効果的に抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the
[実施例]
次に、上記実施の形態におけるシャントFET1AおよびシリーズFET1Bの諸特性について説明する。
[Example]
Next, various characteristics of the
本実施例では、リセスを施したFETとして、サンプルAとサンプルCを用意した。サンプルAにおいて、下部電子供給層12および上部電子供給層16のそれぞれの不純物濃度を3.0×1018cm−3とし、コンタクト層17の厚さを130nmとし、リセス35の深さを100nmとし、ゲート電極30とリセス35との間の距離を0.05μmとし、ゲート幅を4mmとした。また、サンプルCにおいて、下部電子供給層12および上部電子供給層16のそれぞれの不純物濃度を2.4×1018cm−3とし、コンタクト層17の厚さを80nmとし、リセス35の深さを50nmとし、ゲート電極30とリセス35との間の距離を0.05μmとし、ゲート幅を4mmとした。
In this example, Sample A and Sample C were prepared as the FETs subjected to the recess. In sample A, the impurity concentration of each of the lower
また、リセスを施していない従来のFETとして、サンプルBとサンプルDを用意した。サンプルBにおいて、下部電子供給層12および上部電子供給層16のそれぞれの不純物濃度を3.0×1018cm−3とし、コンタクト層17の厚さを130nmとし、ゲート幅を4mmとした。また、サンプルDにおいて、下部電子供給層12および上部電子供給層16のそれぞれの不純物濃度を2.4×1018cm−3とし、コンタクト層17の厚さを80nmとし、ゲート幅を4mmとした。
Samples B and D were prepared as conventional FETs that were not recessed. In Sample B, the impurity concentration of each of the lower
図30は、上記したサンプルAまたはサンプルBのシャント回路における諸特性を計測する際に用いた回路の概略構成を表すものである。この回路は、入力端Port1、入力端Port2、出力端Port3、入力端Vc1、グラウンド端GNDの5つのポートを備えている。入力端Port1および出力端Port3が入力端Port2に対して互いに並列接続されており、サンプルAまたはサンプルBを4つ直列に接続したものが入力端Port2とグラウンド端GNDとの間に直列接続されている。また、サンプルAまたはサンプルBのゲート電極が抵抗R1を介して入力端Vc1に接続されている。 FIG. 30 shows a schematic configuration of a circuit used for measuring various characteristics in the shunt circuit of the sample A or the sample B described above. This circuit includes five ports: an input terminal Port1, an input terminal Port2, an output terminal Port3, an input terminal Vc1, and a ground terminal GND. The input terminal Port1 and the output terminal Port3 are connected in parallel to the input terminal Port2, and four samples A or B connected in series are connected in series between the input terminal Port2 and the ground terminal GND. Yes. Further, the gate electrode of the sample A or the sample B is connected to the input terminal Vc1 via the resistor R1.
入力端Port1から周波数f0、パワーP0のRF信号を入力し、このRF信号を妨害する妨害波として、入力端Port2から周波数fb、パワーPbの妨害信号を入力した。さらに、入力端Vc1から負の電圧を入力し、サンプルAまたはサンプルBに逆バイアスを印加することにより、サンプルAまたはサンプルBをオフしておき、このときに出力端Port3からの出力を計測した。そのときの計測結果を図31に示した。 An RF signal having a frequency f 0 and a power P 0 is input from the input terminal Port1, and an interference signal having a frequency f b and a power P b is input from the input terminal Port2 as an interference wave that interferes with the RF signal. Further, a negative voltage is input from the input terminal Vc1, and a reverse bias is applied to the sample A or the sample B to turn off the sample A or the sample B. At this time, the output from the output terminal Port3 is measured. . The measurement results at that time are shown in FIG.
なお、図31において、ΔCoff/ΔVとは、ドレイン電圧が−1V〜+1Vの範囲内となっているときの、単位電圧あたりのオフ容量の変化量(オフ容量の非線形量)を指す。 In FIG. 31, ΔC off / ΔV indicates the amount of change in off-capacitance per unit voltage (non-linear amount of off-capacitance) when the drain voltage is in the range of −1 V to +1 V.
図31から、オン抵抗Ronを除く、オフ容量Coff、オフ容量の非線形量ΔCoff/ΔVおよび2次IMDにおいて、サンプルAがサンプルBよりも優れていることがわかった。従って、サンプルAはシャント回路に適していることがわかった。 FIG. 31 shows that sample A is superior to sample B in the off-capacitance C off , the off-capacitance nonlinear amount ΔC off / ΔV, and the secondary IMD, excluding the on-resistance R on . Therefore, sample A was found to be suitable for a shunt circuit.
図32は、上記したサンプルCまたはサンプルDのシリーズ回路における諸特性を計測する際に用いた回路の概略構成を表すものである。この回路は、入力端Port1、入力端Port2、出力端Port3、入力端Vc2、グラウンド端GNDの5つのポートを備えている。サンプルCまたはサンプルDを4つ直列に接続したものが入力端Port1と入力端Port2との間に直列接続されており、出力端Port3が入力端Port1に対して並列接続されている。また、サンプルCまたはサンプルDのゲート電極が抵抗R2を介して入力端Vc2に接続されている。 FIG. 32 shows a schematic configuration of a circuit used for measuring various characteristics in the series circuit of the sample C or the sample D described above. This circuit includes five ports: an input terminal Port1, an input terminal Port2, an output terminal Port3, an input terminal Vc2, and a ground terminal GND. Four samples C or D connected in series are connected in series between the input port Port1 and the input port Port2, and the output port Port3 is connected in parallel to the input port Port1. Further, the gate electrode of the sample C or the sample D is connected to the input terminal Vc2 through the resistor R2.
入力端Port1から周波数f0、パワーP0のRF信号を入力し、このRF信号を妨害する妨害波として、入力端Port2から周波数fb、パワーPbの妨害信号を入力した。さらに、入力端Vc2から正の電圧を入力し、サンプルCまたはサンプルDに逆バイアスを印加することにより、サンプルCまたはサンプルDをオンしておき、このときに出力端Port2からの出力を計測した。そのときの計測結果を図33に示した。 An RF signal having a frequency f 0 and a power P 0 is input from the input terminal Port1, and an interference signal having a frequency f b and a power P b is input from the input terminal Port2 as an interference wave that interferes with the RF signal. Further, by inputting a positive voltage from the input terminal Vc2, and applying a reverse bias to the sample C or D, the sample C or D was turned on, and at this time, the output from the output terminal Port2 was measured. . The measurement results at that time are shown in FIG.
図33から、オフ容量Coffおよびオフ容量の非線形量ΔCoff/ΔVを除く、オン抵抗Ron、2次IMDおよび3次IMDにおいて、サンプルDがサンプルCよりも優れていることがわかった。従って、サンプルDはシリーズ回路に適していることがわかった。 FIG. 33 shows that sample D is superior to sample C in the on-resistance R on , the second-order IMD, and the third-order IMD except for the off-capacitance C off and the nonlinear amount ΔC off / ΔV of the off-capacitance. Therefore, sample D was found to be suitable for a series circuit.
[適用例]
次に、図34を参照して、上記実施の形態またはその変形例に係るスイッチ素子1,2(総称してスイッチ素子SWとする。)を搭載した通信装置の構成について説明する。図31は、電子機器としての通信装置のブロック構成を表している。
[Application example]
Next, with reference to FIG. 34, the configuration of a communication device equipped with
図34に示した通信装置は、スイッチ素子SWを、第2世代のGSMシステム(SGSM)と、第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)とを切り替えるシステム切替器や、第2世代のGSMシステム(SGSM)の送受信切替器として搭載したものであり、例えば、携帯電話器、情報携帯端末(PDA)、無線LAN機器などである。なお、上記送受信切替器は、半導体デバイスで形成されている。 The communication apparatus shown in FIG. 34 includes a system switch that switches the switch element SW between the second generation GSM system (S GSM ) and the third generation W-CDMA system (S W-CDMA ), It is installed as a transmission / reception switch for the next generation GSM system (S GSM ), such as a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), and a wireless LAN device. The transmission / reception switch is formed of a semiconductor device.
この通信装置は、例えば、図34に示したように、送受信用のアンテナANTと、二つのスイッチ素子SW(アンテナスイッチ素子SW1,送受信スイッチ素子SW2)と、デュプレクサDPXと、第2世代のGSMシステム(SGSM)と、第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)とを備えている。 For example, as shown in FIG. 34, the communication apparatus includes a transmission / reception antenna ANT, two switch elements SW (antenna switch element SW1, transmission / reception switch element SW2), a duplexer DPX, and a second generation GSM system. (S GSM ) and a third generation W-CDMA system (S W-CDMA ).
ここで、アンテナスイッチ素子SW1はアンテナANTと、第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)および他方のスイッチSWとの間に接続されており、送受信スイッチ素子SW2はアンテナスイッチ素子SW1と、第2世代のGSMシステム(SGSM)の送信側配線Tx2および受信側配線Rx2との間に接続されている。 Here, the antenna switch element SW1 is connected between the antenna ANT and the third generation W-CDMA system (S W-CDMA ) and the other switch SW, and the transmission / reception switch element SW2 is connected to the antenna switch element SW1. The second generation GSM system (S GSM ) is connected between the transmission side wiring Tx2 and the reception side wiring Rx2.
この通信装置では、アンテナスイッチ素子SW1および送受信スイッチ素子SW2として上記実施の形態またはその変形例に係るスイッチ素子1,2を用いているので、アンテナスイッチ素子SW1および送受信スイッチ素子SW2において、寄生容量Cgs,Cgdが小さく、また、寄生容量Cgs,Cgdの電圧依存性も少ない。さらに、寄生容量Cgs,Cgdが駆動電圧の範囲内においてほぼ一定となっており、この範囲では寄生容量Cgs,Cgdの非線形性が小さい。その結果、アンテナスイッチ素子SW1および送受信スイッチ素子SW2において、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを少なくすることができる。
In this communication apparatus, since the
以上、実施の形態およびその変形例ならびに適用例を挙げて本発明のスイッチ素子および通信装置について説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、本発明のスイッチ素子および通信装置の構成やその製造方法に関する手順などは、上記実施の形態等と同様の効果を得ることが可能な限りにおいて自由に変形可能である。 As described above, the switch element and the communication device according to the present invention have been described with reference to the embodiment, the modified example, and the application example. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like. The configuration of the communication device and the procedure related to the manufacturing method thereof can be freely modified as long as the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
また、上記適用例では、本発明のスイッチ素子を携帯電話機などの通信装置に代表される電子機器に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、通信装置以外の電子機器に適用することも可能である。 Further, in the above application example, the case where the switch element of the present invention is applied to an electronic device typified by a communication device such as a mobile phone has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the electronic device other than the communication device is used. It is also possible to apply.
1,2…スイッチ素子、1A,2A…シャントFET、1B,2B…シリーズFET,10…基板、11…バッファ層、12…下部電子供給層、13…下部スペーサ層、14…チャネル層、15…上部スペーサ層、16…上部電子供給層、17,18,46…コンタクト層、18A,46A…第1コンタクト層、18B,46B…第2コンタクト層、46C…第3コンタクト層、19…素子分離絶縁膜、30,37,41…ゲート電極、31,38,42…ソース電極、32,39,43…ドレイン電極、33,44…反応領域、34,45…ゲート領域、35,36,40…リセス。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
出力端と、
グラウンド端と、
前記入力端と前記グラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、
前記入力端と前記出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタと
を備え、
前記第1電界効果トランジスタおよび前記第2電界効果トランジスタは、同一の基板上に形成され、
前記第1電界効果トランジスタは、
前記基板上に下部電子供給層、チャネル層、上部電子供給層およびコンタクト層をこの順に含んで形成された積層構造と、
前記コンタクト層内に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第1ゲート領域と、
前記第1ゲート領域上に形成された第1ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第1ゲート電極の両側に形成された第1ソース電極および第1ドレイン電極と、
前記第1ゲート領域と前記第1ソース電極との間および前記第1ゲート領域と前記第1ドレイン電極との間に形成されると共に前記コンタクト層の上面から少なくとも前記第1ゲート領域と等しい深さにまで達する一対の第1リセスと
を有し、
前記第2電界効果トランジスタは、
前記積層構造と、
前記コンタクト層内に形成された第2リセスと、
前記コンタクト層のうち前記第2リセスの底部に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第2ゲート領域と、
前記第2ゲート領域上に形成された第2ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第2リセスの両側に形成された第2ソース電極および第2ドレイン電極と
を有する
ことを特徴とするスイッチ素子。 An input end;
An output end;
The ground edge,
One or more first field effect transistors inserted in series between the input end and the ground end;
One or more second field effect transistors inserted in series between the input end and the output end,
The first field effect transistor and the second field effect transistor are formed on the same substrate,
The first field effect transistor is:
A laminated structure formed by including a lower electron supply layer, a channel layer, an upper electron supply layer, and a contact layer in this order on the substrate;
A first gate region containing p or n conductivity type impurities formed in the contact layer;
A first gate electrode formed on the first gate region;
A first source electrode and a first drain electrode formed on both sides of the first gate electrode on the contact layer;
A depth formed between the first gate region and the first source electrode, between the first gate region and the first drain electrode, and at least equal to the first gate region from the upper surface of the contact layer. A pair of first recesses reaching up to
The second field effect transistor is:
The laminated structure;
A second recess formed in the contact layer;
A second gate region containing a p-type or n-type impurity formed at the bottom of the second recess in the contact layer;
A second gate electrode formed on the second gate region;
A switch element comprising: a second source electrode and a second drain electrode formed on both sides of the second recess on the contact layer.
前記第2ゲート領域の幅は前記第2ゲート電極の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチ素子。 The width of the first gate region is wider than the width of the first gate electrode,
The switch element according to claim 1, wherein the width of the second gate region is wider than the width of the second gate electrode.
前記第2ゲート領域の幅は前記第2ゲート電極の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチ素子。 A width of the first gate region is equal to or smaller than a width of the first gate electrode;
The switch element according to claim 1, wherein the width of the second gate region is wider than the width of the second gate electrode.
ことを特徴とする請求項3に記載のスイッチ素子。 The switch element according to claim 3, wherein the pair of first recesses are in contact with the first gate region.
出力端と、
グラウンド端と、
前記入力端と前記グラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、
前記入力端と前記出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタと
を備え、
前記第1電界効果トランジスタおよび前記第2電界効果トランジスタは、同一の基板上に形成され、
前記第1電界効果トランジスタは、
前記基板上に下部電子供給層、チャネル層、上部電子供給層およびコンタクト層をこの順に含んで形成された積層構造と、
前記コンタクト層の上面から所定の深さにまで達する第1リセスと、
前記第1リセスの底面に形成された第1ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第1リセスの両側に形成された第1ソース電極および第1ドレイン電極と
を有し、
前記第2電界効果トランジスタは、
前記積層構造と、
前記コンタクト層内に形成された第2リセスと、
前記コンタクト層のうち前記第2リセスの底部に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第2ゲート領域と、
前記第2ゲート領域上に形成された第2ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第2リセスの両側に形成された第2ソース電極および第2ドレイン電極と
を有する
ことを特徴とするスイッチ素子。 An input end;
An output end;
The ground edge,
One or more first field effect transistors inserted in series between the input end and the ground end;
One or more second field effect transistors inserted in series between the input end and the output end,
The first field effect transistor and the second field effect transistor are formed on the same substrate,
The first field effect transistor is:
A laminated structure formed by including a lower electron supply layer, a channel layer, an upper electron supply layer, and a contact layer in this order on the substrate;
A first recess reaching a predetermined depth from the upper surface of the contact layer;
A first gate electrode formed on a bottom surface of the first recess;
A first source electrode and a first drain electrode formed on both sides of the first recess on the contact layer;
The second field effect transistor is:
The laminated structure;
A second recess formed in the contact layer;
A second gate region containing a p-type or n-type impurity formed at the bottom of the second recess in the contact layer;
A second gate electrode formed on the second gate region;
A switch element comprising: a second source electrode and a second drain electrode formed on both sides of the second recess on the contact layer.
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチ素子。 The switch element according to claim 1, wherein the width of the second gate region is wider than the width of the second gate electrode.
前記スイッチ素子は、
入力端と、
出力端と、
グラウンド端と、
前記入力端と前記グラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、
前記入力端と前記出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタと
を備え、
前記第1電界効果トランジスタおよび前記第2電界効果トランジスタは、同一の基板上に形成され、
前記第1電界効果トランジスタは、
前記基板上に下部電子供給層、チャネル層、上部電子供給層およびコンタクト層をこの順に含んで形成された積層構造と、
前記コンタクト層内に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第1ゲート領域と、
前記第1ゲート領域上に形成された第1ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第1ゲート電極の両側に形成された第1ソース電極および第1ドレイン電極と、
前記第1ゲート領域と前記第1ソース電極との間および前記第1ゲート領域と前記第1ドレイン電極との間に形成されると共に前記コンタクト層の上面から少なくとも前記第1ゲート領域と等しい深さにまで達する一対の第1リセスと
を有し、
前記第2電界効果トランジスタは、
前記積層構造と、
前記コンタクト層内に形成された第2リセスと、
前記コンタクト層のうち前記第2リセスの底部に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第2ゲート領域と、
前記第2ゲート領域上に形成された第2ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第2リセスの両側に形成された第2ソース電極および第2ドレイン電極と
を有する
ことを特徴とする電子機器。 An electronic device including a switch element connected to one element and another element,
The switch element is
An input end;
An output end;
The ground edge,
One or more first field effect transistors inserted in series between the input end and the ground end;
One or more second field effect transistors inserted in series between the input end and the output end,
The first field effect transistor and the second field effect transistor are formed on the same substrate,
The first field effect transistor is:
A laminated structure formed by including a lower electron supply layer, a channel layer, an upper electron supply layer, and a contact layer in this order on the substrate;
A first gate region containing p or n conductivity type impurities formed in the contact layer;
A first gate electrode formed on the first gate region;
A first source electrode and a first drain electrode formed on both sides of the first gate electrode on the contact layer;
A depth formed between the first gate region and the first source electrode, between the first gate region and the first drain electrode, and at least equal to the first gate region from the upper surface of the contact layer. A pair of first recesses reaching up to
The second field effect transistor is:
The laminated structure;
A second recess formed in the contact layer;
A second gate region containing a p-type or n-type impurity formed at the bottom of the second recess in the contact layer;
A second gate electrode formed on the second gate region;
An electronic apparatus comprising: a second source electrode and a second drain electrode formed on both sides of the second recess on the contact layer.
前記スイッチ素子は、
入力端と、
出力端と、
グラウンド端と、
前記入力端と前記グラウンド端との間に直列挿入された1または複数の第1電界効果トランジスタと、
前記入力端と前記出力端との間に直列挿入された1または複数の第2電界効果トランジスタと
を備え、
前記第1電界効果トランジスタおよび前記第2電界効果トランジスタは、同一の基板上に形成され、
前記第1電界効果トランジスタは、
前記基板上に下部電子供給層、チャネル層、上部電子供給層およびコンタクト層をこの順に含んで形成された積層構造と、
前記コンタクト層の上面から所定の深さにまで達する第1リセスと、
前記第1リセスの底面に形成された第1ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第1リセスの両側に形成された第1ソース電極および第1ドレイン電極と
を有し、
前記第2電界効果トランジスタは、
前記積層構造と、
前記コンタクト層内に形成された第2リセスと、
前記コンタクト層のうち前記第2リセスの底部に形成されたpまたはnの導電型不純物を含有する第2ゲート領域と、
前記第2ゲート領域上に形成された第2ゲート電極と、
前記コンタクト層上の、前記第2リセスの両側に形成された第2ソース電極および第2ドレイン電極と
を有する
ことを特徴とする電子機器。 An electronic device including a switch element connected to one element and another element,
The switch element is
An input end;
An output end;
The ground edge,
One or more first field effect transistors inserted in series between the input end and the ground end;
One or more second field effect transistors inserted in series between the input end and the output end,
The first field effect transistor and the second field effect transistor are formed on the same substrate,
The first field effect transistor is:
A laminated structure formed by including a lower electron supply layer, a channel layer, an upper electron supply layer, and a contact layer in this order on the substrate;
A first recess reaching a predetermined depth from the upper surface of the contact layer;
A first gate electrode formed on a bottom surface of the first recess;
A first source electrode and a first drain electrode formed on both sides of the first recess on the contact layer;
The second field effect transistor is:
The laminated structure;
A second recess formed in the contact layer;
A second gate region containing a p-type or n-type impurity formed at the bottom of the second recess in the contact layer;
A second gate electrode formed on the second gate region;
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