JPH05315425A - 化合物半導体電界効果トランジスタ回路の評価方法及び装置 - Google Patents

化合物半導体電界効果トランジスタ回路の評価方法及び装置

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JPH05315425A
JPH05315425A JP12095592A JP12095592A JPH05315425A JP H05315425 A JPH05315425 A JP H05315425A JP 12095592 A JP12095592 A JP 12095592A JP 12095592 A JP12095592 A JP 12095592A JP H05315425 A JPH05315425 A JP H05315425A
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JP
Japan
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circuit
side gate
effect transistor
transistor
energy
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JP12095592A
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English (en)
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Hitoshi Yano
仁之 矢野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 化合物半導体電界効果トランジスタICのサ
イドゲート効果による不良箇所を検出、不良モードを明
らかにする。 【構成】 半絶縁性基板上に構成されたFET回路にお
いて、この回路を直流あるいは交流動作させた状態で、
トランジスタ部周囲からの発光を検出することにより回
路中のサイドゲート効果による不良FET抽出する。ま
た、回路を直流あるいは交流動作させた状態で発光して
いるFETの発光フォトンのエネルギースペクトル分布
の情報からサイドゲート効果の不良モードを分離する。
また、発光しているトランジスタの光の強度の周波数応
答の情報からサイドゲート効果の不良モードを分離す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体半絶縁性基
板上に構成された電界効果トランジスタ回路の評価方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAs等のIII −V化合物半導体は、
Siに比べ大きい電子移動度の点、半絶縁性基板を用い
ることによる低寄生容量等の点で高速デバイスの材料と
して適し、すでにGaAsショットキーゲート電界効果
トランジスタ(GaAsMESFET)はマイクロ波の
増幅器として広範囲に使用されてる。またその集積化で
あるデジタルIC,マイクロ波モノシリックIC(MM
IC)への応用も行われている。
【0003】しかし、GaAsMESFETの集積化に
あたってFETのデバイス動作に不都合が現れている。
いわゆる隣接素子間の相互干渉であるサイドゲート効果
である。具体的には図3の第1のFETが5μmから1
00μm程度離れた第2のFETのオーム性電極である
ソース電極1あるいはドレイン電極3の電位が負側に変
化することによって、第1のFETのドレイン電流が図
4に示すように、ある負電圧でカットオフする。第2の
FETのオーム性電極は特にFETの構造である必要は
なく、一般にサイドゲート電極4と呼ぶ。このような現
象が回路中のトランジスタで生ずれば、所望の機能を達
成できないことが容易に類推される。
【0004】なお、図3において、2はゲート電極、5
はソース電極コンタクトn+ 層、6はチャネル、7はド
レイン電極コンタクトn+ 層、8は半絶縁性基板、9は
サイドゲート電極コンタクトn+ 層である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このサイドゲート効果
を調べるには、第1のFETのケース,ゲート,ドレイ
ンの各電極およびサイドゲート電極を取り出せる構造を
つくり込み、実際にサイドゲート電極に電圧を印加して
ドレイン電流をモニターするしかなかった。したがっ
て、ICのように回路として組み上がった状態で、その
回路を構成するトランジスタのサイドゲート効果を調べ
ることはまったく不可能である。
【0006】本発明の目的は、以上の問題点を解決し、
IC内のサイドゲート効果不良トランジスタを抽出する
方法及び装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体電
界効果トランジスタ回路の評価方法は、半絶縁性基板上
に構成された電界効果トランジスタ回路において、前記
回路を直流あるいは交流動作させた状態で、前記半絶縁
性基板の禁制帯エネルギーより大きいエネルギーでかつ
トランジスタ部周囲からの発光を検出することにより前
記回路中のサイドゲート効果による不良トランジスタを
抽出することを特徴とする。
【0008】また、本発明の化合物半導体電界効果トラ
ンジスタ回路の評価方法は、半絶縁性基板上に構成され
た電界効果トランジスタ回路において、前記回路を直流
あるいは交流動作させた状態で、発光しているトランジ
スタの発光フォトンのエネルギースペクトル分布の情報
からサイドゲート効果の不良モードを分離することを特
徴とする。
【0009】また、本発明の化合物半導体電界効果トラ
ンジスタ回路の評価方法は、半絶縁性基板上に構成され
た電界効果トランジスタ回路において、前記回路を直流
あるいは交流動作させた状態で、発光しているトランジ
スタの光の強度の時間応答時定数または周波数応答の情
報からサイドゲート効果の不良モードを分離することを
特徴とする。
【0010】また、本発明の化合物半導体電界効果トラ
ンジスタ回路の評価装置は、半絶縁性基板上に構成され
た電界効果トランジスタ回路を保持する手段と、前記回
路を電気的に動作させる手段と、前記回路全体あるいは
その構成トランジスタ部を拡大投影する手段と、前記回
路あるいはその構成トランジスタ部から放出される発光
フォトンのエネルギースペクトルや強度の情報から、前
記回路中のサイドゲート効果による不良トランジスタを
検出する手段と、発光フォトンのスペクトルを分離、ま
たは全エネルギーの強度を電気信号に変え、前記電気的
に動作させる手段と同期をとる手段とを有して成ること
を特徴とする。
【0011】
【実施例】サイドゲート効果とは、図3の第1のFET
のチャネル6と半絶縁性基板8の間の接合部に、サイド
ゲート電極4に印加した電圧の多くが加わり、その接合
空乏層が広がって、第1のFETの電流通路が遮断され
る為に電流が減少することで、図3のX−Yの断面の禁
制帯構造図は図1に示すようになる。なお図1におい
て、11は伝導帯下端、12は価電子帯上端である。高
電界になった第1FETのチャネル6と半絶縁性基板8
の界面では、電子が急激にエネルギーを受取りいわゆる
雪崩破壊が生ずる。その際、受け取ったエネルギーを光
として放出しかつ電子正孔対を発生させる。一般に、雪
崩破壊による発光は禁制帯エネルギーより大きなエネル
ギーの発光なので、その光の一部は半導体層に再吸収さ
れるが、第1のFET周辺部ほど再吸収の影響はなく、
図5に示されるような領域10で発光が強く現れる。な
お図5は本発明の実施例を示すFETの平面図である。
また第1のFETのチャネル6と半絶縁性基板8の界面
で発生した電子はチャネル6へ流れ、正電位のドレイン
電極3に吸収されるが、正孔はサイドゲート電極4の電
界に引き寄せられサイドゲートへ向かって流れる。この
過剰な正孔は電子に対するオーム性電極であるサイドゲ
ート電極には効率よく吸い取られないため、サイドゲー
ト電極4下のn+ 領域9と半絶縁性基板8の拡散障壁に
蓄積する。この正孔はn+ 領域9から流れ込む電子と再
結合中心を介して再結合するが、一部は直接再結合すな
わち禁制帯間遷移により光を放出する。従ってサイドゲ
ート電極周辺部いわば第2のFETの周辺部でも発光が
観察される。このように、半絶縁性基板のバンドギャッ
プよりエネルギーの大きいフォトンを検出できる装置を
用い、FET周辺部からの発光を見つければ、それがサ
イドゲート効果を起こし不良状態にあることを抽出でき
る。
【0012】つぎに、第1のFETの発光は雪崩破壊に
よるものであるから、その発光スペクトルはブロードに
なる。図6は第1のFETの周辺部からの発光フォトン
を分光した例で、半絶縁性基板8の禁制帯エネルギーよ
りかなり高いところまで広がっている。このスペクトル
にマックスウェル分布でフィッティングすると、発光に
関与した電子のエネルギー温度5000Kを得る。この
ようなスペクトルのブロード性や高い電子のエネルギー
温度は、サイドゲート電極(第2のFET)に加わって
いる電圧にも依存する。一方、第2のFETの周囲の発
光は直接遷移によるので、禁制帯エネルギーを中心に測
定時のデバイスの温度をTとし、数kT程度の半値幅を
もつ発光スペクトルを得る。またこの発光のスペクトル
は、サイドゲート電極(第2のFET)に加わっている
電圧に依存しない。このように、発光スペクトルから容
易にサイドゲート効果による不良のモードを区別するこ
とができる。
【0013】更に、発光のメカニズムから雪崩破壊によ
る第1のFETの発光現象はピコ秒オーダーの高速であ
るのに対し、第2のFETの発光は第1のFETの周辺
部で雪崩破壊により生成された正孔が第2のFETまで
拡散−ドリフトし、第2のFETからの注入電子との密
度分布の高い部分が一致して生ずるので雪崩破壊による
発光より遅い現象になる。特に、第1のFETと第2の
FETの距離が離れている場合は、顕著に応答が遅くな
るので、たとえばMMICのような集積度が低くFET
間のアイソレーション距離の長いものの場合有用な方法
になる。具体的には、回路の動作周波数を低い方から高
い方へ掃引しながら、発光強度を検出し、その強度信号
と動作周波数の参照信号と同期検波を行うと、第1のF
ETの発光の場合10GHZ 程度まで掃引周波数に対す
る強度の変化が無いのに対し、第2のFETの発光の場
合10MHZ 程度で強度が減少する。したがって、この
方法により、サイドゲート効果の不良モードが分離でき
る。
【0014】図2は、本発明の装置の一実施例を示す。
被測定ICチップ14は2次元平面上を走査できるよう
にした試料ステージ13上に固定し、駆動装置21と電
気的に接続する。この駆動装置は、回路を動作させるた
めのバイアス制御部や、パルス,サイン波などの各種波
形を発生する部分で構成される。回路で発生した光はレ
ンズ系23で集光され、ハーフミラー22を用いその光
の一部を半絶縁性基板8のバンドギャップエネルギーよ
り大きいエネルギーのフォトンに反応するカメラ15
に、残りを分光装置16に分ける、あるいはプリズムを
用い用途に応じて光路を切り替える。カメラ15は回路
全体あるいはファンクションブロック部が投影されるよ
うに倍率を選び、サイドゲート効果不良箇所を見付け易
くする。また、分光装置16は、CPU20で制御でき
る分光器17と、光を電気信号に変換する高感度で高速
な光検出器18とで構成される。分光器17は半絶縁性
基板のバンドギャップエネルギー以上にエネルギーの光
を分光する能力を有している必要がある。光検出器18
の信号は直接CPU20に取り込んで処理することによ
り、分光器のエネルギー情報と連動して、発光エネルギ
ー分布を得ることができる。また駆動装置21から出る
回路駆動用のパルス信号を参照信号として、光検出器1
8の信号を同期検波器19で検波し、そのパルス周波数
と信号強度をCPU20で処理すれば、発光現象の時定
数を調べることが可能となる。
【0015】
【発明の効果】以上述べた方法及び装置を用い、たとえ
ば後処理工程前のFET回路を評価すれば、サイドゲー
ト効果による不良トランジスタを発見することができ、
そのトランジスタに対しサイドゲート効果を抑制するた
めの手段、たとえば集束イオンビーム注入によるボロン
注入をそのトランジスタの周囲に施すことなどを行うこ
とができるようになり、ICの歩留まり向上が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法の原理を示すための図で、図1X
−Y断面の禁制帯構造を表す図である。
【図2】本発明の装置の実施例を示す構成図である。
【図3】サイドゲート効果を説明するためのFETおよ
びサイドゲート電極の断面図である。
【図4】GaAsMESFETで起こるサイドゲート効
果の例を示す図である。
【図5】本発明の実施例を示すFETの平面図である。
【図6】トランジスタ周囲からの発光フォトンエネルギ
ーを分光した例を示す図である。
【符号の説明】 1 ソース電極 2 ゲート電極 3 ドレイン電極 4 サイドゲート電極 5 ソース電極コンタクトn+ 層 6 チャネル 7 ドレイン電極コンタクトn+ 層 8 半絶縁性基板 9 サイドゲート電極コンタクトn+ 層 10 発光領域 11 伝導帯下端 12 価電子帯上端 13 試料ステージ 14 被測定ICチップ 15 カメラ 16 分光装置 17 分光器 18 光検出器 19 同期検波器 20 CPU 21 駆動装置 22 ハーフミラー 23 レンズ系

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性基板上に構成された電界効果トラ
    ンジスタ回路において、前記回路を直流あるいは交流動
    作させた状態で、前記半絶縁性基板の禁制帯エネルギー
    より大きいエネルギーでかつトランジスタ部周囲からの
    発光を検出することにより前記回路中のサイドゲート効
    果による不良トランジスタを抽出する化合物半導体電界
    効果トランジスタ回路の評価方法。
  2. 【請求項2】半絶縁性基板上に構成された電界効果トラ
    ンジスタ回路において、前記回路を直流あるいは交流動
    作させた状態で、発光しているトランジスタの発光フォ
    トンのエネルギースペクトル分布の情報からサイドゲー
    ト効果の不良モードを分離する化合物半導体電界効果ト
    ランジスタ回路の評価方法。
  3. 【請求項3】半絶縁性基板上に構成された電界効果トラ
    ンジスタ回路において、前記回路を直流あるいは交流動
    作させた状態で、発光しているトランジスタの光の強度
    の時間応答時定数または周波数応答の情報からサイドゲ
    ート効果の不良モードを分離する化合物半導体電界効果
    トランジスタ回路の評価方法。
  4. 【請求項4】半絶縁性基板上に構成された電界効果トラ
    ンジスタ回路を保持する手段と、 前記回路を電気的に動作させる手段と、 前記回路全体あるいはその構成トランジスタ部を拡大投
    影する手段と、 前記回路あるいはその構成トランジスタ部から放出され
    る発光フォトンのエネルギースペクトルや強度の情報か
    ら、前記回路中のサイドゲート効果による不良トランジ
    スタを検出する手段と、 発光フォトンのスペクトルを分離、または全エネルギー
    の強度を電気信号に変え、前記電気的に動作させる手段
    と同期をとる手段とを有して成る化合物半導体電界効果
    トランジスタ回路の評価装置。
JP12095592A 1992-05-14 1992-05-14 化合物半導体電界効果トランジスタ回路の評価方法及び装置 Pending JPH05315425A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019003599A1 (ja) * 2017-06-29 2019-01-03 浜松ホトニクス株式会社 デバイス解析装置及びデバイス解析方法

Cited By (4)

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WO2019003599A1 (ja) * 2017-06-29 2019-01-03 浜松ホトニクス株式会社 デバイス解析装置及びデバイス解析方法
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