JPH08274347A - Semiconductor device and circuit using it - Google Patents

Semiconductor device and circuit using it

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Publication number
JPH08274347A
JPH08274347A JP7071489A JP7148995A JPH08274347A JP H08274347 A JPH08274347 A JP H08274347A JP 7071489 A JP7071489 A JP 7071489A JP 7148995 A JP7148995 A JP 7148995A JP H08274347 A JPH08274347 A JP H08274347A
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JP
Japan
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semiconductor device
electrode
control electrode
carrier
control
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Pending
Application number
JP7071489A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuma Tanimoto
琢磨 谷本
Hidetoshi Matsumoto
秀俊 松本
Isao Obe
功 大部
Toru Nakamura
徹 中村
Satoshi Tanaka
聡 田中
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a bicontrol-electrode semiconductor device whose perfor mance can be enhanced at a high frequency and a high output and to obtain an amplifier circuit using the semiconductor device. CONSTITUTION: A second control electrode 54 in a semiconductor device in which a carrier injection electrode 51, a lead-out electrode 52, a first control electrode 53 and the second control electrode 54 are provided on a substrate 1 is connected to the carrier injection electrode 51 directly or by a pattern via a passive element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、低雑音で大利得または
高出力で高効率な半導体装置および上記半導体装置を用
いた増幅回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a low noise, a large gain or a high output and a high efficiency, and an amplifier circuit using the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】回路の特性を向上するため通常のシング
ルゲート電界効果トランジスタ(FET)の代わりに、
ソース・ドレイン間に二つのゲートを備えて安定した高
利得の高周波増幅が可能な、デュアルゲートFETが用
いられる。従来のデュアルゲートFETは、例えば特開
昭57‐181169号に記載されており、その平面形
状は図8に示すとおりであり、また、ゲート幅が大きい
デュアルゲートFETの場合には図9のような平面構造
が用いられている。このようなデュアルゲートFET
を、従来、ミキサ回路に使用する場合には、二つのゲー
トに異なる信号や異なる直列電位を与える場合が多い。
ところが、例えばデュアルゲートFETを低雑音増幅器
に適用する場合には、第2ゲートに直列電位を与えるだ
けで高周波信号を与えない場合があり、また、ミキサ回
路においても第2ゲートに高周波信号を与えない場合も
ある。
2. Description of the Related Art Instead of a normal single gate field effect transistor (FET) in order to improve circuit characteristics,
A dual-gate FET is used which has two gates between the source and drain and is capable of stable high-gain high-frequency amplification. A conventional dual gate FET is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-181169, and its planar shape is as shown in FIG. 8, and in the case of a dual gate FET having a large gate width, it is as shown in FIG. A flat structure is used. Such a dual gate FET
Conventionally, when used in a mixer circuit, it is often the case that different signals or different series potentials are applied to the two gates.
However, for example, when a dual gate FET is applied to a low noise amplifier, there is a case where a high frequency signal is not given only by giving a series potential to the second gate, and also in a mixer circuit, a high frequency signal is given to the second gate. It may not be.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のように第2ゲー
トに高周波信号を与えないような場合には、上記第2ゲ
ートの存在は直列電位を与える配線のための容量がつい
たり、配線が煩雑になることによって回路面積が増大す
るためコストが増し、小型化に不利になる。また、特殊
なパッケージを用いる必要があるなどの問題があり、さ
らに、第2ゲートの配線のために対称性がよいパターン
を形成することができず、高周波帯における極端な特性
劣化があった。また、第2ゲートに電圧または電流を供
給するためには、寄生容量の増加を抑制するために図9
に示すようなパターンが用いられているが、特に高い周
波数帯における高出力増幅器等の用途に用いる場合に
は、FETのゲート幅を大きくする必要があるため、第
2ゲートに電圧または電流を供給するための配線によっ
て位相の遅れを生じ、特性の著しい劣化があった。
In the case where a high frequency signal is not applied to the second gate as described above, the presence of the second gate causes a capacitance for the wiring which gives a series potential, or the wiring is not provided. Since the complexity increases the circuit area, the cost increases, which is disadvantageous for downsizing. In addition, there is a problem such as the need to use a special package, and further, a pattern having good symmetry cannot be formed due to the wiring of the second gate, resulting in extreme deterioration of characteristics in a high frequency band. In addition, in order to supply a voltage or current to the second gate, in order to suppress an increase in parasitic capacitance,
The pattern shown in Fig. 2 is used. However, when it is used for a high output amplifier in a high frequency band in particular, it is necessary to increase the gate width of the FET, so that a voltage or current is supplied to the second gate. Due to the wiring for this purpose, there was a delay in the phase, and the characteristics were significantly degraded.

【0004】本発明の目的は、デュアルゲートFETの
ように第1と第2の制御電極を有する半導体装置を用い
ることによる配線の問題を解決し、高性能な半導体装置
を得るとともに、本半導体装置を用いた高性能な増幅回
路を得ることにある。
An object of the present invention is to solve a wiring problem caused by using a semiconductor device having first and second control electrodes such as a dual gate FET, to obtain a high performance semiconductor device and to provide the semiconductor device of the present invention. It is to obtain a high-performance amplifier circuit using.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
の所望領域に設けたキャリア注入部およびキャリア引出
し部と、上記キャリアの注入部および引出し部間に設け
たチャネル領域と、該チャネル領域を流れる電流を制御
するために、チャネル領域の上部に設けた第1制御電極
および第2制御電極を有する半導体装置において、上記
第1および第2制御電極のうち、上記キャリア注入部に
近い方を第1制御電極とするとき、上記第2制御電極が
上記キャリア注入部の電極に直接電気的に接続されるこ
とによって達成される。
The above object is to provide a carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and the channel region. In a semiconductor device having a first control electrode and a second control electrode provided above a channel region in order to control a flowing current, one of the first and second control electrodes, which is closer to the carrier injection part, is the first control electrode. When the first control electrode is used, it is achieved by electrically connecting the second control electrode directly to the electrode of the carrier injection part.

【0006】また、上記半導体装置において、上記第1
および第2の制御電極のうち、上記キャリア注入部に近
い方を第1制御電極とし、キャリア注入部の電極、第1
制御電極、第2制御電極、キャリア引出し部の電極の順
に並んだ一つの組を制御ユニットとするとき、上記の順
番または逆の順番に並んだ上記制御ユニットが、平行に
繰り返して配置された櫛形パタンを形成し、上記制御ユ
ニット内における第2制御電極が、上記キャリア注入部
の電極に直接電気的に接続されることにより達成され
る。
In the above semiconductor device, the first
Of the second control electrode and the second control electrode, the one closer to the carrier injection part is the first control electrode, and the electrode of the carrier injection part is the first control electrode.
When one set of the control electrode, the second control electrode, and the electrode of the carrier extraction portion arranged in this order is used as a control unit, the control units arranged in the above order or the reverse order are repeatedly arranged in parallel. This is achieved by forming a pattern and electrically connecting the second control electrode in the control unit directly to the electrode of the carrier injection part.

【0007】また、上記第2制御電極が、抵抗、容量、
インダクタンス等の受動素子を介して、上記キャリア注
入部の電極に電気的に接続されることにより、あるい
は、上記櫛形パタンを形成する制御ユニット内の第2制
御電極であって、抵抗、容量、インダクタンス等の受動
素子を介して、上記キャリア注入部の電極に電気的に接
続されることにより達成される。
The second control electrode has a resistance, a capacitance,
The second control electrode is electrically connected to the electrode of the carrier injecting portion via a passive element such as an inductance, or is the second control electrode in the control unit forming the comb pattern, and the resistance, capacitance, inductance It is achieved by being electrically connected to the electrode of the carrier injecting section via a passive element such as.

【0008】さらに、上記第2制御電極は、上記櫛形パ
タンを形成する1個以上の制御ユニットを含むブロック
内において、抵抗、容量、インダクタンス等の受動素子
を介して、上記キャリア注入部の電極に電気的に接続さ
れていることにより、あるいは、上記櫛形パタンを形成
する上記制御ユニット内に配置された抵抗、容量、イン
ダクタンス等の受動素子を介して、電圧または電流を供
給する手段を有することにより、あるいはまた、上記制
御ユニットを1個以上含むブロック内に配置された抵
抗、容量、インダクタンス等の受動素子を介して、電圧
または電流を供給する手段を有することにより達成され
る。
Further, the second control electrode is connected to the electrode of the carrier injecting portion through a passive element such as resistance, capacitance and inductance in a block including one or more control units forming the comb pattern. By being electrically connected or by having a means for supplying voltage or current through passive elements such as resistors, capacitors, inductances etc. arranged in the control unit forming the comb pattern Alternatively, it can be achieved by having a means for supplying a voltage or a current through a passive element such as a resistor, a capacitor, or an inductance arranged in a block including one or more of the control units.

【0009】または、上記第1制御電極が上記キャリア
引出し部の電極に対向して配置されており、かつ、対向
した第1制御電極‐キャリア引出し部の電極の中心線に
対して、上記電極パタンが対称に配置されていることに
より達成され、また、半導体装置がnチャネルであり、
第1制御電極のしきい電圧が第2制御電極のしきい電圧
より大きい値をもつことにより、また、半導体装置がp
チャネルであり、第1制御電極のしきい電圧が第2制御
電極のしきい電圧より小さい値をもつことにより達成さ
れる。
Alternatively, the first control electrode is arranged so as to face the electrode of the carrier lead-out portion, and the electrode pattern is arranged with respect to the center line of the electrode of the first control electrode-carrier lead-out portion that faces the first control electrode. Are arranged symmetrically, and the semiconductor device is an n-channel,
Since the threshold voltage of the first control electrode has a value higher than the threshold voltage of the second control electrode, the semiconductor device has p
Channel, which is achieved by having the threshold voltage of the first control electrode have a value less than that of the second control electrode.

【0010】あるいは、上記第1および第2の制御電極
が、複数の異種半導体層により形成されたヘテロ接合の
上部に配置され、また、チャネル領域がイオン化不純物
を含まず、キャリアを供給するための半導体層が、上記
チャネル領域の上または下に、チャネル領域と分離され
て配置されていることにより、さらにまた、上記第1制
御電極とキャリア注入部間に電圧を加えるとき、チャネ
ル領域を流れるキャリアの極性と同型のイオン化不純物
を含むことによって、それぞれ達成される。
Alternatively, the first and second control electrodes are arranged above a heterojunction formed by a plurality of different semiconductor layers, and the channel region does not contain ionized impurities and supplies carriers. Further, since the semiconductor layer is arranged above or below the channel region and separated from the channel region, carriers flowing in the channel region when a voltage is applied between the first control electrode and the carrier injection portion are further provided. Each of these is achieved by including an ionized impurity of the same type as the polarity of.

【0011】あるいはまた、上記半導体基板がGaAs基
板であり、上記チャネル領域はGaAs,InGaAs,Ga
AsSb,InGaAsSbのうちのいずれかからなり、上記
キャリアを供給するための半導体層はGaAs,AlGaA
s,InAlAs,GaAsPのうちのいずれかからなること
により、または、半導体基板がInP基板であり、チャ
ネル領域はInGaAs,GaAsSb,InGaAsSbのうち
のいずれかからなり、キャリアを供給するための半導体
層がInAlAsからなることにより達成される。
Alternatively, the semiconductor substrate is a GaAs substrate, and the channel region is GaAs, InGaAs, Ga.
The semiconductor layer made of either AsSb or InGaAsSb for supplying the carrier is GaAs or AlGaA.
s, InAlAs, or GaAsP, or the semiconductor substrate is an InP substrate, and the channel region is made of any of InGaAs, GaAsSb, and InGaAsSb, and the semiconductor layer for supplying carriers is It is achieved by comprising InAlAs.

【0012】また、請求項1から請求項15のいずれか
に記載した半導体装置と、該半導体装置の第1制御電極
に信号を入力するための手段と、キャリア注入部を接地
するための手段とを有し、キャリア引出し部から出力す
る回路を構成することにより増幅回路を得ることができ
る。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 15, means for inputting a signal to the first control electrode of the semiconductor device, and means for grounding the carrier injection part. And an amplifier circuit can be obtained by configuring a circuit for outputting from the carrier extraction unit.

【0013】すなわち、半導体基板上のキャリアの注入
部と引出し部と、これらの間に設けたチャネル領域と、
チャネル領域の電流を制御するためにチャネル領域上に
設けた第1および第2の制御電極とを有する半導体装置
において、上記第2制御電極を抵抗、容量、インダクタ
ンス等の受動素子を介して、あらかじめキャリア注入部
の電極に直接接続するか、あるいは抵抗、容量、インダ
クタンス等の受動素子を介して接続したパタンにするこ
とによって最初の目的は達成できる。ここで、上記二つ
の制御電極のうち、キャリア注入部に近い方を第1制御
電極とするが、これは以下に記す場合についても同じで
ある。上記接続は、特に櫛形に配置された単位制御用フ
ィンガーごと、あるいは1個以上の単位制御用フィンガ
ーのブロックごとに行われてもよい。また、上記目的達
成のために、本発明の半導体装置は、単位フィンガーご
と、または1個以上の単位フィンガーブロックごとに、
抵抗、容量、インダクタンス等の受動素子を介して、外
部の第2制御電極パッドに接続し、さらに上記半導体装
置は、第1制御電極‐キャリア引出し部の電極が対向
し、かつ、上記第1制御電極‐キャリア引出し部の電極
の中心線に対し半導体装置のパタンが対称に配置される
か、または各単位制御用フィンガーごとに第2制御電極
をキャリア注入部の電極に短絡する。また、高性能な増
幅回路を得るために、本発明では上記のような第1およ
び第2の制御電極を有する半導体装置を用いる。
That is, the carrier injection portion and the extraction portion on the semiconductor substrate, the channel region provided between them,
In a semiconductor device having first and second control electrodes provided on the channel region for controlling a current in the channel region, the second control electrode is previously provided with a passive element such as a resistor, a capacitor, and an inductance. The first object can be achieved by directly connecting to the electrode of the carrier injecting section or by connecting the pattern through a passive element such as resistance, capacitance, or inductance. Here, of the two control electrodes, the one closer to the carrier injecting portion is defined as the first control electrode, but the same applies to the case described below. The connection may be made, in particular, for each unit control finger arranged in a comb shape or for each block of one or more unit control fingers. Further, in order to achieve the above-mentioned object, the semiconductor device of the present invention is configured such that each unit finger, or one or more unit finger blocks,
The semiconductor device is connected to an external second control electrode pad via a passive element such as resistance, capacitance, and inductance. Further, in the semiconductor device, the first control electrode and the electrode of the carrier extraction portion face each other, and the first control The pattern of the semiconductor device is symmetrically arranged with respect to the center line of the electrode of the electrode-carrier extraction part, or the second control electrode is short-circuited to the electrode of the carrier injection part for each unit control finger. Further, in order to obtain a high-performance amplifier circuit, the present invention uses the semiconductor device having the first and second control electrodes as described above.

【0014】[0014]

【作用】高周波用のシングルゲートFETでは通常4ピ
ンのパッケージを用いているが、これは接地となるソー
ス電極を長方形のパッケージにおける向かい合う二辺か
らとり、入出力となるソース、ドレイン電極をパッケー
ジの他の向かい合う二辺からとるためであり、GHz帯
以上における高周波での安定性では、パッケージ特性上
は避けにくい前提条件である。ところが、デュアルゲー
トFETの場合には、ソース、ドレイン、第1のゲー
ト、第2のゲートによる4端子素子であるため、上記の
ように高周波での安定性を得るためには、5ピン以上の
特殊なパッケージを用いなければならない。このような
パッケージは高価であるばかりでなく、それ程特性を向
上することもできないため、デュアルゲートFETを使
うことによるメリットが薄れてしまう。さらに、素子の
電極を引き回すことによりパタンが増大し、それに伴っ
て高コスト化や寄生容量の増大という問題も発生する。
しかしながら、上記第2ゲートを何らかの方法により電
位を固定することができれば、外見上は3端子素子とみ
なすことができ、シングルゲート型のパッケージを用い
ることができる。
In a high-frequency single-gate FET, a 4-pin package is usually used. In this package, the source electrode to be ground is taken from two opposite sides of a rectangular package, and the source and drain electrodes to be input and output are packaged. This is because it is taken from the other two sides facing each other, and in terms of stability at high frequencies in the GHz band and above, this is a prerequisite that is difficult to avoid in terms of package characteristics. However, in the case of a dual gate FET, since it is a 4-terminal element consisting of a source, a drain, a first gate, and a second gate, in order to obtain stability at high frequencies as described above, 5 or more pins are required. You have to use a special package. Not only is such a package expensive, but the characteristics cannot be improved so much, so that the merit of using the dual gate FET is diminished. Further, the pattern is increased by arranging the electrodes of the element, which causes a problem of high cost and increase of parasitic capacitance.
However, if the potential of the second gate can be fixed by some method, it can be regarded as a three-terminal element in appearance, and a single-gate type package can be used.

【0015】第2ゲートの電位を固定する方法として
は、図10(a)のように第2ゲートを直接ソース電極
に接続する方法がある。図10において、単純な直線の
交差点は電気的に接続されておらず、交差点に黒丸が付
してあるものは電気的に接続されていることを意味す
る。また、上記図10では図1に対応して、ユニットゲ
ートフィンガーが四つある場合について記載しており、
これらは以下においても同様である。この場合は非常に
簡便なパタンになるため、寄生容量もつきにくく素子特
性も良好になる。しかしながら、出力インピーダンスが
高くなりすぎて、発振しやすくなるという問題がある。
As a method of fixing the potential of the second gate, there is a method of directly connecting the second gate to the source electrode as shown in FIG. In FIG. 10, simple straight line intersections are not electrically connected, and black circles at the intersections are electrically connected. Further, in FIG. 10 described above, the case where there are four unit gate fingers is described corresponding to FIG. 1,
The same applies to the following. In this case, the pattern becomes very simple, so that the parasitic capacitance hardly occurs and the element characteristics become good. However, there is a problem in that the output impedance becomes too high and oscillation easily occurs.

【0016】つぎに、図10(c)に示すように、抵抗
を介して第2ゲートをソース電極に接続する方法があ
る。この場合も非常に簡便なパターンになるため、寄生
容量もつきにくく素子特性も良好になる。さらに、この
抵抗により安定になり発振しにくくなるという利点もあ
る。ただし、抵抗による出力パワーや利得等の損失も生
じる。上記パターンの場合の抵抗の大きさは、用いる抵
抗の長さや幅によっても制御できるが、単一フィンガー
だけで第2ゲートを抵抗を介してソース電極に接続する
かわりに、図11(c)に示すように数本のフィンガー
を束ねたのちに抵抗を介してソース電極と接続すること
によっても制御できる。図では2本を束ねた場合につい
て記載しているが、この場合は単一フィンガーごとに抵
抗を介してソース電極に接続する場合に比較しパターン
がやや複雑になるが、抵抗値を大きくとれるというメリ
ットがある。さらに、図11(a),(b)のように抵
抗のかわりに容量やインダクタンスやダイオード等を介
してソース電極に設置することもできる。
Next, as shown in FIG. 10C, there is a method of connecting the second gate to the source electrode via a resistor. Also in this case, since the pattern is very simple, the parasitic capacitance hardly occurs and the element characteristics become good. Further, there is an advantage that the resistance stabilizes and makes oscillation difficult. However, losses such as output power and gain due to resistance also occur. The magnitude of the resistance in the case of the above pattern can be controlled also by the length and width of the resistance used, but instead of connecting the second gate to the source electrode via the resistance with only a single finger, as shown in FIG. It can also be controlled by bundling several fingers as shown, and then connecting the fingers to the source electrode via a resistor. In the figure, the case of bundling two wires is described, but in this case, the pattern becomes slightly more complicated than the case where each single finger is connected to the source electrode via a resistor, but the resistance value can be made large. There are merits. Further, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), it may be installed on the source electrode through a capacitance, an inductance, a diode or the like instead of the resistance.

【0017】第2ゲート電位を独自に制御する場合は、
図10(d)または、図11(d)のように各フィンガ
ーごとに抵抗を介したあとでパターンを接続し、第2ゲ
ートパッドに接続する方法がある。この場合は上記パタ
ーンのような簡便性がないため、寄生容量がつきやすい
という問題があるが、ゲートフィンガーが多いパターン
の場合は、図10(b)のような従来型のパターンの時
に生じる位相遅れなどの問題を低減することができる。
When independently controlling the second gate potential,
As shown in FIG. 10 (d) or FIG. 11 (d), there is a method of connecting a pattern for each finger through a resistor and then connecting the pattern to the second gate pad. In this case, there is a problem that the parasitic capacitance is easily attached because the pattern is not as simple as the above pattern. However, in the case of a pattern having many gate fingers, the phase generated in the conventional pattern as shown in FIG. Problems such as delay can be reduced.

【0018】また、高周波信号の入力となる第1ゲート
電極と、高周波信号の出力となるドレイン電極とが対向
して配置され、その第1ゲート‐ドレイン電極の中心線
に対しFETパターンが対称に配置されるとき、高周波
信号の無駄な反射や干渉が起こりにくくなるため、高周
波における特性劣化が生じにくい。
Further, a first gate electrode for inputting a high frequency signal and a drain electrode for outputting a high frequency signal are arranged to face each other, and the FET pattern is symmetrical with respect to the center line of the first gate-drain electrode. When they are arranged, useless reflection and interference of high frequency signals are less likely to occur, and therefore characteristic deterioration at high frequencies is less likely to occur.

【0019】理想的なデュアルゲートFETを増幅回路
に用いるときは、第2ゲートの存在による帰還容量の低
減やドレインコンダクタンスの低減効果により、回路性
能は向上する。しかしながら、従来型のデュアルゲート
FETを用いたときには、特に高周波や高出力等の用途
のときの特性劣化が激しく、場合によってはシングルゲ
ートFETを用いたときよりも性能が劣化することもあ
る。この増幅回路に本発明のデュアルゲートFETを用
いると、高周波、高出力における特性がよいことから性
能がよい増幅回路になる。
When an ideal dual gate FET is used in the amplifier circuit, the circuit performance is improved by the effect of reducing the feedback capacitance and drain conductance due to the presence of the second gate. However, when the conventional dual-gate FET is used, the characteristics are significantly deteriorated particularly in applications such as high frequency and high output, and in some cases, the performance may be worse than when the single-gate FET is used. When the dual gate FET of the present invention is used in this amplifier circuit, the amplifier circuit has good performance at high frequency and high output, resulting in an excellent performance circuit.

【0020】[0020]

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面とともに説明
する。図1は本発明による半導体装置の第1実施例を示
す断面図、図2は上記半導体装置を用いた第2実施例の
増幅回路を示す図、図3は本発明の第3実施例である高
出力増幅器を示す図、図4は上記高出力増幅器の回路を
示す図、図5は本発明の第4実施例である高出力増幅器
を示す図、図6は上記高出力増幅器の回路を示す図であ
る。なお、本発明の材料の記載として、AlGaAsはGa
As中のGa原子のうちの一部をAlで置換したもの、In
GaAsはGaAs中のGa原子のうちの一部をInで置換し
たもの、また、InAlAsはAlAs中におけるAl原子の
うちの一部をInで置換したものを意味する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a view showing an amplifier circuit of a second embodiment using the semiconductor device, and FIG. 3 is a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a high output amplifier, FIG. 4 is a diagram showing a circuit of the high output amplifier, FIG. 5 is a diagram showing a high output amplifier which is a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a circuit of the high output amplifier. It is a figure. As a description of the material of the present invention, AlGaAs is Ga
In in which some of the Ga atoms in As are replaced by Al, In
GaAs means one in which some of the Ga atoms in GaAs are replaced by In, and InAlAs means that in which some of the Al atoms in AlAs are replaced by In.

【0021】第1実施例 本発明による半導体装置の第1実施例を、図1に平面図
で示し、図1のA‐A′部断面を図2に示す。まず、半
絶縁性GaAs基板1上に分子線エピタキシー(MBE)
法によりアンドープGaAsバッファ層(厚さ:500n
m)2、アンドープInGaAsチャネル層(In組成:
0.25、厚さ:8nm)3、アンドープAlGaAsスペ
ーサ層(Al組成:0.25、厚さ:2nm)4、n‐Al
GaAsキャリア供給層(Al組成:0.25、厚さ:15
nm、Si濃度:2×1018/cm3)5、アンドープAl
GaAsバリア層(Al組成:0.25、厚さ:10nm)
6、アンドープGaAsカバー層(厚さ:50nm)7、
アンドープAlGaAsエッチングストッパ層(Al組成:
0.25、厚さ:3nm)8を成長させ、最後にn‐Ga
Asキャップ層(Si濃度:7×1018/cm3、厚さ:1
00nm)9を堆積する。
First Embodiment A first embodiment of a semiconductor device according to the present invention is shown in a plan view in FIG. 1, and a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1 is shown in FIG. First, molecular beam epitaxy (MBE) is performed on the semi-insulating GaAs substrate 1.
Undoped GaAs buffer layer (thickness: 500 n
m) 2, undoped InGaAs channel layer (In composition:
0.25, thickness: 8 nm) 3, undoped AlGaAs spacer layer (Al composition: 0.25, thickness: 2 nm) 4, n-Al
GaAs carrier supply layer (Al composition: 0.25, thickness: 15
nm, Si concentration: 2 × 10 18 / cm 3 ) 5, undoped Al
GaAs barrier layer (Al composition: 0.25, thickness: 10 nm)
6, undoped GaAs cover layer (thickness: 50 nm) 7,
Undoped AlGaAs etching stopper layer (Al composition:
0.25, thickness: 3 nm) 8 is grown, and finally n-Ga
As cap layer (Si concentration: 7 × 10 18 / cm 3 , thickness: 1
00 nm) 9 is deposited.

【0022】チャネル層3を含む領域をメサ型にエッチ
ングして素子間分離を行ったあと(エッチングされた部
分は図示していない)、SiOから絶縁膜を蒸着する。
キャリア注入部の電極であるソース電極51およびキャ
リア引出し部の電極であるドレイン電極52を、つぎに
記載するリフトオフ法により形成する。まず、通常のホ
トリソグラフィプロセスにより絶縁膜に開口を形成し、
リフトオフのマスクにする。また、上記絶縁膜の開口は
ウエットエッチングによりサイドエッチングしてリフト
オフしやすい形状にしておく。さらに、n‐GaAsキャ
ップ層9を40nm程度ウエットエッチングにより削り
込んでおく。上記ソースおよびドレインの電極材料には
AuGe/Mo/Auを用い、材料蒸着後に窒素雰囲気中で
400℃,5分の熱処理を行う。
After the region including the channel layer 3 is etched into a mesa type to separate elements (the etched portion is not shown), an insulating film is vapor-deposited from SiO.
The source electrode 51, which is an electrode of the carrier injection portion, and the drain electrode 52, which is an electrode of the carrier extraction portion, are formed by the lift-off method described below. First, an opening is formed in the insulating film by a normal photolithography process,
Use a lift-off mask. The opening of the insulating film is side-etched by wet etching to have a shape that facilitates lift-off. Furthermore, the n-GaAs cap layer 9 is etched by wet etching to about 40 nm. AuGe / Mo / Au is used as the source and drain electrode materials, and heat treatment is performed at 400 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere after the material deposition.

【0023】つぎに、同様のホトリソグラフィプロセス
により第2制御電極である第2ゲート電極のために開口
を有するホトレジストパターンを形成し、ドライエッチ
ングにより絶縁膜に開口を設ける。ついでドライエッチ
ングによりn‐GaAsキャップ層9を除去する。このと
き、等方性エッチングによりサイドエッチングし、開口
部よりも大きな領域をエッチング除去する。つぎに、ゲ
ート長0.5μmの第2ゲート電極54を、アンドープ
AlGaAs層8上にリフトオフにより形成する。ゲート
電極材料にはMo/Alを用いる。
Next, a photoresist pattern having an opening for the second gate electrode which is the second control electrode is formed by the same photolithography process, and an opening is provided in the insulating film by dry etching. Then, the n-GaAs cap layer 9 is removed by dry etching. At this time, side etching is performed by isotropic etching to remove a region larger than the opening by etching. Next, a second gate electrode 54 having a gate length of 0.5 μm is formed on the undoped AlGaAs layer 8 by lift-off. Mo / Al is used as the gate electrode material.

【0024】つぎに、新たにレジストを塗布して第1制
御電極である第1ゲート電極のために開口を有するホト
レジストパターンを形成し、ドライエッチングにより絶
縁膜に開口を設ける。そしてドライエッチングを用いn
‐GaAsキャップ層9を除去する。このとき、等方性エ
ッチングでサイドエッチングし、開口部よりも大きな領
域をエッチング除去する。ついで、ゲート長0.3μm
の第1ゲート電極53を、アンドープAlGaAsバリア
層6の上にリフトオフにより形成する。ゲート電極材料
にはMo/Alを用いる。このようにして、図2に示す構
造の半導体装置を実現した。
Next, a new resist is applied to form a photoresist pattern having an opening for the first gate electrode which is the first control electrode, and an opening is provided in the insulating film by dry etching. And dry etching is used.
-Remove the GaAs cap layer 9. At this time, side etching is performed by isotropic etching to remove a region larger than the opening by etching. Then, the gate length is 0.3 μm
The first gate electrode 53 of is formed on the undoped AlGaAs barrier layer 6 by lift-off. Mo / Al is used as the gate electrode material. Thus, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 2 was realized.

【0025】本実施例による半導体装置は、ソース抵
抗:0.42Ω・mm、ゲート間抵抗:0.3Ω・mm、
1.9GHzにおける飽和出力33dBm、出力1dB圧縮
点での利得は19dB、電力付加効率60%と高性能を
示した。
The semiconductor device according to this embodiment has a source resistance of 0.42 Ω · mm, a gate resistance of 0.3 Ω · mm,
The saturated output was 33 dBm at 1.9 GHz, the gain at the output 1 dB compression point was 19 dB, and the power added efficiency was 60%, showing high performance.

【0026】また、本実施例における条件を次に示すよ
うに変更してもよい。製造工程におけるエピタキシヤル
結晶成長を、本実施例ではアンドープAlGaAsスペー
サ層4の厚さを2nmとしたが、1〜4nmの範囲で良好
な結果が得られた。また、n‐AlGaAsキャリア供給
層5のイオン化不純物濃度は上記に限らず、0.3×6
×1018/cm3の範囲であれば良好な結果が得られる。
さらに、本実施例における条件を次のように変更しても
よい。すなわち、ソース電極およびドレイン電極の材料
またはゲート電極の材料は、上記に限らず他の材料、例
えばゲート電極材料としてはAl,Pt/Ti/Pt/Au
等の材料、また、ソースおよびドレイン電極の材料とし
てはTi/Au等のノンアロイオーミック材料等を用いて
もよい。製造工程におけるエピタキシャル結晶成長法は
MBE法の代わりに、原子層単位で成長を制御できる方
法、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法等を
用いても同様の結果が得られる。また、n‐GaAsキャ
ップ層9はGaAsに限らずオーミック接触がとりやすい
物質、例えばInGaAs等を用いてもよい。また、ゲー
ト電極直下のアンドープAlGaAs層6およびアンドー
プGaAsカバー層7は、耐圧を小さくしない程度に1×
1017/cm3以下のn‐AlGaAsなどを用いてもよ
い。また、寄生抵抗低減のためにイオン打ち込み等を併
用してもよい。また、本実施例ではチャネルとイオン不
純物層とが空間的に分離されているHEMT構造を用い
たが、これに限らず、キャリア供給層が基板側にある逆
HEMT、チャネルを挾んで両方に配置されているダブ
ルヘテロHEMT、チャネルにイオン化不純物がドーピ
ングされているHIGFET等の他の結晶構造でも同様
な効果がある。また、ヘテロ接合FETに限らず、ホモ
接合FETやイオン打ち込みによって形成されたFET
を用いても同様な結果が得られる。さらに、本実施例で
はNチャネル半導体装置の例を示したが、Pチャネル半
導体装置の場合であっても全く同様である。この場合は
イオン化不純物にP形の材料、例えば炭素、ベリリウ
ム、マグネシウム等を用いればよい。材料も本実施例で
用いたGaAs/AlGaAs/InGaAs系にとどまらず、
Sb系材料、例えばGaAsSb,InGaAsSb等を用いる
と更に特性が向上する。また、基板材料としてInP等
の材料を用いても同様な効果が得られることはいうまで
もなく、このときにはチャネル層にInGaAs、キャリ
ア供給層にInAlAsを用いると特性がより向上する。
The conditions in this embodiment may be changed as follows. Regarding the epitaxial crystal growth in the manufacturing process, although the thickness of the undoped AlGaAs spacer layer 4 was set to 2 nm in this embodiment, good results were obtained in the range of 1 to 4 nm. Further, the concentration of ionized impurities in the n-AlGaAs carrier supply layer 5 is not limited to the above, but may be 0.3 × 6
Good results are obtained in the range of × 10 18 / cm 3 .
Furthermore, the conditions in this embodiment may be changed as follows. That is, the material of the source electrode and the drain electrode or the material of the gate electrode is not limited to the above, and other materials such as Al, Pt / Ti / Pt / Au are used as the material of the gate electrode.
As a material for the source and drain electrodes, a non-alloy ohmic material such as Ti / Au may be used. The same result can be obtained by using a method capable of controlling the growth in atomic layer units, such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, instead of the MBE method as the epitaxial crystal growth method in the manufacturing process. Further, the n-GaAs cap layer 9 is not limited to GaAs but may be a substance that easily makes ohmic contact, such as InGaAs. Further, the undoped AlGaAs layer 6 and the undoped GaAs cover layer 7 immediately below the gate electrode are 1 × so that the breakdown voltage is not reduced.
You may use n-AlGaAs etc. of 10 < 17 > / cm < 3 > or less. In addition, ion implantation or the like may be used together to reduce parasitic resistance. Although the HEMT structure in which the channel and the ion impurity layer are spatially separated is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and the carrier HE layer has a reverse HEMT on the substrate side and the channel is arranged on both sides. The same effect can be obtained with other crystal structures such as a double hetero HEMT that has been used and a HIGFET in which the channel is doped with ionized impurities. Further, not only the heterojunction FET but also a homojunction FET or an FET formed by ion implantation
Similar results can be obtained with. Further, although an example of the N-channel semiconductor device is shown in this embodiment, the same applies to the case of the P-channel semiconductor device. In this case, a P-type material such as carbon, beryllium, or magnesium may be used as the ionized impurities. The material is not limited to the GaAs / AlGaAs / InGaAs system used in this embodiment,
The characteristics are further improved by using an Sb-based material such as GaAsSb or InGaAsSb. Needless to say, the same effect can be obtained by using a material such as InP as the substrate material. At this time, the characteristics are further improved by using InGaAs as the channel layer and InAlAs as the carrier supply layer.

【0027】第2実施例 上記実施例に示したようなデュアルゲートFETを用い
た高出力増幅器を第2実施例として、その回路図を図3
に示す。第1実施例に記載したようなデュアルゲートF
ET100を、抵抗107やコンデンサ108、インダ
クタンス109を用いたマッチング回路とともに半導体
基板上に形成する。このようにして得られた高出力増幅
器は、FET100のドレイン電圧106が3V、入力
信号パワー10dBm、周波数1.9GHzという条件下
で、出力電力30dBm、電力付加効率60%、小信号
における入出力VSWR2以下という良好な性能を得る
ことができた。
Second Embodiment A high power amplifier using a dual gate FET as shown in the above embodiment is used as a second embodiment, and its circuit diagram is shown in FIG.
Shown in Dual gate F as described in the first embodiment
The ET 100 is formed on a semiconductor substrate together with a matching circuit using a resistor 107, a capacitor 108, and an inductance 109. The high-power amplifier thus obtained has an output power of 30 dBm, a power addition efficiency of 60%, and a small-signal input / output VSWR2 under the conditions that the drain voltage 106 of the FET 100 is 3 V, the input signal power is 10 dBm, and the frequency is 1.9 GHz. The following good performances were obtained.

【0028】第3実施例 本発明の第3実施例である高出力増幅器の平面図を図4
に示し、その回路図を図5に示す。第1実施例に記載し
たようなデュアルゲートFET100を、抵抗107や
コンデンサ108、インダクタンス109を用いたマッ
チング回路とともに半導体基板上に形成する。第2ゲー
トは図4に示すように各ユニットフィンガー内において
抵抗55を介してソース電極51に接続されている。な
お、この平面図では単純化のためにゲートフィンガーを
4本だけ記載しているが、本実施例では126ゲートフ
ィンガーを用いた。このようにして得られた高出力増幅
器は、FET100のドレイン電圧106が3V、入力
信号パワー10dBm、周波数1.9GHzという条件下
で、出力電力28dBm、電力付加効率55%、小信号
における入出力VSWR1.5以下という良好な性能が
得られた。上記回路構成においては抵抗55が存在する
ため、第2実施例と比較して出力および効率ともに若干
の劣化があるが、素子の発振が起こりにくいため、整合
回路中の抵抗107やコンデンサ108、インダクタン
ス109の値に対する制約が小さく、回路設計が容易で
ある。
Third Embodiment FIG. 4 is a plan view of a high power amplifier according to a third embodiment of the present invention.
5 and its circuit diagram is shown in FIG. The dual gate FET 100 as described in the first embodiment is formed on the semiconductor substrate together with the matching circuit using the resistor 107, the capacitor 108 and the inductance 109. The second gate is connected to the source electrode 51 via the resistor 55 in each unit finger as shown in FIG. Although only four gate fingers are shown in this plan view for simplification, 126 gate fingers are used in this embodiment. The high output amplifier thus obtained has an output power of 28 dBm, a power added efficiency of 55%, and a small signal input / output VSWR1 under the conditions that the drain voltage 106 of the FET 100 is 3 V, the input signal power is 10 dBm, and the frequency is 1.9 GHz. Good performance of less than 0.5 was obtained. Since the resistor 55 is present in the above circuit configuration, the output and the efficiency are slightly deteriorated as compared with the second embodiment, but the oscillation of the element is less likely to occur, so that the resistor 107, the capacitor 108, and the inductance in the matching circuit are less likely to occur. The restriction on the value of 109 is small, and the circuit design is easy.

【0029】第4実施例 本発明の第4実施例である高出力増幅器の平面図を図6
に示し、その回路図を図7に示す。第1実施例に記載の
デュアルゲートFET100を、抵抗107やコンデン
サ108、インダクタンス109を用いたマッチング回
路とともに半導体基板上に形成する。第2ゲートは図6
に示すように各ユニットフィンガーごとに抵抗55を介
して第2ゲート電位供給用パッド58に接続されてい
る。なお、この平面図では単純化のためにゲートフィン
ガーを4本だけ記載しているが、本実施例では126ゲ
ートフィンガーを用いた。このようにして得た高出力増
幅器は、FET100のドレイン電圧106および第2
ゲート電圧105が、それぞれ3Vおよび1V、入力信
号パワー10dBm、周波数1.9GHzという条件下
で、出力電力31dBm、電力付加効率62%、小信号
における入出力VSWR1.8以下という良好な性能が
得られた。
Fourth Embodiment FIG. 6 is a plan view of a high power amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
7 and a circuit diagram thereof is shown in FIG. The dual gate FET 100 described in the first embodiment is formed on a semiconductor substrate together with a matching circuit using a resistor 107, a capacitor 108, and an inductance 109. The second gate is shown in FIG.
As shown in, each unit finger is connected to the second gate potential supply pad 58 via the resistor 55. Although only four gate fingers are shown in this plan view for simplification, 126 gate fingers are used in this embodiment. The high-power amplifier thus obtained has the drain voltage 106 of the FET 100 and the second
Under the conditions that the gate voltage 105 is 3 V and 1 V, the input signal power is 10 dBm, and the frequency is 1.9 GHz, the output power is 31 dBm, the power added efficiency is 62%, and the input / output VSWR of the small signal is 1.8 or less, which is good performance. It was

【0030】上記第2実施例から第4実施例の各実施例
において、条件を次に示すようにしてもよい。本実施例
ではマッチング回路が同一基板上にある、いわゆるモノ
リシックICの例を示したが、多少性能は落ちるけれど
も製作が容易なハイブリッドIC、すなわちマッチング
回路が同一基板上にないものであっても、良好な結果が
得られる。また、周波数帯が1.9GHz帯の回路につい
て記載したが、マッチング回路の変更により他の周波数
帯でも良好な特性が得られた。ゲートフィンガー数もこ
れに限らず、要求される出力電力に応じた本数にしても
よい。また、動作電流や動作電圧も、より小さな用途、
例えば自動車電話や携帯電話等の低消費電力動作が必要
な場合でも、良好な特性が得られた。この場合、従来素
子を用いたときに実現できたのと同等な特性を得るため
に、必要なセルサイズを半分以下にすることができた。
これは、従来素子よりも本発明によって得られた素子の
性能がよいため、少ない素子数で回路を構成しても、高
性能な増幅器が得られるからである。また、本発明の半
導体装置を他の回路に利用してもよい。
In each of the second to fourth embodiments, the conditions may be as follows. In this embodiment, an example of a so-called monolithic IC in which the matching circuit is on the same substrate has been shown. However, even if the performance of the hybrid IC is slightly degraded, that is, even if the matching circuit is not on the same substrate, Good results are obtained. Further, although the circuit in which the frequency band is 1.9 GHz is described, good characteristics are obtained in other frequency bands by changing the matching circuit. The number of gate fingers is not limited to this, and may be set according to the required output power. In addition, operating current and operating voltage are smaller,
For example, good characteristics were obtained even when low power consumption operation of a car phone or a mobile phone was required. In this case, the required cell size could be reduced to half or less in order to obtain the same characteristics that could be realized when the conventional element was used.
This is because the element obtained by the present invention has better performance than the conventional element, so that a high-performance amplifier can be obtained even if the circuit is configured with a small number of elements. Further, the semiconductor device of the present invention may be used for other circuits.

【0031】また、第3実施例および第4実施例におい
ては抵抗55を用いたが、これに限らず、容量、インダ
クタンス、ダイオードなどの受動素子を用いてもよく、
さらに、これらの実施例では各ユニットフインガーごと
に抵抗を用いているが、数本のユニットフィンガーを束
ねたあとに抵抗等を介して接続してもよい。
Although the resistor 55 is used in the third and fourth embodiments, the present invention is not limited to this, and a passive element such as a capacitor, an inductance, or a diode may be used.
Further, in each of these embodiments, a resistor is used for each unit finger, but it is also possible to bundle several unit fingers and then connect them via a resistor or the like.

【0032】第5実施例 本発明による第3実施例の高出力増幅器の平面図を図6
に示し、回路図を図7に示す。第1実施例に記載のデュ
アルゲートFET100を、抵抗107やコンデンサ1
08およびインダクタンス109を用いたマッチング回
路とともに半導体基板上に形成する。第2ゲート電極5
4は図6に示すように各ユニットフィンガーごとに抵抗
55を介して、第2電位供給用パッド58に接続されて
いる。なお、この平面図では単純化のためにゲートフィ
ンガーを4本だけ記載しているが、本実施例では、フィ
ンガー長250μm、126ゲートフインガーを用い
た。このようにして得られた高出力増幅器は、FET1
00のドレイン電圧106、第2ゲート電圧105が、
それぞれ3Vと1V、入力信号パワー10dBm、周波
数1.9GHzという条件下で、出力電力31dBm、電
力付加効率65%、小信号における入出力VSWR1.
8以下という良好な性能を得ることができた。
Fifth Embodiment FIG. 6 is a plan view of a high power amplifier according to a third embodiment of the present invention.
And the circuit diagram is shown in FIG. The dual gate FET 100 described in the first embodiment is used as a resistor 107 and a capacitor 1.
It is formed on a semiconductor substrate together with a matching circuit using 08 and the inductance 109. Second gate electrode 5
As shown in FIG. 6, each unit finger 4 is connected to a second potential supply pad 58 via a resistor 55. Although only four gate fingers are shown in this plan view for simplification, a 126 gate finger with a finger length of 250 μm was used in this example. The high power amplifier thus obtained is FET1
00 has a drain voltage 106 and a second gate voltage 105
Under the conditions of 3V and 1V, input signal power of 10 dBm and frequency of 1.9 GHz, output power of 31 dBm, power added efficiency of 65%, small signal input / output VSWR1.
Good performance of 8 or less could be obtained.

【0033】[0033]

【発明の効果】上記のように本発明による半導体装置お
よびそれを用いた回路は、半導体基板の所望の領域に設
けたキャリア注入部およびキャリア引出し部と、上記キ
ャリアの注入部および引出し部間に設けたチャネル領域
と、該チャネル領域を流れる電流を制御するために、チ
ャネル領域の上部に設けた第1制御電極および第2制御
電極を有する半導体装置において、上記第1および第2
制御電極のうち、上記キャリア注入部に近い方を第1制
御電極とするとき、上記第2制御電極が上記キャリア注
入部の電極に直接電気的に接続されていることにより、
パターンが単純で小型かつ性能がよい低コストの半導体
装置が得られ、これを用いた高出力増幅器等の性能を向
上させることができる。
As described above, the semiconductor device and the circuit using the same according to the present invention are provided between the carrier injection part and the carrier extraction part provided in a desired region of the semiconductor substrate and the carrier injection part and the extraction part. In the semiconductor device having a channel region provided and a first control electrode and a second control electrode provided above the channel region for controlling a current flowing through the channel region, the first and second semiconductor devices are provided.
Of the control electrodes, when the one closer to the carrier injection part is the first control electrode, the second control electrode is directly electrically connected to the electrode of the carrier injection part.
A low-cost semiconductor device having a simple pattern, small size, and good performance can be obtained, and the performance of a high-output amplifier or the like using the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体装置の第1実施例を示す平
面構造図である。
FIG. 1 is a plan structural view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】上記第1実施例の半導体装置の構造を示す断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device of the first embodiment.

【図3】上記実施例を用いた第2実施例として示す増幅
器の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of an amplifier shown as a second embodiment using the above embodiment.

【図4】本発明の第3実施例である高出力増幅器の平面
図である。
FIG. 4 is a plan view of a high power amplifier according to a third embodiment of the present invention.

【図5】上記実施例の高出力増幅器における回路図であ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram of the high-power amplifier of the above embodiment.

【図6】本発明の第4実施例である高出力増幅器の平面
図である。
FIG. 6 is a plan view of a high power amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】上記実施例の高出力増幅器における回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram of the high output amplifier according to the embodiment.

【図8】従来のデュアルゲート電界効果トランジスタを
示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a conventional dual gate field effect transistor.

【図9】従来のゲート幅が大きいデュアルゲート電界効
果トランジスタの平面図である。
FIG. 9 is a plan view of a conventional dual gate field effect transistor having a large gate width.

【図10】本発明の作用を示す半導体装置の等価回路図
で、(a)〜(d)は第2制御電極とキャリア注入電極
とを接続する方法を、それぞれ示す図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device showing an operation of the present invention, and FIGS. 10A to 10D are diagrams showing a method of connecting a second control electrode and a carrier injection electrode, respectively.

【図11】本発明の作用を示す半導体装置の等価回路図
で、(a)〜(d)は第2制御電極とキャリア注入電極
とを接続する方法を、それぞれ示す図である。
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device showing the operation of the present invention, and FIGS. 11A to 11D are diagrams showing a method of connecting a second control electrode and a carrier injection electrode, respectively.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板 3…チャネル領域 51…キャリア注入部電極 52…キャリア引出し部電極 53…第1制御電極 54…第2制御電極 55,107…抵抗 56,108…容量 57,109…インダクタンス 1 ... Semiconductor substrate 3 ... Channel region 51 ... Carrier injection part electrode 52 ... Carrier extraction part electrode 53 ... First control electrode 54 ... Second control electrode 55, 107 ... Resistor 56, 108 ... Capacitance 57, 109 ... Inductance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 徹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田中 聡 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Toru Nakamura 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji City, Tokyo Metropolitan Research Center, Hitachi, Ltd. (72) Satoshi Tanaka 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Center

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の所望領域に設けたキャリア注
入部およびキャリア引出し部と、上記キャリアの注入部
および引出し部間に設けたチャネル領域と、該チャネル
領域を流れる電流を制御するために、チャネル領域の上
部に設けた第1制御電極および第2制御電極を有する半
導体装置において、上記第1および第2制御電極のう
ち、上記キャリア注入部に近い方を第1制御電極とする
とき、上記第2制御電極が上記キャリア注入部の電極に
直接電気的に接続されていることを特徴とする半導体装
置。
1. A carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and a current flowing through the channel region, In a semiconductor device having a first control electrode and a second control electrode provided above a channel region, when one of the first and second control electrodes closer to the carrier injection part is the first control electrode, A semiconductor device, wherein the second control electrode is directly electrically connected to the electrode of the carrier injection part.
【請求項2】半導体基板の所望領域に設けたキャリア注
入部およびキャリア引出し部と、上記キャリアの注入部
および引出し部間に設けたチャネル領域と、該チャネル
領域を流れる電流を制御するために、チャネル領域の上
部に設けた第1制御電極および第2制御電極を有する半
導体装置において、上記第1および第2制御電極のう
ち、上記キャリア注入部に近い方を第1制御電極とし、
上記キャリア注入部の電極、第1制御電極、第2制御電
極、キャリア引出し部の電極の順に並んだ一つの組を制
御ユニットとするとき、上記の順番または逆の順番に並
んだ上記制御ユニットが、平行に繰り返して配置された
櫛形パタンを形成し、上記制御ユニット内における第2
制御電極が、上記キャリア注入部の電極に直接電気的に
接続されていることを特徴とする半導体装置。
2. A carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and a current flowing through the channel region, In a semiconductor device having a first control electrode and a second control electrode provided above a channel region, one of the first and second control electrodes that is closer to the carrier injection portion is the first control electrode,
When one set of the carrier injection part electrode, the first control electrode, the second control electrode, and the carrier extraction part electrode arranged in this order is used as a control unit, the control units arranged in the above order or the reverse order are , Forming a comb-shaped pattern repeatedly arranged in parallel, and forming a second pattern in the control unit.
A semiconductor device, wherein a control electrode is directly electrically connected to an electrode of the carrier injection part.
【請求項3】上記第2制御電極は、抵抗、容量、インダ
クタンス等の受動素子を介して、上記キャリア注入部の
電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置。
3. The semiconductor according to claim 1, wherein the second control electrode is electrically connected to the electrode of the carrier injecting portion via a passive element such as resistance, capacitance, or inductance. apparatus.
【請求項4】上記第2制御電極は、上記櫛形パタンを形
成する制御ユニット内の第2制御電極であり、抵抗、容
量、インダクタンス等の受動素子を介して、上記キャリ
ア注入部の電極に電気的に接続されていることを特徴と
する請求項2記載の半導体装置。
4. The second control electrode is a second control electrode in a control unit forming the comb pattern, and is electrically connected to an electrode of the carrier injecting portion via a passive element such as resistance, capacitance, or inductance. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor devices are electrically connected.
【請求項5】上記第2制御電極は、上記櫛形パタンを形
成する1個以上の制御ユニットを含むブロック内におい
て、抵抗、容量、インダクタンス等の受動素子を介し
て、上記キャリア注入部の電極に電気的に接続されてい
ることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
5. The second control electrode is connected to an electrode of the carrier injection part via a passive element such as resistance, capacitance, and inductance in a block including one or more control units forming the comb pattern. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is electrically connected.
【請求項6】上記第2制御電極は、上記櫛形パタンを形
成する上記制御ユニット内に配置された抵抗、容量、イ
ンダクタンス等の受動素子を介して、電圧または電流を
供給する手段を有することを特徴とする請求項2記載の
半導体装置。
6. The second control electrode has means for supplying a voltage or a current through a passive element such as a resistor, a capacitor or an inductance arranged in the control unit forming the comb pattern. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項7】上記第2制御電極は、上記制御ユニットを
1個以上含むブロック内に配置された抵抗、容量、イン
ダクタンス等の受動素子を介して、電圧または電流を供
給する手段を有することを特徴とする請求項2記載の半
導体装置。
7. The second control electrode has means for supplying a voltage or current through a passive element such as a resistor, a capacitor or an inductance arranged in a block including one or more of the control units. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項8】上記第1制御電極は、上記キャリア引出し
部の電極に対向して配置されており、かつ、対向した第
1制御電極‐キャリア引出し部の電極の中心線に対し
て、上記電極パタンが対称に配置されていることを特徴
とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の半導体
装置。
8. The first control electrode is disposed so as to face the electrode of the carrier extraction portion, and the electrode is disposed with respect to the center line of the opposing first control electrode-electrode of the carrier extraction portion. 8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the patterns are arranged symmetrically.
【請求項9】上記半導体装置は、nチャネルであり、第
1制御電極のしきい電圧が、第2制御電極のしきい電圧
より大きい値をもつことを特徴とする請求項1から請求
項8のいずれかに記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is an n-channel device, and the threshold voltage of the first control electrode is larger than the threshold voltage of the second control electrode. The semiconductor device according to any one of 1.
【請求項10】上記半導体装置は、pチャネルであり、
第1制御電極のしきい電圧が、第2制御電極のしきい電
圧より小さい値をもつことを特徴とする請求項1から請
求項8のいずれかに記載の半導体装置。
10. The semiconductor device is a p-channel,
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the threshold voltage of the first control electrode has a value smaller than that of the second control electrode.
【請求項11】上記第1および第2の制御電極は、複数
の異種半導体層により形成されたヘテロ接合の上部に、
配置されていることを特徴とする請求項1から請求項1
0のいずれかに記載の半導体装置。
11. The first and second control electrodes are provided on a heterojunction formed by a plurality of heterogeneous semiconductor layers,
It is arranged, It is characterized by the above-mentioned.
0. The semiconductor device according to any one of 0.
【請求項12】上記チャネル領域は、イオン化不純物を
含まず、キャリアを供給するための半導体層が、上記チ
ャネル領域の上または下に、上記チャネル領域と空間的
に分離されて配置されていることを特徴とする請求項1
または請求項2記載の半導体装置。
12. The channel region does not contain ionized impurities, and a semiconductor layer for supplying carriers is arranged above or below the channel region and spatially separated from the channel region. Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Alternatively, the semiconductor device according to claim 2.
【請求項13】上記チャネル領域は、第1制御電極とキ
ャリア注入部間に電圧を加えたとき、チャネル領域を流
れるキャリアの極性と同型のイオン化不純物を含むこと
を特徴とする請求項1または請求項2または請求項12
記載の半導体装置。
13. The method according to claim 1, wherein the channel region contains ionized impurities of the same type as the polarities of the carriers flowing in the channel region when a voltage is applied between the first control electrode and the carrier injection part. Item 2 or claim 12
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項14】上記半導体基板は、GaAs基板であり、
上記チャネル領域はGaAs,InGaAs,GaAsSb,I
nGaAsSbのうちのいずれかからなり、上記キャリアを
供給するための半導体層はGaAs,AlGaAs,InAl
As,GaAsPのうちのいずれかからなることを特徴と
する請求項1または請求項2記載の半導体装置。
14. The semiconductor substrate is a GaAs substrate,
The channel region is composed of GaAs, InGaAs, GaAsSb, I.
The semiconductor layer made of any one of nGaAsSb for supplying the carrier is GaAs, AlGaAs, InAl.
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is made of either As or GaAsP.
【請求項15】上記半導体基板は、InP基板であり、
上記チャネル領域はInGaAs,GaAsSb,InGaAs
Sbのうちのいずれかからなり、上記キャリアを供給す
るための半導体層はInAlAsからなることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の半導体装置。
15. The semiconductor substrate is an InP substrate,
The channel regions are InGaAs, GaAsSb, and InGaAs.
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein any one of Sb and the semiconductor layer for supplying the carrier is made of InAlAs.
【請求項16】請求項1から請求項15のいずれかに記
載した半導体装置と、該半導体装置の第1制御電極に信
号を入力するための手段と、上記キャリア注入部を接地
するための手段とを有し、上記キャリア引出し部から出
力する回路を構成することを特徴とする増幅回路。
16. A semiconductor device according to claim 1, a means for inputting a signal to a first control electrode of the semiconductor device, and a means for grounding the carrier injection part. And an amplifier circuit comprising: and a circuit for outputting from the carrier extraction unit.
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