JPH10125601A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JPH10125601A
JPH10125601A JP3031997A JP3031997A JPH10125601A JP H10125601 A JPH10125601 A JP H10125601A JP 3031997 A JP3031997 A JP 3031997A JP 3031997 A JP3031997 A JP 3031997A JP H10125601 A JPH10125601 A JP H10125601A
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JP
Japan
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layer
effect transistor
field effect
composition ratio
substrate
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JP3031997A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Fujimoto
和久 藤本
Toshinobu Matsuno
年伸 松野
Kaoru Inoue
薫 井上
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor which exhibits good stain characteristic high-frequency amplification. SOLUTION: A field effect transistor comprises a GaAs substrate 11 on which a buffer layer 12 made of an undope-GaAds layer, a first n-InGaAs layer 13a in which composition ratio of In is 0.2, a second n-InGaAs layer 13b in which composition ratio of In is 0.02, a contact layer 15 made of an n+-type GaAs layer, a gate electrode 16, a source electrode 17 and a strain electrode 18 are provided. An operating layer comprises the first n-INGaAs layer 13a and the second n-InGaAs layer 13b through which operating current flows. Since the second n-InGaAs layer 13b which exhibits a high crystallizability is formed on the first n-IGaAs layer 13a, a field effect transistor can be manufactured with good reproducibility, exerting extremely low strain characteristics. in which IP2 is 67.2dBm and IP3 is 35dBm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体を用
いた半導体装置、特にマイクロ波帯で使用される低歪み
を特徴とする電界効果トランジスタに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a compound semiconductor, and more particularly to a field effect transistor used in a microwave band and characterized by low distortion.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、GaAsのような化合物半導
体材料を用いた電界効果トランジスタは、マイクロ波か
らミリ波にわたる超高周波領域において優れた増幅作用
や発振作用を示すため、超高周波領域の高周波信号を扱
う応用分野で広く使用されている。最近では、衛星放送
や携帯電話などの普及により、その市場は今後いっそう
拡大してゆくものと考えられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a field effect transistor using a compound semiconductor material such as GaAs exhibits excellent amplifying and oscillating effects in an ultra-high frequency range from microwaves to millimeter waves. Widely used in applications dealing with Recently, the market is expected to expand further in the future due to the spread of satellite broadcasting and mobile phones.

【0003】このような化合物半導体を用いた電界効果
トランジスタとして、従来、例えば文献1(GaAs/InGaA
s MESFETを用いた低歪・低雑音広帯域増幅器の検討 19
93年電子情報通信学会 春季講演論文集 C-529)に開
示されているものが知られている。
[0003] As a field effect transistor using such a compound semiconductor, conventionally, for example, Reference 1 (GaAs / InGaA)
Study of low distortion and low noise broadband amplifier using s MESFET 19
The one disclosed in 1993 IEICE Spring Lecture Book C-529) is known.

【0004】図10は、この文献1で説明されているn
−InGaAs/n−GaAs pseudomorphic MES
FETの構造を図に表した断面図である。図10におい
て、51は半絶縁性GaAs基板、52はバッファ層と
してのUndope−GaAs層、53は動作層としてのn−
InGaAs層、54は同じく動作層としてのn−Ga
As層、55はコンタクト層としてのn+ 型GaAs
層、56はゲート電極、57はソース電極、58はドレ
イン電極を示す。この電界効果トランジスタの特徴は、
動作層としてn−GaAs層54とn−InGaAs層
53とを備えている点にある。
FIG. 10 shows n
-InGaAs / n-GaAs pseudomorphic MES
It is sectional drawing which represented the structure of FET in the figure. 10, 51 is a semi-insulating GaAs substrate, 52 is an Undope-GaAs layer as a buffer layer, and 53 is n-type as an operating layer.
The InGaAs layer 54 also has n-Ga as an operation layer.
As layer 55, n + -type GaAs as contact layer
Layer, 56 is a gate electrode, 57 is a source electrode, and 58 is a drain electrode. The features of this field effect transistor are
The point is that an n-GaAs layer 54 and an n-InGaAs layer 53 are provided as operation layers.

【0005】図11は、上記文献1に示されている出力
電力Pout ,2次相互変調歪みIM2及び3次相互変調
歪みIM3の入力Pinに対する変化特性を示す。ここ
で、相互変調歪みの程度を示す2次インターセプトポイ
ントIP2の値は59.4dBmであり、3次インター
セプトポイントIP3の値は32.2dBmである。た
だし、IP2,IP3の意味については後述するが、こ
れらの値が大きいほど歪み特性が良好であることを示し
ている。
FIG. 11 shows the change characteristics of the output power Pout, the second-order intermodulation distortion IM2, and the third-order intermodulation distortion IM3 shown in the above-mentioned document 1 with respect to the input Pin. Here, the value of the second-order intercept point IP2 indicating the degree of intermodulation distortion is 59.4 dBm, and the value of the third-order intercept point IP3 is 32.2 dBm. However, although the meanings of IP2 and IP3 will be described later, a larger value indicates better distortion characteristics.

【0006】また、図12は、上記文献1に記載されて
いるゲート電圧Vgsと相互コンダクタンスgm との関係
を示す。ここで、相互コンダクタンスgm は、ゲート電
圧Vgsに対するドレイン電流Idsの変化率(ΔIds/Δ
Vgs)で定義される量で、これがゲート電圧Vgsの変化
に対して一定値を示すほど、つまりゲート電圧依存性が
ないほど伝達特性はより線形であると考えられる。一般
的に、GaAs単層からなる動作層を有する電界効果ト
ランジスタのgm 特性は、ゲート電圧Vgsに対する依存
性が強い。それに対し、n−InGaAs層は、n−G
aAs層に比べて電子移動度が大きくドーパントとして
の珪素(Si)の固溶限界も大きいため高濃度化が可能
である。このために、このようなチャネル構造を持った
電界効果トランジスタは、チャネルがGaAs層のみで
構成されている電界効果トランジスタに比べて、ドレイ
ン電流が大きくなり相互コンダクタンスgm (ΔIds/
ΔVgs)が増加し、その結果、より高周波での動作が可
能となる。また、GaAs層とInGaAs層のキャリ
ア濃度および厚さをそれぞれ最適化することにより、相
互コンダクタンスgm ・ゲート・ソース電圧Vgs特性の
平坦化を図ることが可能となる。
FIG. 12 shows the relationship between the gate voltage Vgs and the transconductance gm described in the above reference 1. Here, the transconductance gm is the rate of change of the drain current Ids with respect to the gate voltage Vgs (ΔIds / Δ
Vgs), the transfer characteristic is considered to be more linear as it shows a constant value with respect to the change of the gate voltage Vgs, that is, there is no gate voltage dependency. Generally, the gm characteristic of a field effect transistor having an operation layer composed of a single GaAs layer has a strong dependence on the gate voltage Vgs. In contrast, the n-InGaAs layer has an n-G
As compared with the aAs layer, the electron mobility is large and the solid solution limit of silicon (Si) as a dopant is large, so that high concentration can be achieved. For this reason, a field effect transistor having such a channel structure has a larger drain current and a transconductance gm (ΔIds / Δ) than a field effect transistor whose channel is formed only of a GaAs layer.
ΔVgs) increases, and as a result, operation at a higher frequency becomes possible. Further, by optimizing the carrier concentration and the thickness of the GaAs layer and the InGaAs layer, it is possible to flatten the characteristics of the transconductance gm, the gate and the source voltage Vgs.

【0007】また、例えば文献2(M. F. Chang et.a
l., Appl. Phys. Lett., Vol.45, no.3, 1984, pp.279
-281 )に開示されているように、GaAs基板と例え
ばSiO2 やSiNなどのパッシベーション膜との間の
応力(ストレス)に起因し、電界効果トランジスタのチ
ャネル領域に発生するピエゾ電荷が、電界効果トランジ
スタのしきい値電圧Vthや相互コンダクタンスgm など
の電気特性を変化させることが報告されている。
[0007] For example, reference 2 (MF Chang et.a
l., Appl. Phys. Lett., Vol. 45, no. 3, 1984, pp. 279
-281), the piezo charge generated in the channel region of the field effect transistor due to the stress (stress) between the GaAs substrate and the passivation film such as SiO 2 or SiN causes the electric field effect It has been reported that the electric characteristics such as the threshold voltage Vth and the transconductance gm of the transistor are changed.

【0008】図13は、GaAs基板の結晶方位と電界
効果トランジスタのゲート電極の方位(ゲート電極の長
辺に平行な方向)およびドレイン電流が流れる方向の関
係を定義するための図である。一般的には、ゲート方位
はドレイン電流の流れる方向に対して垂直となるように
配置されている。従来、市販されている標準GaAs基
板を用いて電界効果トランジスタを製造した場合、主面
が(100)面のGaAs基板上でゲート方位が[01
1]方向または[01]方向(ただし、 (バー)は
マイナスを意味し、以下においても同じとする)になる
ように電界効果トランジスタが形成されることが多かっ
た。このような方位に形成された電界効果トランジスタ
は、パッシベーション膜などの応力によって電気特性が
変化することがあった。
FIG. 13 is a diagram for defining the relationship between the crystal orientation of the GaAs substrate, the orientation of the gate electrode of the field effect transistor (the direction parallel to the long side of the gate electrode), and the direction in which the drain current flows. Generally, the gate direction is arranged to be perpendicular to the direction in which the drain current flows. Conventionally, when a field-effect transistor is manufactured using a commercially available standard GaAs substrate, the gate orientation is [01] on a GaAs substrate having a (100) main surface.
1] direction or [01 1 ] direction (however, (Bar means minus, and the same applies to the following) in many cases. The electric characteristics of the field-effect transistor formed in such an orientation may change due to stress of a passivation film or the like.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な従
来の化合物半導体基板上に形成されるた電界効果トラン
ジスタを用いて高周波増幅回路を構成した場合、電界効
果トランジスタの持つ非線形性のために、出力信号には
入力信号には含まれない歪みの成分が現れることがあ
る。
By the way, when a high frequency amplifier circuit is formed using a field effect transistor formed on a general conventional compound semiconductor substrate, the non-linearity of the field effect transistor causes In the output signal, a distortion component not included in the input signal may appear.

【0010】この歪みには、入力された信号の周波数の
n倍に相当する高調波成分や、入力された2種類以上の
信号の周波数成分が互いに干渉して発生する相互変調歪
みなどが含まれている。これらの歪み成分は主に増幅素
子の伝達特性の非線形性が原因で発生するので、歪み成
分の大きさは増幅素子の伝達特性でほぼ決定されるとい
うことができる。また、高周波動作においてはゲート・
ソース間容量Cgsのゲート・ソース電圧Vgsに対する変
化率(ΔCgs/ΔVgs)の非線形性なども重要な問題と
なる。すなわち、いかにして線形動作が可能な増幅素子
を作製するかが、高周波増幅装置の歪み特性をほぼ決定
しているということができる。
The distortion includes harmonic components corresponding to n times the frequency of the input signal, and intermodulation distortion generated by the frequency components of two or more types of input signals interfering with each other. ing. Since these distortion components mainly occur due to the non-linearity of the transfer characteristics of the amplifying element, it can be said that the magnitude of the distortion component is substantially determined by the transfer characteristics of the amplifying element. In high-frequency operation, the gate
The non-linearity of the rate of change (ΔCgs / ΔVgs) of the inter-source capacitance Cgs with respect to the gate-source voltage Vgs also becomes an important problem. In other words, it can be said that how to produce an amplification element capable of linear operation largely determines the distortion characteristics of the high-frequency amplification device.

【0011】これらの歪み(主に2次相互変調歪みと3
次相互変調歪み)は、例えば無線装置などでは混信の原
因となるためにできるだけ低減することが望ましい。ま
た、多数のキャリア(搬送波)を同時に高周波増幅する
広帯域増幅器では、特にこれら歪みが隣接するキャリア
と重なり妨害を起こすことがあるために、極めて歪み特
性の良好な電界効果トランジスタが求められる。
These distortions (mainly second-order intermodulation distortion and 3
Second-order intermodulation distortion) is, for example, desirably reduced as much as possible in radio equipment and the like because it causes interference. Further, in a wideband amplifier for simultaneously amplifying a large number of carriers (carriers) at high frequency, a field effect transistor having extremely good distortion characteristics is required, especially since these distortions may overlap with adjacent carriers and cause interference.

【0012】しかしながら、従来は、理想的な良好な歪
み特性を示す電界効果トランジスタは存在せず、プッシ
ュプル構成などの複雑な回路を構成することで、高周波
増幅装置の歪み特性を改善していた。
However, conventionally, there is no field-effect transistor exhibiting an ideal good distortion characteristic, and the distortion characteristic of the high-frequency amplifier is improved by forming a complicated circuit such as a push-pull configuration. .

【0013】そして、以上のような歪み特性の点から考
察すると、上記従来の各文献1,2に記載されている従
来の電界効果トランジスタにおいては、以下のような問
題があった。
Considering the above-mentioned distortion characteristics, the conventional field-effect transistors described in the above-mentioned conventional documents 1 and 2 have the following problems.

【0014】上記文献1には、動作層に用いられたn−
GaAs/n−InGaAs pseudomorphic 構造を、
MBE法(分子線エピタキシ法)によりエピタキシャル
成長させていることが記載されている。ここで、MBE
法では良好な結晶性を得るためには、例えばIn組成比
が0.20であるIn0.20Ga0.80As層の上にGaA
s層を形成する場合、GaAs層は基板温度が580℃
以上、InGaAs層は470℃〜530℃程度でのエ
ピタキシャル成長が必要である。すなわち、従来例のよ
うなn−GaAs/n−InGaAs pseudomorphic構
造をエピタキシャル成長するためには、いったん470
℃〜530℃でn−InGaAs層をエピタキシャル成
長した後、成長を中断して基板温度の上昇を待ってn−
GaAs層のエピタキシャル成長を行うか、470℃〜
530℃でn−InGa層をエピタキシャル成長した
後、基板温度を変えずにそのままn−GaAs層のエピ
タキシャル成長を行うしかなかった。
Reference 1 discloses that n-
The GaAs / n-InGaAs pseudomorphic structure is
It is described that epitaxial growth is performed by MBE (molecular beam epitaxy). Where MBE
In order to obtain good crystallinity by the method, for example, GaAs is formed on an In 0.20 Ga 0.80 As layer having an In composition ratio of 0.20.
When forming an s layer, the GaAs layer has a substrate temperature of 580 ° C.
As described above, the InGaAs layer needs to be epitaxially grown at about 470 ° C. to 530 ° C. That is, in order to epitaxially grow the n-GaAs / n-InGaAs pseudomorphic structure as in the conventional example, it is necessary to temporarily set the
After epitaxially growing an n-InGaAs layer at a temperature of about 530 ° C. to 530 ° C., the growth is interrupted, and the
GaAs layer is epitaxially grown or
After epitaxial growth of the n-InGa layer at 530 ° C., the only option was to perform epitaxial growth of the n-GaAs layer without changing the substrate temperature.

【0015】しかしながら、前者の場合には、結晶成長
を一時中断するために煩雑な作業が必要なばかりか、動
作層を構成しているn−GaAs/n−InGaAs界
面の結晶性が悪くなったり、不純物が界面に混入すると
いった問題があった。また後者の場合には、n−InG
aAs層のエピタキシャル成長における基板温度を優先
させるため、本来580℃前後で結晶成長されるべきn
−GaAs層を470℃〜530℃という低温で成長さ
せざるを得ない。そのために、Gaの空孔が増加してn
−GaAs層の結晶性が悪くなるという問題があった。
すなわち、いずれの方法をとっても電界効果トランジス
タの動作層として十分良好な結晶性をもったエピタキシ
ャル層を得ることが困難であった。
However, in the former case, not only a complicated operation is required to temporarily suspend the crystal growth, but also the crystallinity of the n-GaAs / n-InGaAs interface constituting the operation layer becomes poor. In addition, there is a problem that impurities are mixed into the interface. In the latter case, n-InG
In order to give priority to the substrate temperature in the epitaxial growth of the aAs layer, n which should be grown at about 580 ° C.
-The GaAs layer must be grown at a low temperature of 470 ° C to 530 ° C. Therefore, Ga vacancies increase and n
-There was a problem that the crystallinity of the GaAs layer deteriorated.
That is, it is difficult to obtain an epitaxial layer having sufficiently good crystallinity as an operation layer of a field-effect transistor by any method.

【0016】そのためと思われるが、このような方法で
作製された電界効果トランジスタを用いて高周波増幅装
置を構成した場合、例えば増幅装置の雑音特性が劣化す
るなどの問題があった。
It is considered that the high-frequency amplifier is formed by using the field-effect transistor manufactured by such a method. For example, there is a problem that the noise characteristic of the amplifier is deteriorated.

【0017】なお、GaAsとInx Ga1-x As(x
はIn組成比)とはそもそも結晶の格子定数が異なり、
前述した従来例のようなGaAs/Inx Ga1-x As
界面はpseudomorphic 状態にある。したがって、Inの
組成比xによって異なるが、Inx Ga1-x 層の厚みに
は、良好な結晶性を維持するための臨界膜厚が存在して
いる。
Note that GaAs and In x Ga 1 -x As (x
Is the In composition ratio).
GaAs / In x Ga 1-x As as in the conventional example described above.
The interface is in a pseudomorphic state. Therefore, although it depends on the In composition ratio x, the thickness of the In x Ga 1-x layer has a critical thickness for maintaining good crystallinity.

【0018】さらに、従来からGaAs基板と例えばS
iO2 やSiNなどのパッシベーション膜との間の応力
(ストレス)によって、電界効果トランジスタの電気特
性が変化することが知られている。これは、電界効果ト
ランジスタの動作層の近傍に、例えばSiO2 やSiN
などの絶縁膜とGaAs基板との熱膨張係数の違いから
くる応力(ストレス)によってピエゾ電荷(正または
負)が発生し、不純物を導入して形成した電界効果トラ
ンジスタの動作層のキャリアプロファイルを変形するた
めに起こるものである。したがって、電界効果トランジ
スタの電気特性は応力の方向(圧縮または伸張)や大き
さに依存し、結晶方位依存性がある。
Further, conventionally, a GaAs substrate and, for example, S
It is known that the electrical characteristics of a field effect transistor change due to stress between the passivation film such as iO 2 and SiN. This is because, for example, SiO 2 or SiN
A piezo charge (positive or negative) is generated by a stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between an insulating film such as a GaAs substrate and a GaAs substrate, and deforms a carrier profile of an operation layer of a field effect transistor formed by introducing impurities. Is what happens to you. Therefore, the electric characteristics of the field-effect transistor depend on the direction (compression or extension) or magnitude of the stress, and are dependent on the crystal orientation.

【0019】図14は、主面を(100)面とするGa
As基板上に形成された電界効果トランジスタのしきい
値電圧の変化量の絶縁膜膜圧依存性を示す図である。た
だし、GaAs基板上の絶縁膜(パッシベーション膜)
の膜厚を横軸に、電界効果トランジスタのしきい値電圧
Vthの変化量を縦軸にとっており、ゲート電極の方位
(図13参照)をパラメータとしている。ここでは、絶
縁膜の応力は Compressive (圧縮)である。同図から
明らかなように、しきい値電圧のシフトは膜厚が厚い
(応力が大きい)程大きくなる傾向を示す。また、(1
00)面を主面としゲート方位が[011]方向の電界
効果トランジスタのしきい値電圧のシフトは正の方向で
ある。これに対して(100)面を主面としゲート方位
が[011]方向の電界効果トランジスタのしきい値電
圧のシフトは、ゲート方位が[01]の場合のしきい
値電圧のシフト方向とは逆向きの負の方向となる。さら
に、ゲート方位が[010]方向または[001]方向
である電界効果トランジスタのしきい値電圧は応力の大
小を問わず変動しないことがわかる。これは、ゲート方
位が[01]方向の場合には電界効果トランジスタの
動作層領域に正のピエゾ電荷が発生し、ゲート方位が
[011]方向の場合には負のピエゾ電荷が発生するの
に対し、ゲート方位が[010]方向または[001]
方向の場合には電界効果トランジスタの動作層近傍には
電気特性に影響を及ぼすピエゾ電荷が発生しないためで
ある。
FIG. 14 shows Ga having a (100) main surface.
FIG. 9 is a diagram illustrating the dependency of the amount of change in the threshold voltage of a field-effect transistor formed on an As substrate on the insulating film thickness. However, the insulating film (passivation film) on the GaAs substrate
Is plotted on the abscissa and the amount of change in the threshold voltage Vth of the field effect transistor is plotted on the ordinate, and the direction of the gate electrode (see FIG. 13) is used as a parameter. Here, the stress of the insulating film is Compressive. As can be seen from the figure, the shift of the threshold voltage tends to increase as the film thickness increases (the stress increases). Also, (1
The shift of the threshold voltage of the field-effect transistor having the [001] plane as the principal plane and the gate orientation in the [011] direction is in the positive direction. On the other hand, the threshold voltage shift of the field-effect transistor having the (100) plane as the main surface and the gate direction in the [011] direction is the same as the shift direction of the threshold voltage when the gate direction is [01 1 ]. Is the opposite negative direction. Further, it can be seen that the threshold voltage of the field effect transistor whose gate orientation is the [010] direction or the [001] direction does not change regardless of the magnitude of the stress. This is because a positive piezo charge is generated in the operation layer region of the field effect transistor when the gate direction is the [01 1 ] direction, and a negative piezo charge is generated when the gate direction is the [011] direction. On the other hand, if the gate orientation is the [010] direction or [001]
This is because, in the case of the direction, no piezo charge which affects the electric characteristics is generated near the operation layer of the field effect transistor.

【0020】ここで、特に歪み特性に優れた電界効果ト
ランジスタの場合、伝達特性(Vg-Ids特性など)の再
現性(線形性)が重要である。したがって、このような
ピエゾ効果によって伝達特性(電気特性)が変化するこ
とは、電界効果トランジスタの歪み特性が大きな悪影響
を受けることを意味する。具体的には、ピエゾ効果によ
って電界効果トランジスタの電気特性が変化するため、
極めて高い歪み特性が再現性良く得られないという問題
があった。さらに製造上、極めて良い歪み特性を持った
電界効果トランジスタを再現性良く製造することが困難
であるといった問題があった。
Here, in the case of a field effect transistor having particularly excellent distortion characteristics, reproducibility (linearity) of transfer characteristics (Vg-Ids characteristics, etc.) is important. Therefore, a change in transfer characteristics (electrical characteristics) due to such a piezo effect means that the distortion characteristics of the field effect transistor are greatly adversely affected. Specifically, since the electrical characteristics of the field effect transistor change due to the piezo effect,
There is a problem that extremely high distortion characteristics cannot be obtained with good reproducibility. Further, there is a problem in that it is difficult to manufacture a field-effect transistor having extremely good distortion characteristics with good reproducibility.

【0021】以上のように、従来の電界効果トランジス
タにおいては、単一の電界効果トランジスタによって実
用上必要な歪み特性を得ることが困難であった。そのた
め、従来は、例えば同じ特性を有する複数の電界効果ト
ランジスタを配置して電界効果トランジスタの歪みを相
殺するようにしたプッシュプル回路など、複雑な回路を
構成することで、高周波増幅装置の歪み特性を改善して
いた。
As described above, in the conventional field effect transistor, it is difficult to obtain practically necessary distortion characteristics by a single field effect transistor. Therefore, conventionally, for example, a complicated circuit such as a push-pull circuit in which a plurality of field-effect transistors having the same characteristics are arranged to offset the distortion of the field-effect transistor is configured, so that the distortion characteristics of the high-frequency amplification device are reduced. Had improved.

【0022】本発明の第1の目的は、複雑な回路を構成
しなくても、単独でも極めて良好な歪み特性を発揮しう
る電界効果トランジスタを提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a field effect transistor which can exhibit extremely good distortion characteristics by itself without forming a complicated circuit.

【0023】また、本発明の第2の目的は、上記第1の
目的に加えて、さらに応力によって発生したピエゾ電荷
に起因する伝達特性などの電気特性の変化の解消を図る
ことにある。
A second object of the present invention, in addition to the first object, is to eliminate changes in electrical characteristics such as transfer characteristics caused by piezo charges generated by stress.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明が講じた手段は、従来のn−InGa
As層とn−GaAs層で構成された動作層にかわり、
InGaAs層のみによって構成される動作層を設ける
ことにある。
In order to achieve the first object, the means taken by the present invention is a conventional n-InGa
Instead of the operation layer composed of an As layer and an n-GaAs layer,
An object of the present invention is to provide an operation layer including only an InGaAs layer.

【0025】具体的には、上記第1の目的を達成するた
めに、請求項1,2に記載されている第1の電荷効果ト
ランジスタに関する手段と、請求項3,4に記載されて
いる第2の電荷効果トランジスタに関する手段と、請求
項5,6に記載されている第3の電荷効果トランジスタ
に関する手段と、請求項7,8に記載されている第4の
電荷効果トランジスタに関する手段とを講じている。
More specifically, in order to achieve the first object, means relating to the first charge-effect transistor described in claims 1 and 2 and the second means described in claims 3 and 4 are provided. Means relating to the second charge effect transistor, means relating to the third charge effect transistor according to claims 5 and 6, and means relating to the fourth charge effect transistor according to claims 7 and 8 are taken. ing.

【0026】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明では、請求項9,10に記載されている第5の電
界効果トランジスタに関する手段を講じている。本発明
の第1の電界効果トランジスタは、請求項1に記載され
ているように、基板と、上記基板の上にエピタキシャル
成長により形成されたバッファ層と、上記バッファ層の
上に形成され動作電流が流通可能な動作層と、上記動作
層の上方に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の
両側方に位置する上記基板上に形成され、上記動作層の
両端に接続されるソース・ドレインとを備えている。そ
して、上記動作層は、上記バッファ層の上に形成され、
In組成比がa(0<a<1)であるn−Ina Ga
1-a As層と、上記n−Ina Ga1-a As層の上に形
成され、In組成比がb(0<b<a)であるn−In
b Ga1-b As層とにより構成されている。
In order to achieve the second object,
In the present invention, the means relating to the fifth field-effect transistor described in claims 9 and 10 is adopted. According to the first field effect transistor of the present invention, as described in claim 1, a substrate, a buffer layer formed on the substrate by epitaxial growth, and an operating current formed on the buffer layer and having an operating current of A flowable operation layer, a gate electrode formed above the operation layer, and a source / drain formed on the substrate located on both sides of the gate electrode and connected to both ends of the operation layer. Have. And the operating layer is formed on the buffer layer,
N-In a Ga having an In composition ratio of a (0 <a <1)
An n-In layer formed on the 1-a As layer and the n-In a Ga 1-a As layer and having an In composition ratio of b (0 <b <a)
b Ga 1-b As layer.

【0027】請求項2に記載されているように、請求項
1において、上記n−Ina Ga1- a As層のIn組成
比aは、0.01以上であり、上記n−Inb Ga1-b
As層のIn組成比bは、0.25以下であることが好
ましい。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the In composition ratio a of the n-In a Ga 1- a As layer is 0.01 or more, and the n-In b Ga 1-b
The In composition ratio b of the As layer is preferably 0.25 or less.

【0028】請求項1又は2の第1の電界効果トランジ
スタにより、動作層がn−Ina Ga1-a As層とn−
Inb Ga1-b As層という2つのn−InGaAs層
により構成されている。したがって、n−Ina Ga
1-a As層の上にn−Inb Ga1-b As層をほぼ同じ
条件で連続的に形成することが可能になり、上層側のn
−Inb Ga1-b As層の結晶性が良好に保持される。
その結果、高い電力利得と、低い雑音指数と、高いIP
2及びIP3つまり小さな相互変調歪みとを得ることが
できる。また、例えば珪素(Si)などのn型InGa
Asを構成するためのドナーの導入は、上述のIn組成
比とはまったく独立に制御することができる。したがっ
て、電界効果トランジスタがより低歪み特性(線形動
作)を示すように、キャリアプロファイルを任意に作製
することができるので、動作層の設計の自由度も向上す
る。そして、相互コンダクタンスgm の非線形性の改善
効果と相俟って、電界効果トランジスタの歪み特性を改
善することができる。
According to the first field effect transistor of the first or second aspect, the operation layer is composed of an n-In a Ga 1-a As layer and an n-
It is composed of In b Ga 1-b As 2 two n-InGaAs layer that layer. Therefore, n-In a Ga
The n-In b Ga 1-b As layer can be continuously formed on the 1-a As layer under substantially the same conditions, and the upper n-side layer can be formed.
Crystalline -In b Ga 1-b As layer is satisfactorily maintained.
As a result, high power gain, low noise figure, and high IP
2 and IP3, that is, small intermodulation distortion can be obtained. Also, for example, n-type InGa such as silicon (Si)
The introduction of a donor for constituting As can be controlled completely independently of the above-described In composition ratio. Therefore, the carrier profile can be arbitrarily formed so that the field effect transistor exhibits lower distortion characteristics (linear operation), so that the degree of freedom in designing the operation layer is also improved. The distortion characteristics of the field effect transistor can be improved in combination with the effect of improving the nonlinearity of the mutual conductance gm.

【0029】本発明の第2の電界効果トランジスタは、
請求項3に記載されているように、半絶縁性GaAs基
板と、上記半絶縁性GaAs基板の上にエピタキシャル
成長により形成されたバッファ層と、上記バッファ層の
上に形成され動作電流が流通可能な動作層と、上記動作
層の上方に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の
両側方に位置する上記半絶縁性GaAs基板上に形成さ
れ、上記動作層の両端に接続されるソース・ドレインと
を備えている。そして、上記動作層は3層以上のn−I
x Ga1-x As層により構成されており、各n−In
x Ga1-x As層の各In組成比x(0<x<1)は、
上方に位置するn−Inx Ga1-x As層ほど小さくな
るように互いに異なっている。
[0029] The second field effect transistor of the present invention comprises:
As described in claim 3, a semi-insulating GaAs substrate, a buffer layer formed on the semi-insulating GaAs substrate by epitaxial growth, and an operating current formed on the buffer layer and capable of flowing an operating current. An operation layer, a gate electrode formed above the operation layer, and a source / drain formed on the semi-insulating GaAs substrate located on both sides of the gate electrode and connected to both ends of the operation layer. It has. The operation layer has three or more nI
nx Ga 1-x As layer, and each n-In
Each In composition ratio x (0 <x <1) of the x Ga 1-x As layer is
The upper n-In x Ga 1 -x As layers are different from each other so as to be smaller.

【0030】請求項4に記載されているように、請求項
3において、上記各n−Inx Ga1-x As層のIn組
成比xは、0.01以上0.25以下であることが好ま
しい。
According to a fourth aspect, in the third aspect, the In composition ratio x of each of the n-In x Ga 1 -x As layers is 0.01 or more and 0.25 or less. preferable.

【0031】請求項3又は4の第2の電界効果トランジ
スタにより、動作層を構成する少なくとも3つのn−I
nGaAs層のIn組成比が上方に向かうにつれて小さ
くなるように構成されているので、動作層の形成に際
し、上記従来の電界効果トランジスタの動作層における
よりも各n−InGaAs層の結晶性をより良好にでき
る。したがって、上記従来の電界効果トランジスタより
もさらに歪み特性を改善することができる。
According to the second field effect transistor of claim 3 or 4, at least three n-Is constituting an operation layer.
Since the In composition ratio of the nGaAs layer is configured to decrease as it goes upward, the crystallinity of each n-InGaAs layer is better when forming the operation layer than in the operation layer of the conventional field effect transistor. Can be. Therefore, the distortion characteristics can be further improved as compared with the above-mentioned conventional field effect transistor.

【0032】本発明の第3の電界効果トランジスタは、
請求項5に記載されているように、基板と、上記基板の
上にエピタキシャル成長により形成されたバッファ層
と、上記バッファ層の上に形成され動作電流が流通可能
な動作層と、上記動作層の上方に形成されたゲート電極
と、上記ゲート電極の両側方に位置する上記基板上に形
成され、上記動作層の両端に接続されるソース・ドレイ
ンとを備えている。そして、上記動作層は、上記バッフ
ァ層の上に形成され、In組成比がa(0<a<1)で
あるn−Ina Ga1-a As層と、上記n−Ina Ga
1-a As層の上に形成され、In組成比x(0<x<
a)が上方に向って連続的に小さくなるように変化する
n−Inx Ga1-x As層とにより構成されている。
The third field-effect transistor of the present invention comprises:
As described in claim 5, a substrate, a buffer layer formed by epitaxial growth on the substrate, an operation layer formed on the buffer layer, through which an operation current can flow, A gate electrode formed above, and a source / drain formed on the substrate located on both sides of the gate electrode and connected to both ends of the operation layer. The operation layer is formed on the buffer layer, and has an In composition ratio of a (0 <a <1), an n-In a Ga 1-a As layer, and the n-In a Ga layer.
1-a is formed on the As layer and has an In composition ratio x (0 <x <
a) is constituted by an n-In x Ga 1 -x As layer which changes so as to continuously decrease upward.

【0033】請求項6に記載されているように、請求項
5において、上記n−Ina Ga1- a As層のIn組成
比aは、0.01以上であり、上記n−Inx Ga1-x
As層のIn組成比xは、0.25以下であることが好
ましい。
[0033] As described in claim 6, in claim 5, said n-In a Ga 1-a As layer having an In composition ratio a is 0.01 or more, the n-In x Ga 1-x
The In composition ratio x of the As layer is preferably 0.25 or less.

【0034】請求項5又は6の第3の電界効果トランジ
スタにより、動作層を構成する2つのn−InGaAs
層のうち、上層側の第2のn−InGaAs層のIn組
成比が上方に向かうにつれて連続的に小さくなるように
構成されているので、動作層の形成に際し、上記従来の
電界効果トランジスタの動作層におけるよりも各n−I
nGaAs層の結晶性をより良好にできる。したがっ
て、上記従来の電界効果トランジスタよりもさらに歪み
特性を改善することができる。
According to the third field effect transistor of the fifth or sixth aspect, two n-InGaAs layers constituting an operation layer are provided.
Of the layers, the upper n-InGaAs layer is configured so that the In composition ratio of the upper n-type InGaAs layer becomes smaller continuously as it goes upward. Each n-I than in layers
The crystallinity of the nGaAs layer can be improved. Therefore, the distortion characteristics can be further improved as compared with the above-mentioned conventional field effect transistor.

【0035】本発明の第4の電界効果トランジスタは、
請求項7に記載されているように、半絶縁性GaAs基
板と、上記半絶縁性GaAs基板の上にエピタキシャル
成長により形成されたバッファ層と、上記バッファ層の
上に形成され動作電流が流通可能な動作層と、上記動作
層の上方に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の
両側方に位置する上記半絶縁性GaAs基板上に形成さ
れ、上記動作層の両端に接続されるソース・ドレインと
を備えている。そして、上記動作層は、In組成比x
(0<x<1)が上方に向って連続的に小さくなるよう
に変化するn−Inx Ga1-x As層により構成されて
いる。
The fourth field-effect transistor of the present invention comprises:
As described in claim 7, a semi-insulating GaAs substrate, a buffer layer formed by epitaxial growth on the semi-insulating GaAs substrate, and an operating current formed on the buffer layer and capable of flowing an operating current. An operation layer, a gate electrode formed above the operation layer, and a source / drain formed on the semi-insulating GaAs substrate located on both sides of the gate electrode and connected to both ends of the operation layer. It has. The operating layer has an In composition ratio x
(0 <x <1) is formed of an n-In x Ga 1 -xAs layer that changes so as to continuously decrease upward.

【0036】請求項8に記載されているように、請求項
7において、上記n−Inx Ga1- x As層のIn組成
比は、0.01以上で0.25以下であることが好まし
い。
[0036] As described in claim 8, in claim 7, an In composition ratio of the n-In x Ga 1- x As layer is preferably 0.25 or less 0.01 or more .

【0037】請求項7又は8の第4の電界効果トランジ
スタにより、動作層が1つのn−InGaAs層43で
構成され、このn−InGaAs層43bのIn組成比
が上方に向かうにつれて連続的に小さくなるように構成
されているので、動作層の形成に際し、上記従来の電界
効果トランジスタの動作層におけるよりもn−InGa
As層の結晶性をより良好にできる。したがって、比較
的簡素な構成でありながら、上記従来の電界効果トラン
ジスタよりもさらに歪み特性を改善することができる。
According to the fourth field effect transistor of the seventh or eighth aspect, the operation layer is constituted by one n-InGaAs layer 43, and the In composition ratio of the n-InGaAs layer 43b continuously decreases as going upward. Therefore, when forming the operation layer, the n-InGa layer is formed more than in the operation layer of the conventional field effect transistor.
The crystallinity of the As layer can be further improved. Therefore, the distortion characteristics can be further improved as compared with the above-described conventional field-effect transistor while having a relatively simple configuration.

【0038】本発明の第5の電界効果トランジスタは、
請求項9に記載されているように、請求項1,2,3,
4,5,6,7又は8において、上記動作層における上
記基板の上面に平行な面を(100)面とし、上記動作
層における動作電流の流れる方向を[010]方向又は
[001]としたものである。
The fifth field-effect transistor of the present invention comprises:
As described in claim 9, claims 1, 2, 3, 3
In 4, 5, 6, 7, or 8, the plane of the operation layer parallel to the upper surface of the substrate is defined as a (100) plane, and the direction in which the operation current flows in the operation layer is defined as a [010] direction or [001]. Things.

【0039】請求項10に記載されているように、請求
項9において、上記ゲート電極の横断面形状を長辺と短
辺とからなる矩形とし、上記ゲート電極の長辺を上記動
作層における動作電流が流れる方向と直交させることが
好ましい。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the cross-sectional shape of the gate electrode is a rectangle having a long side and a short side, and the long side of the gate electrode is operated in the operation layer. It is preferable to make the direction perpendicular to the direction in which the current flows.

【0040】請求項9又は10の第5の電界効果トラン
ジスタにより、基板とパッシベーション膜との間に発生
する応力の大きさにかかわらず、電界効果トランジスタ
の電気特性がピエゾ効果の影響を受けないようにするこ
とが可能となる。その結果、これまで絶縁膜の応力によ
って電界効果トランジスタの電気特性が変動していたの
に対し、応力による電界効果トランジスタの電気特性の
変動はほぼなくなる。このようにして、極めて良い歪み
特性を示す電界効果トランジスタを再現性良く製造する
ことが可能となる。
According to the fifth field effect transistor of the ninth or tenth aspect, the electric characteristics of the field effect transistor are not affected by the piezo effect regardless of the magnitude of the stress generated between the substrate and the passivation film. It becomes possible to. As a result, the electric characteristics of the field-effect transistor have been changed by the stress of the insulating film, but the electric characteristics of the field-effect transistor are almost not changed by the stress. In this manner, a field effect transistor exhibiting extremely good distortion characteristics can be manufactured with good reproducibility.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)図1は、第1の実施形態の電界効果
トランジスタの断面図である。図1において11は半絶
縁性GaAs基板、12はバッファ層としての膜厚が7
00nmのUndope−GaAs層を示す。13aは、キャ
リア濃度が8×1017cm-3,膜厚が10nm,In組
成比が0.2である第1のn−InGaAs層を示す。
13bは、キャリア濃度が5×1017cm-3、膜厚が6
0nm、In組成比が0.02である第2のn−InG
aAs層を示す。上記第1のn−InGaAs層13a
と第2のn−InGaAs層13bとにより、動作電流
が流れる動作層が構成されている。また、15はコンタ
クト層としてのキャリア濃度が約4×1018cm-3,膜
厚が50nmのn+ 型GaAs層、16はゲート電極、
17はソース電極、18はドレイン電極である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a field-effect transistor according to a first embodiment. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a semi-insulating GaAs substrate, and reference numeral 12 denotes a film having a thickness of 7 as a buffer layer.
4 shows a 00 nm Undope-GaAs layer. Reference numeral 13a denotes a first n-InGaAs layer having a carrier concentration of 8 × 10 17 cm −3 , a film thickness of 10 nm, and an In composition ratio of 0.2.
13b has a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 and a film thickness of 6
0 nm, the second n-InG having an In composition ratio of 0.02
4 shows an aAs layer. The first n-InGaAs layer 13a
The second n-InGaAs layer 13b and the second n-InGaAs layer 13b constitute an operation layer through which an operation current flows. Reference numeral 15 denotes an n + -type GaAs layer having a carrier concentration of about 4 × 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm as a contact layer, 16 denotes a gate electrode,
17 is a source electrode and 18 is a drain electrode.

【0042】本実施形態に係る電界効果トランジスタの
特徴は、In組成比が0.2の第1のn−InGaAs
層13aと、In組成比が0.02の第2のn−InG
aAs層13bとを動作層として備えている点にある。
The feature of the field-effect transistor according to this embodiment is that the first n-InGaAs having an In composition ratio of 0.2 is used.
A layer 13a and a second n-InG having an In composition ratio of 0.02.
An aAs layer 13b is provided as an operation layer.

【0043】図5は、本発明による電界効果トランジス
タを用いて負帰還増幅器を構成し、2トーン法による相
互変調歪みを測定した結果である。ただし、図8に示す
ように、負帰還回路の帰還抵抗が330Ωで、帰還容量
が1000pFである。図5において、Pinは1波あた
りの入力電力(単位dBm)、Pout は基本波1波あた
りの出力電力(単位dBm)、IM2は2次の相互変調
歪み、IM3は3次相互変調歪みを表している。
FIG. 5 shows the result of measuring the intermodulation distortion by the two-tone method by forming a negative feedback amplifier using the field effect transistor according to the present invention. However, as shown in FIG. 8, the feedback resistance of the negative feedback circuit is 330Ω and the feedback capacitance is 1000 pF. In FIG. 5, Pin denotes input power per unit wave (unit: dBm), Pout denotes output power per unit wave of fundamental wave (unit: dBm), IM2 denotes second-order intermodulation distortion, and IM3 denotes third-order intermodulation distortion. ing.

【0044】ここで、高周波増幅器に2つ以上の信号を
入力した場合、入力した信号相互、あるいは増幅器の非
線形性により発生した高調波との間で相互変調を起こ
し、増幅器の出力にスプリアスが発生する。増幅器が線
形動作している範囲では、図5に示すように、出力信号
の基本波Pout は、入力Pinに対して1:1で変化する
のに対し、2次相互変調歪みIM2は入力Pinに対して
1:2で変化し、3次相互変調歪みIM3は入力Pinに
対して1:3で変化する。一般に、歪み特性の良否をあ
らわす尺度としてインターセプトポイント(IP2、I
P3)が広く用いられている。これは出力信号の基本波
Pout と相互変調歪みIM2,IM3とのレベル(電
力)が等しくなる理論的な電力として表現され、その値
が大きい程、歪み特性が良好であることを示している。
Here, when two or more signals are input to the high-frequency amplifier, intermodulation occurs between the input signals or a harmonic generated by nonlinearity of the amplifier, and spurious is generated at the output of the amplifier. I do. In the range where the amplifier operates linearly, as shown in FIG. 5, the fundamental wave Pout of the output signal changes 1: 1 with respect to the input Pin, while the second-order intermodulation distortion IM2 is applied to the input Pin. In contrast, the third-order intermodulation distortion IM3 changes 1: 3 with respect to the input Pin. Generally, an intercept point (IP2, I
P3) is widely used. This is expressed as a theoretical power at which the level (power) of the fundamental wave Pout of the output signal and the intermodulation distortion IM2 and IM3 becomes equal, and the larger the value, the better the distortion characteristic.

【0045】図5に示すように、本実施形態の電界効果
トランジスタを用いた場合、IP2が67.2dBm
(出力の電力表示)、IP3が35dBm(出力の電力
表示)と、上記文献1に示すIP2の59.4dBm,
IP3の32.2dBmに対して大きく向上している。
これは、以下の理由によるものと考えられる。
As shown in FIG. 5, when the field-effect transistor of this embodiment is used, IP2 is 67.2 dBm.
(Output power display), IP3 is 35 dBm (output power display), and IP2 shown in Document 1 is 59.4 dBm,
This is a great improvement over 32.2 dBm of IP3.
This is considered to be due to the following reasons.

【0046】従来の文献1に記載されているようなIn
GaAs層を含む動作層を形成する場合、一般的には、
In組成比が0.2程度である。そして、すでに述べた
ように、動作層に用いられたn−GaAs/n−In
0.2 Ga0.8 AsをMBE法(分子線エピタキシ法)に
よりエピタキシャル成長させる場合、MBE法では良好
な結晶性を得るためには、GaAs層は基板温度が58
0℃以上、In0.2 Ga0.8 As層は470℃〜530
℃程度でのエピタキシャル成長が必要である。したがっ
て、n−GaAs/n−InGaAsからなるpseudomo
rphic 構造をエピタキシャル成長するためには、InG
aAs層を成長させた後いったん成長を中断してn−G
aAs層のエピタキシャル成長を行うか、同じ温度でn
−InGaAs層をエピタキシャル成長した後、基板温
度を変えずにそのままn−GaAs層のエピタキシャル
成長を行うしかなかった。そのため、n−GaAs層の
結晶性が悪化していたと考えられる。それに対し、本実
施形態では、動作層を形成する際、第1のn−InGa
As層13aの上に第2のInGaAs層13bを形成
することになるので、MBE装置を用いて470℃〜5
30℃程度の低温において、エピタキシャル成長を連続
して1回で行うことが可能となり、第2のInGaAs
層13bの結晶性が良好となる。その結果、n−InG
aAs層内におけるキャリアの移動度が高いという特性
と相俟って、図5に示すような、極めて小さい相互変調
歪みを実現することができるものと思われる。
As described in the conventional document 1, In
When forming an operation layer including a GaAs layer, generally,
The In composition ratio is about 0.2. Then, as described above, the n-GaAs / n-In used in the operation layer is used.
When 0.2 Ga 0.8 As is epitaxially grown by MBE (molecular beam epitaxy), the GaAs layer must have a substrate temperature of 58 to obtain good crystallinity by MBE.
0 ° C. or more, In 0.2 Ga 0.8 As layer is 470 ° C. to 530
Epitaxial growth at about ° C is required. Therefore, the pseudomo- bility of n-GaAs / n-InGaAs
In order to grow an rphic structure epitaxially, InG
After growing the aAs layer, the growth is interrupted and n-G
The epitaxial growth of the aAs layer is performed or n at the same temperature.
After epitaxial growth of the -InGaAs layer, the only alternative was to perform epitaxial growth of the n-GaAs layer without changing the substrate temperature. Therefore, it is considered that the crystallinity of the n-GaAs layer was deteriorated. In contrast, in the present embodiment, when forming the operation layer, the first n-InGa
Since the second InGaAs layer 13b is formed on the As layer 13a, the second InGaAs layer 13b is formed at 470 ° C.
At a low temperature of about 30 ° C., epitaxial growth can be continuously performed once, and the second InGaAs
The crystallinity of the layer 13b is improved. As a result, n-InG
It is considered that an extremely small intermodulation distortion as shown in FIG. 5 can be realized in combination with the characteristic that the carrier mobility in the aAs layer is high.

【0047】また、図6は、本実施形態の電界効果トラ
ンジスタと、従来のGaAs単層からなる動作層を有す
る電界効果トランジスタの相互インダクタンスgm のゲ
ート電圧依存性を比較して示す図である。同図におい
て、曲線Aはイオン注入法によって形成されたGaAs
単層からなる動作層を有する電界効果トランジスタのg
m 特性、曲線Bは本実施形態による電界効果トランジス
タの特性を示す。同図に示すように、本実施形態の電界
効果トランジスタは、従来のGaAs単層を用いた電界
効果トランジスタに比べ、相互コンダクタンスgm ・ゲ
ート・ソース電圧Vgs間特性が平坦化されている。ま
た、文献1に示される従来のn−GaAs/n−InG
aAs 電界効果トランジスタに比べても、相互コンダ
クタンスgm・ゲート・ソース電圧Vgs間特性のフラッ
トな範囲がやや広くなっている。これは、以下の理由に
よるものと思われる。
FIG. 6 is a diagram showing the gate voltage dependence of the mutual inductance gm of the field effect transistor of the present embodiment and a conventional field effect transistor having an operation layer composed of a single GaAs layer. In the figure, curve A represents GaAs formed by ion implantation.
G of a field-effect transistor having a single-layer operation layer
The m characteristic, curve B, shows the characteristic of the field effect transistor according to the present embodiment. As shown in the figure, the field effect transistor of the present embodiment has a flattened characteristic between the transconductance gm, the gate and the source voltage Vgs, as compared with a conventional field effect transistor using a GaAs single layer. In addition, the conventional n-GaAs / n-InG
The flat range of the characteristic between the transconductance gm, the gate and the source voltage Vgs is slightly wider than that of the aAs field-effect transistor. This seems to be due to the following reasons.

【0048】すなわち、本実施形態の電界効果トランジ
スタを形成する際、n−InGaAs層における珪素
(Si)を用いたドナーの導入は上述のIn組成比とは
まったく独立に制御することができる。したがって、I
nGaAs層のキャリアプロファイル(深さ方向におけ
るキャリア濃度分布)および厚さを最適化することによ
り、相互コンダクタンスgm −ゲート・ソース電圧Vgs
特性の平坦化をより顕著に図ることが可能となる。その
結果、本実施形態のようなチャネル構造を持つ電界効果
トランジスタは、従来例のようなn−GaAs/n−I
nGaAsから構成される動作層を有するものに比べ、
動作層の構造についての設計自由度が高く、極めて良好
な歪み特性を示す。
That is, when forming the field effect transistor of the present embodiment, the introduction of the donor using silicon (Si) into the n-InGaAs layer can be controlled completely independently of the above-mentioned In composition ratio. Therefore, I
By optimizing the carrier profile (carrier concentration distribution in the depth direction) and the thickness of the nGaAs layer, the transconductance gm-gate-source voltage Vgs
It is possible to more remarkably flatten the characteristics. As a result, the field-effect transistor having the channel structure as in the present embodiment has the n-GaAs / n-I
Compared to those having an operation layer composed of nGaAs,
It has a high degree of design freedom for the structure of the operating layer and exhibits extremely good distortion characteristics.

【0049】図7は、本実施形態の電界効果トランジス
タのゲインGainと雑音指数NFとの周波数依存性を
示す図である。同図に示すように、本実施形態では、図
8に示す単独の電界効果トランジスタを配置した単純な
負帰還回路を構成しながら、1GHz以上の帯域内にお
いて、13dBm以上という高い電力利得と、2dBm
以下の低い雑音指数とを実現している。このような高い
電力利得と低い雑音指数をn−GaAs層のみからなる
動作層を備えた電界効果トランジスタで実現しようとす
ると、前述のようなプッシュプル回路等の複雑な回路を
構成せざるを得ない。そのため、回路自体が大型になる
とともに、高価な化合物半導体基板を用いた複数個の電
界効果トランジスタが必要になるので製造コストも増大
する。それに対し、本実施形態では、単一の電界効果ト
ランジスタを配置した負帰還回路によって、高い電力利
得と低い雑音指数を得ることができることがわかる。
FIG. 7 is a graph showing the frequency dependence of the gain Gain and the noise figure NF of the field-effect transistor of this embodiment. As shown in the figure, in the present embodiment, while configuring a simple negative feedback circuit in which the single field-effect transistor shown in FIG. 8 is arranged, a high power gain of 13 dBm or more and a 2 dBm
The following low noise figure is realized. In order to realize such a high power gain and a low noise figure with a field-effect transistor having an operation layer consisting of only an n-GaAs layer, a complicated circuit such as the push-pull circuit described above must be constructed. Absent. Therefore, the circuit itself becomes large, and a plurality of field effect transistors using an expensive compound semiconductor substrate are required, so that the manufacturing cost is also increased. On the other hand, in the present embodiment, it is understood that a high power gain and a low noise figure can be obtained by the negative feedback circuit in which a single field effect transistor is arranged.

【0050】以上のように、本実施形態の電界効果トラ
ンジスタは、ゲインを高く維持しながら、従来の電界効
果トランジスタのでは実現できなかった極めて小さい歪
み特性を有する。このことは、例えばCATVのような
多数のキャリア(搬送波)を同時に増幅する広帯域増幅
器において、図8に示すような簡易な構成で、つまり、
複数の電界効果トランジスタを組み合わせたプッシュプ
ル回路等の複雑な構成をとらなくても、高い電力利得
と、低い雑音指数と、極めて小さい複合相互変調歪み
(CSO、CTB)とを実現できるため、実用上、極め
て大きな価値を有するものである。
As described above, the field effect transistor of the present embodiment has a very small distortion characteristic which cannot be realized by the conventional field effect transistor while maintaining a high gain. This is achieved by a simple configuration as shown in FIG. 8 in a wideband amplifier for simultaneously amplifying a large number of carriers (carriers) such as CATV, that is,
High power gain, low noise figure, and extremely small composite intermodulation distortion (CSO, CTB) can be realized without using a complicated configuration such as a push-pull circuit combining a plurality of field effect transistors. Moreover, it is of great value.

【0051】なお、GaAs基板の結晶成長時にInを
ごく少量(0.1〜0.4 mol%)添加することによ
り、結晶欠陥(EPD)や転位を著しく低減、または電
子移動度、比電気抵抗率の著しい均一化を図ることがで
きることは、例えば文献(GaAs IC Symposium, 19
84, pp.49〜52 )に記載されている。これはIn原子が
結晶成長時に発生する転移を埋める働きがあるためとい
われているが、MBE装置によるエピタキシャル成長に
おいてもこれと同様の効果が得られる。したがって、本
発明によって得られた電界トランジスタの極めて低い雑
音特性には、同文献に示すInの添加による結晶欠陥や
転移の低減効果も寄与しているものと思われる。
By adding a very small amount (0.1 to 0.4 mol%) of In at the time of crystal growth of a GaAs substrate, crystal defects (EPD) and dislocations are significantly reduced, or the electron mobility and the specific electric resistance are reduced. The fact that the rate can be remarkably uniformed is described, for example, in the literature (GaAs IC Symposium, 19
84, pp. 49-52). It is said that this is because the In atoms have a function of filling the transition generated during the crystal growth, but the same effect can be obtained also in the epitaxial growth using the MBE apparatus. Therefore, it is considered that the extremely low noise characteristic of the electric field transistor obtained by the present invention also contributes to the effect of reducing crystal defects and dislocation caused by the addition of In shown in the document.

【0052】(第2の実施形態)図2は、第2の実施形
態を示す図で、本発明による電界効果トランジスタの断
面図である。図2において、21は半絶縁性GaAs基
板、22はバッファ層としての膜厚が700nmのUndo
pe−GaAs層を示す。23aは、キャリア濃度が8×
1017cm-3,膜厚が10nm,In組成比が0.2で
ある第1のn−InGaAs層を示す。23bは、キャ
リア濃度が5×1017cm-3,膜厚が30nm,In組
成比が0.1である第2のn−InGaAs層を示す。
23cは、キャリア濃度が2×1017cm-3,膜厚が3
0nm,In組成比が0.02である第3のn−InG
aAs層を示す。上記第1のInGaAs層23aと、
第2のInGaAs層23bと第3のInGaAs層2
3cとにより動作層が構成されている。また、25はコ
ンタクト層としてのキャリア濃度が約4×1018
-3,膜厚が50nmのn+ 型GaAs層、26はゲー
ト電極、27はソース電極、28はドレイン電極を示
す。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment and is a cross-sectional view of a field effect transistor according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a semi-insulating GaAs substrate, and reference numeral 22 denotes an undoped film having a thickness of 700 nm as a buffer layer.
4 shows a pe-GaAs layer. 23a has a carrier concentration of 8 ×
This shows a first n-InGaAs layer having 10 17 cm -3 , a thickness of 10 nm, and an In composition ratio of 0.2. Reference numeral 23b denotes a second n-InGaAs layer having a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 , a thickness of 30 nm, and an In composition ratio of 0.1.
23c has a carrier concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a film thickness of 3
0 nm, third n-InG having an In composition ratio of 0.02
4 shows an aAs layer. The first InGaAs layer 23a,
The second InGaAs layer 23b and the third InGaAs layer 2
3c constitutes an operation layer. 25 has a carrier concentration of about 4 × 10 18 c as a contact layer.
An n + -type GaAs layer having a thickness of m −3 and a thickness of 50 nm, 26 is a gate electrode, 27 is a source electrode, and 28 is a drain electrode.

【0053】本実施形態の電界効果トランジスタの特徴
は、In組成比が0.2の第1のn−InGaAs層2
3aと、In組成比が0.1の第2のn−InGaAs
層23bと、In組成比が0.02の第3のn−InG
aAs層23cとの3層を動作層として備えている点に
ある。
The feature of the field-effect transistor of this embodiment is that the first n-InGaAs layer 2 having an In composition ratio of 0.2
3a and a second n-InGaAs having an In composition ratio of 0.1
A layer 23b and a third n-InG layer having an In composition ratio of 0.02.
The point is that three layers including the aAs layer 23c are provided as operation layers.

【0054】本実施形態では、動作層を構成する3つの
n−InGaAs層のIn組成比が上方に向かうにつれ
て小さくなるように構成されているので、動作層の形成
に際し、上記従来の電界効果トランジスタの動作層にお
けるよりも各n−InGaAs層の結晶性をより良好に
できる。
In the present embodiment, since the In composition ratio of the three n-InGaAs layers constituting the operation layer becomes smaller as going upward, the conventional field effect transistor is formed when the operation layer is formed. The crystallinity of each n-InGaAs layer can be made better than in the operation layer of (1).

【0055】(第3の実施形態)図3は、第3の実施形
態の電界効果トランジスタの断面図である。図3におい
て、31は半絶縁性GaAs基板、32はバッファ層と
しての膜厚が700nmのUndope−GaAs層を示す。
33aは、キャリア濃度が8×1017cm-3,膜厚が1
0nm,In組成比が0.2である第1のn−InGa
As層を示す。33bは、キャリア濃度が4×1017
-3,膜厚が30nm,In組成比が基板表面に向かっ
て0.2から0.01まで連続的に変化している第2の
n−InGaAs層を示す。上記第1のn−InGaA
s層33aと第2のn−InGaAs層33abとによ
り、動作層が構成されている。また、35はコンタクト
層としてのキャリア濃度が約4×1018cm-3,膜厚が
50nmのn+ 型GaAs層、36はゲート電極、37
はソース電極、38はドレイン電極を示す。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a sectional view of a field effect transistor according to a third embodiment. 3, reference numeral 31 denotes a semi-insulating GaAs substrate, and 32 denotes an Undope-GaAs layer having a thickness of 700 nm as a buffer layer.
33a has a carrier concentration of 8 × 10 17 cm −3 and a thickness of 1
0 nm, the first n-InGa having an In composition ratio of 0.2
4 shows an As layer. 33b has a carrier concentration of 4 × 10 17 c
The second n-InGaAs layer has an m −3 , a thickness of 30 nm, and an In composition ratio continuously changing from 0.2 to 0.01 toward the substrate surface. The above first n-InGaAs
The s layer 33a and the second n-InGaAs layer 33ab constitute an operation layer. Reference numeral 35 denotes an n + -type GaAs layer having a carrier concentration of about 4 × 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm as a contact layer; 36, a gate electrode;
Denotes a source electrode and 38 denotes a drain electrode.

【0056】本実施形態の電界効果トランジスタの特徴
は、In組成比が0.2の第1のn−InGaAs層3
3aと、In組成比が基板表面に向かって0.2から
0.01まで連続的に変化している第2のn−InGa
As層33bとを動作層として備えている点にある。
The feature of the field-effect transistor of this embodiment is that the first n-InGaAs layer 3 having an In composition ratio of 0.2 is used.
3a and a second n-InGa in which the In composition ratio continuously changes from 0.2 to 0.01 toward the substrate surface.
An As layer 33b is provided as an operation layer.

【0057】本実施形態では、動作層を構成する2つの
n−InGaAs層のうち、上方の第2のn−InGa
As層33bのIn組成比が上方に向かうにつれて連続
的に小さくなるように構成されているので、動作層の形
成に際し、上記従来の電界効果トランジスタの動作層に
おけるよりも各n−InGaAs層の結晶性をより良好
にできる。
In this embodiment, of the two n-InGaAs layers forming the operation layer, the upper second n-InGa
Since the In composition ratio of the As layer 33b is configured to decrease continuously as going upward, the crystal of each n-InGaAs layer is formed more in the formation of the operation layer than in the operation layer of the conventional field effect transistor. Properties can be improved.

【0058】なお、MBE法によって第2のn−InG
aAs層33b中のIn組成比を連続的に変化させるの
は容易に行うことができ、そのことによって電界効果ト
ランジスタの特性の悪化を招くことはない。ただし、第
2のn−InGaAs層33b中のIn組成比の最大値
が第1のn−InGaAs層33a中のIn組成比より
も小さいことが望ましい。
Note that the second n-InG
It is easy to continuously change the In composition ratio in the aAs layer 33b, which does not cause deterioration of the characteristics of the field effect transistor. However, it is desirable that the maximum value of the In composition ratio in the second n-InGaAs layer 33b is smaller than the In composition ratio in the first n-InGaAs layer 33a.

【0059】(第4の実施形態)図4は、第4の実施形
態の電界効果トランジスタの断面図である。図4におい
て、41は半絶縁性GaAs基板、42はバッファ層と
しての膜厚が700nmのUndope−GaAs層を示す。
43はキャリア濃度が8×1017cm-3,膜厚が30n
m,In組成比が基板表面に向かって0.2から0.0
1まで変化しているn−InGaAs層を示す。このn
−InGaAs層43により動作層が構成されている。
また、45はコンタクト層としてのキャリア濃度が約4
×1018cm-3,膜厚が50nmのn+ 型GaAs層、
46はゲート電極、47はソース電極、48はドレイン
電極である。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a sectional view of a field effect transistor according to a fourth embodiment. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a semi-insulating GaAs substrate, and reference numeral 42 denotes an Undope-GaAs layer having a thickness of 700 nm as a buffer layer.
43 has a carrier concentration of 8 × 10 17 cm −3 and a film thickness of 30 n
m, In composition ratio from 0.2 to 0.0 toward the substrate surface
1 shows an n-InGaAs layer changing to 1. This n
The -InGaAs layer 43 constitutes an operation layer.
Reference numeral 45 denotes a carrier concentration of about 4 as a contact layer.
An n + -type GaAs layer of × 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm;
46 is a gate electrode, 47 is a source electrode, and 48 is a drain electrode.

【0060】本実施形態の電界効果トランジスタの特徴
は、In組成比が基板表面に向かって0.2から0.0
1まで連続的に変化しているn−InGaAs層43a
を動作層として備えている点にある。
The feature of the field effect transistor of this embodiment is that the In composition ratio is 0.2 to 0.0 toward the substrate surface.
N-InGaAs layer 43a continuously changing to 1
Is provided as an operation layer.

【0061】本実施形態では、動作層が1つのn−In
GaAs層43で構成され、このn−InGaAs層4
3bのIn組成比が上方に向かうにつれて連続的に小さ
くなるように構成されているので、動作層の形成に際
し、上記従来の電界効果トランジスタの動作層における
よりもn−InGaAs層の結晶性をより良好にでき
る。したがって、簡素な構成でありながら、上記第1の
実施形態の効果を発揮することができる。
In this embodiment, the operation layer is composed of one n-In
The n-InGaAs layer 4 includes a GaAs layer 43.
Since the In composition ratio of 3b is configured to decrease continuously as it goes upward, the crystallinity of the n-InGaAs layer is more improved in forming the operation layer than in the operation layer of the conventional field-effect transistor. Can be good. Therefore, the effects of the first embodiment can be exhibited with a simple configuration.

【0062】(第5の実施形態)第5の実施形態に係る
電界効果トランジスタの構造の図示は省略するが、上記
図1に示す第1〜第4の実施形態におけるゲート電極1
6〜46の長辺に平行な方向、つまり図13で定義され
るゲート方位を[010]方向または[001]方向に
したものである。
(Fifth Embodiment) Although the illustration of the structure of the field effect transistor according to the fifth embodiment is omitted, the gate electrode 1 in the first to fourth embodiments shown in FIG.
The direction parallel to the long sides of Nos. 6 to 46, that is, the gate orientation defined in FIG. 13 is the [010] direction or the [001] direction.

【0063】図9は、第5の実施形態における電界効果
トランジスタの歪み特性のドレイン電流依存性を示す図
である。同図において、横軸は電界効果トランジスタの
ドレイン電流Idsを、縦軸は相互変調歪みの一種である
IP2を示している。ここで、絶縁膜(パッシベーショ
ン膜)の応力は Compressive(圧縮)である。
FIG. 9 is a diagram showing the drain current dependence of the distortion characteristics of the field effect transistor according to the fifth embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates the drain current Ids of the field effect transistor, and the vertical axis indicates IP2 which is a kind of intermodulation distortion. Here, the stress of the insulating film (passivation film) is Compressive.

【0064】同図から明らかなように、従来のように電
界効果トランジスタのゲート方位を[011]方向又は
[01]方向にした場合、ピエゾ効果によって電界効
果トランジスタの電気特性(Vgs−Ids特性など)が変
動し、IP2のピークを与えるドレイン電流Idsが移動
している様子がわかる。これに対し、本実施形態のごと
く電界効果トランジスタのゲート方位を[010]方向
または[001]方向にした場合、ピエゾ効果の影響を
受けないためにIP2のピークを与えるドレイン電流I
dsは変動せず、再現性良く良好な歪み特性を示すことが
わかる。すなわち、本発明によれば極めて良好な歪み特
性を示す電界効果トランジスタを再現性良く製造するこ
とが可能となる。
As is clear from FIG. 6, when the gate direction of the field effect transistor is set to the [011] direction or the [01 1 ] direction as in the conventional case, the electric characteristics (Vgs-Ids characteristics) of the field effect transistor are caused by the piezo effect. It can be seen that the drain current Ids giving the peak of IP2 moves. On the other hand, when the gate direction of the field effect transistor is set to the [010] direction or the [001] direction as in the present embodiment, the drain current I which gives the peak of IP2 is not affected by the piezo effect.
It can be seen that ds does not change and shows good distortion characteristics with good reproducibility. That is, according to the present invention, it is possible to manufacture a field-effect transistor exhibiting extremely good distortion characteristics with good reproducibility.

【0065】上記各実施形態において、n−InGaA
s層のIn組成は0.2以下であるとしたが、本発明は
かかる範囲に限定されるものではない。GaAsによっ
て構成されるバッファ層の上にn−InGaAs層を形
成する際、n−InGaAs層の臨界膜厚を動作電流が
高速で流れうる程度に大きく確保する必要があるので、
n−InGaAs層のIn組成は0.25以下であるこ
とが好ましい。
In each of the above embodiments, n-InGaAs
Although the In composition of the s layer is 0.2 or less, the present invention is not limited to this range. When forming an n-InGaAs layer on a buffer layer composed of GaAs, it is necessary to ensure a critical film thickness of the n-InGaAs layer large enough to allow an operating current to flow at high speed.
It is preferable that the In composition of the n-InGaAs layer is 0.25 or less.

【0066】一方、n−InGaAs層のIn組成比
は、0.01以上であることが好ましい。これ以下のI
n組成比になると、MBE法によるn−InGaAs層
のエピタキシャル成長が円滑に行われないおそれがある
ことによる。
On the other hand, the In composition ratio of the n-InGaAs layer is preferably 0.01 or more. I below
When the n composition ratio is reached, the epitaxial growth of the n-InGaAs layer by the MBE method may not be performed smoothly.

【0067】また、実施形態では(100)主表面のG
aAs基板を用いて説明したが、ピエゾ効果の影響を受
けない他の基板主表面とゲート方位の組み合わせについ
ても有効であることはいうまでもない。このような構成
をとることにより、GaAs基板と絶縁膜との応力に起
因するピエゾ効果による電界効果トランジスタの電気特
性変動が無くなるために、極めて良好な歪み特性を示す
電界効果トランジスタを極めて再現性良く製造すること
が可能となる。
In the embodiment, the G of the (100) main surface is
Although the description has been given using the aAs substrate, it is needless to say that other combinations of the main surface of the substrate and the gate orientation which are not affected by the piezo effect are also effective. By adopting such a structure, electric characteristics of the field-effect transistor due to the piezo effect caused by the stress between the GaAs substrate and the insulating film are eliminated, so that a field-effect transistor exhibiting extremely good distortion characteristics can be reproducibly obtained. It can be manufactured.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜8の電
界効果トランジスタによると、動作層を第1のInGa
As層とその上のそれよりも小さいIn組成比を有する
第2のInGaAs層とからなる動作層を設けたので、
簡易な方法で、電界効果トランジスタの動作層の結晶性
やエピタキシャル成長時の煩雑な作業性を著しく改善す
ることができると同時に、従来の電界効果トランジスタ
では実現できない高周波特性、すなわち、極めて良好な
歪み特性,極めて低い雑音特性,より高い周波数での動
作などの優れた特徴を発揮することができる。
As described above, according to the field effect transistors of the first to eighth aspects, the operation layer is formed of the first InGa
Since an operation layer including an As layer and a second InGaAs layer having an In composition ratio smaller than that of the As layer is provided,
With a simple method, the crystallinity of the active layer of the field effect transistor and the complicated workability during epitaxial growth can be remarkably improved, and at the same time, high frequency characteristics that cannot be realized by the conventional field effect transistor, that is, extremely good distortion characteristics And excellent characteristics such as extremely low noise characteristics and operation at higher frequencies.

【0069】また、請求項9,10によると、請求項1
〜8の構成に加えて、ゲート方位を[001]方向又は
[010]方向にしたので、絶縁膜などの応力に起因す
るピエゾ効果の影響を受けないため、極めて再現性良く
良好な歪み特性を示す電界効果トランジスタを製造する
ことが可能となる。
According to the ninth and tenth aspects, according to the first aspect,
In addition to the configurations described above, the gate orientation is set to the [001] direction or the [010] direction, so that it is not affected by the piezo effect caused by the stress of the insulating film or the like, so that excellent distortion characteristics can be obtained with excellent reproducibility. The field effect transistor shown can be manufactured.

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

【図1】第1の実施形態に係る電界効果トランジスタの
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a field-effect transistor according to a first embodiment.

【図2】第2の実施形態に係る電界効果トランジスタの
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a field-effect transistor according to a second embodiment.

【図3】第3の実施形態に係る電界効果トランジスタの
断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a field-effect transistor according to a third embodiment.

【図4】第4の実施形態に係る電界効果トランジスタの
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a field-effect transistor according to a fourth embodiment.

【図5】第1の実施形態に係る電界効果トランジスタの
歪み特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating distortion characteristics of the field-effect transistor according to the first embodiment.

【図6】第1の実施形態に係る電界効果トランジスタと
従来のGaAs単層構造を有する電界効果トランジスタ
の相互コンダクタンスgm のゲート電圧依存性を比較し
て示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a comparison of the gate voltage dependence of the transconductance gm of the field effect transistor according to the first embodiment and a conventional field effect transistor having a GaAs single layer structure.

【図7】第1の実施形態に係る電界効果トランジスタの
電力利得と雑音指数とを示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a power gain and a noise figure of the field-effect transistor according to the first embodiment.

【図8】図5〜図7に示すデータを得るために構成した
負帰還回路の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a negative feedback circuit configured to obtain the data shown in FIGS. 5 to 7;

【図9】第5の実施形態に係る電界効果トランジスタ及
び従来の電界効果トランジスタにおけるゲート方位に対
するIP2のドレイン電流依存特性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a drain current dependence characteristic of IP2 with respect to a gate direction in the field-effect transistor according to the fifth embodiment and a conventional field-effect transistor.

【図10】従来のn−InGaAs/n−GaAs電界
効果トランジスタの断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional n-InGaAs / n-GaAs field-effect transistor.

【図11】従来の電界効果トランジスタの歪み特性を示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing distortion characteristics of a conventional field-effect transistor.

【図12】従来の電界効果トランジスタの相互コンダク
タンスgm のゲート電圧依存性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the gate voltage dependence of the transconductance gm of a conventional field effect transistor.

【図13】ウエハの各部における結晶方位に対して、電
界効果トランジスタのゲート方位との関係を定義するた
めの図である。
FIG. 13 is a diagram for defining the relationship between the crystal orientation in each part of the wafer and the gate orientation of the field-effect transistor.

【図14】一般的な絶縁膜の膜厚と電界効果トランジス
タのしきい値電圧の変動の関係を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a thickness of a general insulating film and a change in threshold voltage of a field-effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半絶縁性GaAs基板 12 バッファ層 13a 第1のn−InGaAs層 13b 第2のn−InGaAs層 15 n+ 型GaAs層 16 ゲート電極 17 ソース電極 18 ドレイン電極 21 半絶縁性GaAs基板 22 バッファ層 23a 第1のn−InGaAs層 23b 第2のn−InGaAs層 23c 第3のn−InGaAs層 25 n+ 型GaAs層 26 ゲート電極 27 ソース電極 28 ドレイン電極 31 半絶縁性GaAs基板 32 バッファ層 33a 第1のn−InGaAs層 33b 第2のn−InGaAs層 35 n+ 型GaAs層 36 ゲート電極 37 ソース電極 38 ドレイン電極 41 半絶縁性GaAs基板 42 バッファ層 43 n−InGaAs層 45 n+ 型GaAs層 46 ゲート電極 47 ソース電極 48 ドレイン電極Reference Signs List 11 semi-insulating GaAs substrate 12 buffer layer 13a first n-InGaAs layer 13b second n-InGaAs layer 15 n + type GaAs layer 16 gate electrode 17 source electrode 18 drain electrode 21 semi-insulating GaAs substrate 22 buffer layer 23a First n-InGaAs layer 23b Second n-InGaAs layer 23c Third n-InGaAs layer 25 n + -type GaAs layer 26 Gate electrode 27 Source electrode 28 Drain electrode 31 Semi-insulating GaAs substrate 32 Buffer layer 33a First N-InGaAs layer 33b Second n-InGaAs layer 35 n + -type GaAs layer 36 gate electrode 37 source electrode 38 drain electrode 41 semi-insulating GaAs substrate 42 buffer layer 43 n-InGaAs layer 45 n + -type GaAs layer 46 gate Electrode 47 Source electrode 48 Drain electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 上記基板の上にエピタキシャル成長により形成されたバ
ッファ層と、 上記バッファ層の上に形成され動作電流が流通可能な動
作層と、 上記動作層の上方に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極の両側方に位置する上記基板上に形成さ
れ、上記動作層の両端に接続されるソース・ドレインと
を備え、 上記動作層は、 上記バッファ層の上に形成され、In組成比がa(0<
a<1)であるn−Ina Ga1-a As層と、 上記n−Ina Ga1-a As層の上に形成され、In組
成比がb(0<b<a)であるn−Inb Ga1-b As
層とにより構成されていることを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。
1. A substrate, a buffer layer formed on the substrate by epitaxial growth, an operation layer formed on the buffer layer, through which an operation current can flow, and a gate formed above the operation layer An electrode, and a source / drain formed on the substrate located on both sides of the gate electrode and connected to both ends of the operation layer, wherein the operation layer is formed on the buffer layer, When the composition ratio is a (0 <
a and n-In a Ga 1-a As layer is <1) is formed on the n-In a Ga 1-a As layer, In composition ratio is b (0 <b <a) n -In b Ga 1-b As
A field-effect transistor, comprising:
【請求項2】 請求項1記載の電界効果トランジスタに
おいて、 上記n−Ina Ga1-a As層のIn組成比aは、0.
01以上であり、 上記n−Inb Ga1-b As層のIn組成比bは、0.
25以下であることを特徴とする電界効果トランジス
タ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the n-In a Ga 1 -a As layer has an In composition ratio a of 0.
01 or more, and the In composition ratio b of the n-In b Ga 1-b As layer is 0.1.
A field effect transistor having a size of 25 or less.
【請求項3】 半絶縁性GaAs基板と、 上記半絶縁性GaAs基板の上にエピタキシャル成長に
より形成されたバッファ層と、 上記バッファ層の上に形成され動作電流が流通可能な動
作層と、 上記動作層の上方に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極の両側方に位置する上記半絶縁性GaA
s基板上に形成され、上記動作層の両端に接続されるソ
ース・ドレインとを備え、 上記動作層は3層以上のn−Inx Ga1-x As層によ
り構成されており、各n−Inx Ga1-x As層の各I
n組成比x(0<x<1)は、上方に位置するn−In
x Ga1-x As層ほど小さくなるように互いに異なって
いることを特徴とする電界効果トランジスタ。
3. A semi-insulating GaAs substrate, a buffer layer formed on the semi-insulating GaAs substrate by epitaxial growth, an operating layer formed on the buffer layer, through which an operating current can flow, and A gate electrode formed above the layer; and the semi-insulating GaAs positioned on both sides of the gate electrode.
a source / drain formed on the s substrate and connected to both ends of the operation layer, wherein the operation layer is composed of three or more n-In x Ga 1-x As layers; Each I of the In x Ga 1-x As layer
The n composition ratio x (0 <x <1) is determined by the n-In
A field-effect transistor characterized in that x Ga 1 -x As layers are different from each other so as to be smaller.
【請求項4】 請求項3記載の電界効果トランジスタに
おいて、 上記各n−Inx Ga1-x As層のIn組成比xは、
0.01以上0.25以下であることを特徴とする電界
効果トランジスタ。
4. The field effect transistor according to claim 3, wherein the In composition ratio x of each of the n-In x Ga 1 -x As layers is:
A field effect transistor having a value of 0.01 or more and 0.25 or less.
【請求項5】 基板と、 上記基板の上にエピタキシャル成長により形成されたバ
ッファ層と、 上記バッファ層の上に形成され動作電流が流通可能な動
作層と、 上記動作層の上方に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極の両側方に位置する上記基板上に形成さ
れ、上記動作層の両端に接続されるソース・ドレインと
を備え、 上記動作層は、 上記バッファ層の上に形成され、In組成比がa(0<
a<1)であるn−Ina Ga1-a As層と、 上記n−Ina Ga1-a As層の上に形成され、In組
成比x(0<x<a)が上方に向って連続的に小さくな
るように変化するn−Inx Ga1-x As層とにより構
成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
5. A substrate, a buffer layer formed on the substrate by epitaxial growth, an operation layer formed on the buffer layer, through which an operation current can flow, and a gate formed above the operation layer. An electrode, and a source / drain formed on the substrate located on both sides of the gate electrode and connected to both ends of the operation layer, wherein the operation layer is formed on the buffer layer, When the composition ratio is a (0 <
a and n-In a Ga 1-a As layer is <1) is formed on the n-In a Ga 1-a As layer, In composition ratio x (0 <x <a) is upwards And an n-In x Ga 1 -x As layer that changes so as to be continuously smaller.
【請求項6】 請求項5記載の電界効果トランジスタに
おいて、 上記n−Ina Ga1-a As層のIn組成比aは、0.
01以上であり、 上記n−Inx Ga1-x As層のIn組成比xは、0.
25以下であることを特徴とする電界効果トランジス
タ。
6. The field effect transistor according to claim 5, wherein the n-In a Ga 1 -a As layer has an In composition ratio a of 0.
And at 01 or more, the n-In x Ga 1-x As layer of the In composition ratio x is 0.
A field effect transistor having a size of 25 or less.
【請求項7】 半絶縁性GaAs基板と、 上記半絶縁性GaAs基板の上にエピタキシャル成長に
より形成されたバッファ層と、 上記バッファ層の上に形成され動作電流が流通可能な動
作層と、 上記動作層の上方に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極の両側方に位置する上記半絶縁性GaA
s基板上に形成され、上記動作層の両端に接続されるソ
ース・ドレインとを備え、 上記動作層は、In組成比x(0<x<1)が上方に向
って連続的に小さくなるように変化するn−Inx Ga
1-x As層により構成されていることを特徴とする電界
効果トランジスタ。
7. A semi-insulating GaAs substrate, a buffer layer formed on the semi-insulating GaAs substrate by epitaxial growth, an operating layer formed on the buffer layer, through which an operating current can flow, and A gate electrode formed above the layer; and the semi-insulating GaAs positioned on both sides of the gate electrode.
a source / drain formed on the s substrate and connected to both ends of the operation layer, wherein the operation layer has an In composition ratio x (0 <x <1) continuously decreasing upward. N-In x Ga
A field effect transistor comprising a 1-x As layer.
【請求項8】 請求項7記載の電界効果トランジスタに
おいて、 上記n−Inx Ga1-x As層のIn組成比は、0.0
1以上で0.25以下であることを特徴とする電界効果
トランジスタ。
8. The field effect transistor according to claim 7, wherein the n-In x Ga 1 -xAs layer has an In composition ratio of 0.0
A field effect transistor, wherein the number is 1 or more and 0.25 or less.
【請求項9】 請求項1,2,3,4,5,6,7又は
8記載の電界効果トランジスタにおいて、 上記動作層における上記基板の上面に平行な面は(10
0)面であり、 上記動作層における動作電流の流れる方向は[010]
方向又は[001]であることを特徴とする電界効果ト
ランジスタ。
9. The field effect transistor according to claim 1, wherein a plane parallel to the upper surface of the substrate in the operation layer is (10).
0), and the direction in which the operation current flows in the operation layer is [010].
The field effect transistor, wherein the direction is [001].
【請求項10】 請求項9記載の電界効果トランジスタ
において、 上記ゲート電極の横断面形状は、長辺と短辺とからなる
矩形であり、 上記ゲート電極の長辺は、上記動作層における動作電流
が流れる方向と直交していることを特徴とする電界効果
トランジスタ。
10. The field effect transistor according to claim 9, wherein a cross-sectional shape of the gate electrode is a rectangle including a long side and a short side, and the long side of the gate electrode is an operating current in the operation layer. A field-effect transistor, which is orthogonal to the direction in which the current flows.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101964363A (en) * 2010-08-06 2011-02-02 电子科技大学 Metal-semiconductor field effect transistor with stepped buffer layer structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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