JP2020524911A - 平滑化された立ち上がり動作及び改善された線形性を有する複数のユニット・セル・トランジスタを有する半導体デバイス - Google Patents
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- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
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- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
Description
Claims (68)
- 共通の半導体構造上に複数のユニット・セル・トランジスタを備え、前記ユニット・セル・トランジスタは電気的に並列に接続され、各ユニット・セル・トランジスタはそれぞれのゲート・フィンガーを含み、
第1の前記ユニット・セル・トランジスタと第2の前記ユニット・セル・トランジスタとのそれぞれのしきい値電圧は、少なくとも0.1ボルト異なり、且つ/又は、第3の前記ユニット・セル・トランジスタの、第1の部分と第2の部分とのそれぞれのしきい値電圧は、少なくとも0.1ボルト異なる半導体デバイス。 - それぞれの前記ゲート・フィンガーが、互いに並行して伸びる、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体構造が、窒化ガリウム・ベースのチャネル層を含む、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記第1のユニット・セル・トランジスタと前記第2のユニット・セル・トランジスタとの前記それぞれのしきい値電圧が、少なくとも0.1ボルト異なる、請求項1から3までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記第3のユニット・セル・トランジスタの、前記第1の部分と第2の部分との前記それぞれのしきい値電圧が、少なくとも0.1ボルト異なる、請求項1から3までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記第1のユニット・セル・トランジスタと前記第2のユニット・セル・トランジスタとの前記それぞれのしきい値電圧が、少なくとも0.25ボルト異なり、且つ/又は、前記第3のユニット・セル・トランジスタの前記第1の部分と前記第2の部分との前記それぞれのしきい値電圧が、少なくとも0.25ボルト異なる、請求項1から3までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタが複数のグループに分割され、前記グループの各々は少なくとも5個のユニット・セル・トランジスタを含み、前記グループの各々内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのしきい値電圧が、互いに0.01ボルトの範囲内にある、請求項1から3までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記グループの各々がおよそ同数のユニット・セル・トランジスタを含む、請求項7に記載の半導体デバイス。
- 前記複数のグループが2つのグループである、請求項7に記載の半導体デバイス。
- 前記複数のグループが3つのグループである、請求項7に記載の半導体デバイス。
- 前記それぞれのゲート・フィンガーの各々が、それぞれ少なくとも0.1ボルト異なるしきい値電圧を有する少なくとも2つのセグメントを含む、請求項5に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体構造が、前記ユニット・セル・トランジスタの各々のバリア層として作用する窒化ガリウム・ベース層を含み、前記半導体デバイスの領域が異なれば前記窒化ガリウム・ベース層の厚さが変動する、請求項1から11までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記窒化ガリウム・ベース層が、前記第3のユニット・セル・トランジスタの前記第1のセグメントの下に第1の厚さを有し、前記第3のユニット・セル・トランジスタの前記第2のセグメントの下に第2の、異なる厚さを有する、請求項12に記載の半導体デバイス。
- 前記窒化ガリウム・ベース層が、前記第1のユニット・セル・トランジスタの下に第1の厚さを有し、前記第2のユニット・セル・トランジスタの下に第2の厚さを有する、請求項12に記載の半導体デバイス。
- 前記第3のユニット・セル・トランジスタのゲート・フィンガーの下にある前記チャネル層の一部分のドーピング濃度が、前記第3のユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの幅に沿って変動する、請求項1から14までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記第1のユニット・セル・トランジスタのフィンガーのうちの前記ゲート・フィンガーの下にある前記チャネル層の第1の部分の第1のドーピング濃度が、前記第2のユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの下にある前記チャネル層の第2の部分の第2のドーピング濃度とは異なる、請求項1から15までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記第1のユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの少なくとも一部分が、第2の前記ユニット・セル・トランジスタのゲート・フィンガーの少なくとも一部分とは異なる材料を備える、請求項1から16までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 半導体構造上に複数のユニット・セル・トランジスタを備え、前記ユニット・セル・トランジスタは電気的に並列に接続され、前記ユニット・セル・トランジスタの各々が、それぞれのゲート・フィンガーを含み、
前記ユニット・セル・トランジスタの少なくとも第1のサブセットのそれぞれのしきい値電圧が、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのゲート・フィンガーの幅に沿って変動する半導体デバイス。 - 前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのしきい値電圧が、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのゲート・フィンガーの前記幅に沿って少なくとも0.1ボルト変動する、請求項18に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのゲート・フィンガーが、互いに並行して伸びる、請求項18又は19に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体構造が、窒化ガリウム・ベースのチャネル層を含む、請求項18から20までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 各ゲート・フィンガーが、異なるしきい値電圧を有する少なくとも3つのセグメントを含む、請求項18から21までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの各々のバリア層として作用する窒化ガリウム・ベース層を含み、前記窒化ガリウム・ベース層は、前記ゲート・フィンガーの少なくとも半分の下に少なくとも2つの異なる厚さを有する、請求項18から22までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスがチャネル層を含み、前記ゲート・フィンガーの下にある前記チャネル層のそれぞれの部分が、前記それぞれのゲート・フィンガーの各々の少なくとも2つの異なる部分の下に異なるドーピング濃度を有する、請求項18から23までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセットの前記それぞれのゲート・フィンガーの各々が2つから5つのセグメントを有し、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの各々の前記それぞれのしきい値電圧値は、各セグメントに沿って実質的に一定であるが、異なるセグメントは、少なくとも1つの他のセグメントとは、少なくとも0.1ボルト変動するしきい値電圧を有する、請求項18から24までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 半導体構造上に複数のユニット・セル・トランジスタを備え、前記ユニット・セル・トランジスタは電気的に並列に接続され、前記ユニット・セル・トランジスタの各々はそれぞれのゲート・フィンガーを含み、
前記ユニット・セル・トランジスタの第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの各々が第1のしきい値電圧を有し、前記ユニット・セル・トランジスタの第2のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの各々が、前記第1のしきい値電圧とは異なる、第2のしきい値電圧を有する、半導体デバイス。 - 前記第1のしきい値電圧が、前記第2のしきい値電圧とは少なくとも0.1ボルト差がある、請求項26に記載の半導体デバイス。
- 前記それぞれのゲート・フィンガーが互いに並行して伸びる、請求項27に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体構造が窒化ガリウム・ベースのチャネル層を含む、請求項28に記載の半導体デバイス。
- 前記第1のしきい値電圧が、前記第2のしきい値電圧とは少なくとも0.25ボルト差がある、請求項29に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット及び前記ユニット・セル・トランジスタの前記第2のサブセットが、各々およそ同数のユニット・セル・トランジスタを含む、請求項26から30までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの第3のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの各々が、前記第1のしきい値電圧と前記第2のしきい値電圧との両方と異なる第3のしきい値電圧を有する、請求項26から31までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体構造は、前記ユニット・セル・トランジスタの各々のバリア層として作用する窒化ガリウム・ベース層を含み、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの各々の前記ゲート・フィンガーの下の前記窒化ガリウム・ベース層の厚さが、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第2のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの各々の前記ゲート・フィンガーの下の前記バリア層の厚さとは異なる、請求項26から32までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- チャネル層を含み、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの下にある前記チャネル層の第1の部分の第1のドーピング濃度が、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第2のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの下にある前記チャネル層の第2の部分の第2のドーピング濃度とは異なる、請求項26から33までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 半導体デバイスの線形性を高める方法であって、
共通の半導体構造上に複数のユニット・セル・トランジスタを含む半導体デバイスを形成するステップであって、前記ユニット・セル・トランジスタは電気的に並列に接続され、前記ユニット・セル・トランジスタの各々は、それぞれのゲート・フィンガーを含んでいる、形成するステップと、
前記半導体デバイスの異なる部分をそれぞれ異なるレベルの電流でオンにするために、前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのゲート・フィンガーに、1つ又は複数の電圧信号を印加するステップとを備える、
方法。 - 少なくとも一部の前記ゲート・フィンガーのうち、第1のセグメントと第2のセグメントとは、少なくとも0.1ボルト異なるしきい値電圧を有する、請求項35に記載の方法。
- 少なくとも一部の前記ゲート・フィンガーのうち、第1のセグメントと第2のセグメントとは、少なくとも0.25ボルト異なるしきい値電圧を有する、請求項35に記載の方法。
- 異なる前記ユニット・セル・トランジスタは、しきい値電圧が少なくとも0.1ボルト異なる、請求項35に記載の方法。
- 異なる前記ユニット・セル・トランジスタは、しきい値電圧が少なくとも0.25ボルト異なる、請求項35に記載の方法。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの各々は、実質的に同じしきい値電圧及び同じ構造を有し、第1の前記電圧信号が前記ユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの第1のサブセットに印加され、第2の電圧信号が前記ユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの第2のサブセットに、同時に印加され、前記第2の電圧信号は前記第1の電圧信号と少なくとも0.1ボルト異なる、請求項37に記載の方法。
- 前記ユニット・セル・トランジスタが複数のグループに分割され、前記グループの各々は少なくとも5つのユニット・セル・トランジスタを含み、前記グループの各々内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記しきい値電圧が、互いに0.01ボルトの範囲内にある、請求項37に記載の方法。
- 前記グループの各々がおよそ同数のユニット・セル・トランジスタを含む、請求項41に記載の方法。
- 前記複数のグループは、2つのグループ又は3つのグループである請求項41に記載の方法。
- 前記半導体構造が、窒化ガリウム・ベースのチャネル層、及び前記窒化ガリウム・ベースのチャネル層上の窒化ガリウム・ベースのバリア層を含み、前記ゲート・フィンガーが互いに並行して伸びる、請求項35から43までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記窒化ガリウム・ベースのバリア層の厚さが前記半導体デバイスの異なる領域では変動する、請求項44に記載の方法。
- 前記窒化ガリウム・ベースのバリア層が、第1の前記ユニット・セル・トランジスタの第1のセグメントの下に第1の厚さを有し、前記第1の前記ユニット・セル・トランジスタの第2のセグメント下に第2の、異なる厚さを有する、請求項44に記載の方法。
- 前記窒化ガリウム・ベース層が、前記ユニット・セル・トランジスタの第1のサブセットの下に第1の厚さを有し、前記ユニット・セル・トランジスタの第2のサブセットの下に第2の厚さを有する、請求項44に記載の方法。
- 半導体構造上の複数のユニット・セル・トランジスタを備える半導体デバイスであって、前記ユニット・セル・トランジスタは電気的に並列に接続され、前記ユニット・セル・トランジスタの各々は、前記半導体構造の窒化ガリウム・ベースのバリア層上方に伸びるゲート・フィンガーを含み、前記半導体デバイス内の異なる位置では前記窒化ガリウム・ベースのバリア層の厚さが異なる、半導体デバイス。
- 前記窒化ガリウム・ベースのバリア層が、前記ユニット・セル・トランジスタの第1のサブセットの前記ゲート・フィンガーのそれぞれの第1のセグメントの下に第1の厚さを有し、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセットの前記ゲート・フィンガーのそれぞれの第2のセグメントの下に第2の、異なる厚さを有する、請求項48に記載の半導体デバイス。
- 前記第1の厚さと前記第2の厚さとでは少なくとも1nmの差がある、請求項49に記載の半導体デバイス。
- 前記窒化ガリウム・ベースのバリア層が、前記ユニット・セル・トランジスタの第1のサブセットの下に第1の厚さを有し、前記ユニット・セル・トランジスタの第2のサブセットの下に第2の厚さを有する、請求項48に記載の半導体デバイス。
- 前記第1の厚さと前記第2の厚さとでは少なくとも1nmの差がある、請求項51に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの異なるサブセットが、少なくとも0.1ボルト異なるしきい値電圧を有し、且つ/又は、前記ゲート・フィンガーのうちの少なくとも1つの異なるセグメントが、少なくとも0.1ボルト差があるしきい値電圧を有する、請求項48から52までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 半導体構造上の複数のユニット・セル・トランジスタであって、前記半導体構造が窒化ガリウム・ベースのバリア層を含み、前記ユニット・セル・トランジスタが電気的に並列に接続され、前記ユニット・セル・トランジスタの各々がそれぞれのゲート・フィンガーを含む、ユニット・セル・トランジスタと、
前記ユニット・セル・トランジスタの第1のサブセットの前記それぞれのゲート・フィンガーに結合される第1の出力、及び前記ユニット・セル・トランジスタの第2のサブセットの前記それぞれのゲート・フィンガーに結合される第2の出力を含む分圧器回路とを備え、
前記第1及び第2の出力は、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1及び第2のサブセットの前記それぞれのゲート・フィンガーに、第1及び第2の電圧をそれぞれ印加するように構成され、
前記第1の電圧と前記第2の電圧とは少なくとも0.1ボルト異なる、半導体デバイス。 - ユニット・セル・トランジスタの前記第1及び第2のサブセットの前記ユニット・セル・トランジスタが同一の設計構造を有する、請求項54に記載の半導体デバイス。
- 前記第1の電圧と前記第2の電圧とは、少なくとも0.25ボルト差がある、請求項54から55までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記分圧器が、前記ユニット・セル・トランジスタの第3のサブセットの前記それぞれのゲート・フィンガーに結合される第3の出力を含み、前記第3の出力は、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第3のサブセットの前記それぞれのゲート・フィンガーに第3の電圧を印加するように構成され、前記第3の電圧は、前記第1の電圧と前記第2の電圧との両方と、少なくとも0.1ボルト差がある、請求項54から56までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 第1及び第2の前記ユニット・セル・トランジスタのそれぞれのしきい値電圧が、0.1〜1.25ボルト異なり、且つ/又は、第3の前記ユニット・セル・トランジスタの第1及び第2の部分のそれぞれのしきい値電圧が、0.1〜1.25ボルト異なる、請求項1から17までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのしきい値電圧が、前記ユニット・セル・トランジスタの前記第1のサブセット内の前記ユニット・セル・トランジスタの前記それぞれのゲート・フィンガーの前記幅に沿って、0.1〜1.25ボルト変動する、請求項18から25までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記第1のしきい値電圧が、前記第2のしきい値電圧と0.1〜1.25ボルト差がある、請求項26から34までのいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記ゲート・フィンガーのうちの少なくとも一部の第1及び第2のセグメントが、0.1〜1.25ボルト異なるしきい値電圧を有する、請求項35に記載の方法。
- 異なる前記ユニット・セル・トランジスタは、0.1〜1.25ボルト異なるしきい値電圧を有する、請求項35に記載の方法。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの各々は、実質的に同じしきい値電圧及び同じ構造を有し、第1の前記電圧信号が前記ユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの第1のサブセットに印加され、第2の電圧信号が前記ユニット・セル・トランジスタの前記ゲート・フィンガーの第2のサブセットに同時に印加され、前記第2の電圧信号は、前記第1の電圧信号と0.1〜1.25ボルト異なる、請求項37に記載の方法。
- 前記ユニット・セル・トランジスタの異なるサブセットは、0.1〜1.25ボルト差があるしきい値電圧を有し、且つ/又は、前記ゲート・フィンガーのうちの少なくとも1つの異なるセグメントは、0.1〜1.25ボルト異なるしきい値電圧を有する、請求項48に記載の半導体デバイス。
- 前記第1の電圧と前記第2の電圧とが0.1〜1.25ボルト異なる、請求項54に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスの2つの前記異なる部分が、少なくとも5%異なる電流レベルを有する、請求項35に記載の方法。
- 前記半導体デバイスの2つの前記異なる部分が、少なくとも10%異なる電流レベルを有する、請求項35に記載の方法。
- 前記半導体デバイスの2つの前記異なる部分が、10〜30%異なる電流レベルを有する、請求項35に記載の方法。
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