JPS58147163A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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- JPS58147163A JPS58147163A JP2889982A JP2889982A JPS58147163A JP S58147163 A JPS58147163 A JP S58147163A JP 2889982 A JP2889982 A JP 2889982A JP 2889982 A JP2889982 A JP 2889982A JP S58147163 A JPS58147163 A JP S58147163A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、 −
一高周波増幅器用の電界効果トランジスタに関する。
高周波用のトランジスタとして例えばガリウム砒素ショ
ットキ型電界効果トランジスfi GaAsMB8FI
CTは、広く知られているものである。第1図に従来の
高周波用(1aAsME8FBTの素子断面図例を示す
。この図例のME8FETは、半絶縁性高比抵抗基板上
09に例えば気相成長によりN型動作層領域Iを設け、
この表面にオーム性電極Qll、(inを形成してソー
ス領域及びドレイン領域とし、ソーース領域及びドレイ
ン領域に挾まれたチャネル領域にショットキ型ゲート電
極aつを形成したものである。
ットキ型電界効果トランジスfi GaAsMB8FI
CTは、広く知られているものである。第1図に従来の
高周波用(1aAsME8FBTの素子断面図例を示す
。この図例のME8FETは、半絶縁性高比抵抗基板上
09に例えば気相成長によりN型動作層領域Iを設け、
この表面にオーム性電極Qll、(inを形成してソー
ス領域及びドレイン領域とし、ソーース領域及びドレイ
ン領域に挾まれたチャネル領域にショットキ型ゲート電
極aつを形成したものである。
第2図に第1図の様な構造を持つゲート幅600μ罵の
MB8FETの高周波入出力特性例Ql)を示す。
MB8FETの高周波入出力特性例Ql)を示す。
入力電力レベルが低い領域では入出力特性は直線性を示
し、入力電力が5dBm程度からは直線からはずれ始め
、入力電力を更に増加すると直線性からの逸脱が激しく
なり、ついには出力が飽和して、入力電力が16 dB
mの時に電力利得がOdBとなってしまう。図で点MC
AはOdBラインである。同図に併示したゲート整流電
流(2)は入力電力が10dBm程度から流れ始め、入
力電力が16 dBmの時には20011人にも達する
。第2図の出力飽和が起こる原因をMg8FETの電流
電圧特性を用いて以下に説明する。いi第3図にこのM
g8FETの電流電圧特性、直流バイアス点及び負荷直
線を示す。第2図で昼周波入出力特・性が直線性を示し
ている領域は、第3図の直流バイアス点Cl1lからW
流電圧振幅が9荷直線に沿って小さな動きをしている場
合に対応する。電流電圧振幅が負荷直線上の点A1Bを
越えるあたりから非線型性が現われ始め、ClD点に達
するとゲートに順方向の整流電流が流れ始める。この段
階中出力はかなり飽和した状態となる。入力レベルが更
に大きくなると、この順方向の整流電流は指数関数的に
増加することになり、ついには出力が飽和し電力利得が
OdBとなる。
し、入力電力が5dBm程度からは直線からはずれ始め
、入力電力を更に増加すると直線性からの逸脱が激しく
なり、ついには出力が飽和して、入力電力が16 dB
mの時に電力利得がOdBとなってしまう。図で点MC
AはOdBラインである。同図に併示したゲート整流電
流(2)は入力電力が10dBm程度から流れ始め、入
力電力が16 dBmの時には20011人にも達する
。第2図の出力飽和が起こる原因をMg8FETの電流
電圧特性を用いて以下に説明する。いi第3図にこのM
g8FETの電流電圧特性、直流バイアス点及び負荷直
線を示す。第2図で昼周波入出力特・性が直線性を示し
ている領域は、第3図の直流バイアス点Cl1lからW
流電圧振幅が9荷直線に沿って小さな動きをしている場
合に対応する。電流電圧振幅が負荷直線上の点A1Bを
越えるあたりから非線型性が現われ始め、ClD点に達
するとゲートに順方向の整流電流が流れ始める。この段
階中出力はかなり飽和した状態となる。入力レベルが更
に大きくなると、この順方向の整流電流は指数関数的に
増加することになり、ついには出力が飽和し電力利得が
OdBとなる。
第2図に示したMg8FETの出力飽和の現象を利用し
たものの一つK ’) iティング増幅器がある。
たものの一つK ’) iティング増幅器がある。
通常リミテイング増幅器は広いダイナミックレンジが要
求される為、Mg8FETを多段縦続接続して使うこと
がしばしば行なわれる。第4図は六段構成のりミテイン
グ増幅器の高周波入出力特性例である。入力電力が−3
0dBm程度から出力が飽和し始め、ダイナミックレン
ジは約40dBであり、広い入力レベルにわたって出力
がきれいに飽和している。
求される為、Mg8FETを多段縦続接続して使うこと
がしばしば行なわれる。第4図は六段構成のりミテイン
グ増幅器の高周波入出力特性例である。入力電力が−3
0dBm程度から出力が飽和し始め、ダイナミックレン
ジは約40dBであり、広い入力レベルにわたって出力
がきれいに飽和している。
しかし従来のGaAsMg8PETでは第2図に示した
様に出力が飽和し始めると同時にゲートに順方向整流電
流が流れ始めるため、ゲート電極金属がエレクトロ・マ
イグレーションを起こし易くなり、長時間使用する場合
、信頼性上問題を生じる。第5図に高周波入力を16
dBm (利得がほぼ0dB)とじ九場合及び高周波入
力なしの場合について高温通電加速劣化試験を行った結
果を縦軸に平均故障時間MTTFを、横軸に温度の逆数
をとって直繰62及び6υに示す。高周波入力を加えた
場合寿命が約二桁短くなっていることがわかる。100
℃に於ける推定寿命は、高周波人力を加えていない場合
約340万時間であるのに対し、高周波入力を加えた場
合約17000時間でしかない。
様に出力が飽和し始めると同時にゲートに順方向整流電
流が流れ始めるため、ゲート電極金属がエレクトロ・マ
イグレーションを起こし易くなり、長時間使用する場合
、信頼性上問題を生じる。第5図に高周波入力を16
dBm (利得がほぼ0dB)とじ九場合及び高周波入
力なしの場合について高温通電加速劣化試験を行った結
果を縦軸に平均故障時間MTTFを、横軸に温度の逆数
をとって直繰62及び6υに示す。高周波入力を加えた
場合寿命が約二桁短くなっていることがわかる。100
℃に於ける推定寿命は、高周波人力を加えていない場合
約340万時間であるのに対し、高周波入力を加えた場
合約17000時間でしかない。
つま妙出力飽和状態での寿命は約2年ということになる
。出力飽和とゲートの順方向整流電流は本質的に同根の
問題であり、このよう々従来のMg5FET素子構造で
は、出力飽和時のゲートの順方向整流電流を防ぐことは
できない。
。出力飽和とゲートの順方向整流電流は本質的に同根の
問題であり、このよう々従来のMg5FET素子構造で
は、出力飽和時のゲートの順方向整流電流を防ぐことは
できない。
この発明は上記の欠点を除去するもので、出力飽和を起
こして本ゲートに順方向整流電流が流れることを防止し
、高信頼性を有する電界効果トランジスタを提供するに
ある。
こして本ゲートに順方向整流電流が流れることを防止し
、高信頼性を有する電界効果トランジスタを提供するに
ある。
即ちこの発明は、高比抵抗半導体基板上に低比抵抗の動
作層とこの動作層上に設けられたソース、ゲート及びド
レイン領域を備え、ソース領域とゲート領域に挾まれた
チャネル領域及びゲート領域とドレイン領域に挾まれた
チャネル領域の少くとも一方の領域に、表面側から動作
層深さの中程まで高比抵抗領域が設けられである電界効
果トランジスタにある。
作層とこの動作層上に設けられたソース、ゲート及びド
レイン領域を備え、ソース領域とゲート領域に挾まれた
チャネル領域及びゲート領域とドレイン領域に挾まれた
チャネル領域の少くとも一方の領域に、表面側から動作
層深さの中程まで高比抵抗領域が設けられである電界効
果トランジスタにある。
以下にこの発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第6図はこの発明を適用したGaAs MB 8 F
gTの断面図である。第6図が第1図と相異している点
は、ソース領域とゲート領域に挾まれたチャネル領域、
及びゲート領域とドレイン領域とに挾まれたチャネル領
域に表面側から動作層の中程号で高比抵抗領域(1eを
備えている点である。高比抵抗領域αeけ例えばフォト
レジストをiスフとして例えば酸素を選択的にイオン注
入して形成してよい。酸素をイオン注入すると動作層a
4J中のキャリアが消え、見かけ上高比抵抗領域が形成
できるのである。
gTの断面図である。第6図が第1図と相異している点
は、ソース領域とゲート領域に挾まれたチャネル領域、
及びゲート領域とドレイン領域とに挾まれたチャネル領
域に表面側から動作層の中程号で高比抵抗領域(1eを
備えている点である。高比抵抗領域αeけ例えばフォト
レジストをiスフとして例えば酸素を選択的にイオン注
入して形成してよい。酸素をイオン注入すると動作層a
4J中のキャリアが消え、見かけ上高比抵抗領域が形成
できるのである。
酸素をイオン注入する場合、プロセス−Fどの段階でも
よいが、例えば陽子(プロトン)を注入してキャリアを
消す場合には、一旦高比抵抗層となっても熱処理により
元に戻ってしまうという特徴がおるので、高温処理を終
えた後に行わねばならない。
よいが、例えば陽子(プロトン)を注入してキャリアを
消す場合には、一旦高比抵抗層となっても熱処理により
元に戻ってしまうという特徴がおるので、高温処理を終
えた後に行わねばならない。
深さに到達しない様なゲートバイアスの洩い領域では、
ドレイン電流の制御が国難であり、空乏層が、高比抵抗
部の深さより更に拡がって伸びてい〈様なゲートバイア
スの深い領域では、通常のM B 8 )’ E Tと
同様にドレイン電流の制御を行う。
ドレイン電流の制御が国難であり、空乏層が、高比抵抗
部の深さより更に拡がって伸びてい〈様なゲートバイア
スの深い領域では、通常のM B 8 )’ E Tと
同様にドレイン電流の制御を行う。
第7図に上記MB8FETの電流電圧特性を示す。
第3図例と比較すると、ゲートバイアスの浅い動作範囲
でF′iym=o、ゲートバイアスの深い動作範囲では
第3図例と同等の特性を示している。第3図例と同様に
第7図例にも直流バイアス点συ及び負荷直線6′IJ
を示しである。第3図例を用いて説明したのと同様に、
入力電力レベルを低いところから除々に上げていくと、
電流電圧振幅が負荷直線上OA、B点を越えるあたシか
ら非直線性が現われ始め%C%・D点に達すると出力は
ほぼ飽和する。
でF′iym=o、ゲートバイアスの深い動作範囲では
第3図例と同等の特性を示している。第3図例と同様に
第7図例にも直流バイアス点συ及び負荷直線6′IJ
を示しである。第3図例を用いて説明したのと同様に、
入力電力レベルを低いところから除々に上げていくと、
電流電圧振幅が負荷直線上OA、B点を越えるあたシか
ら非直線性が現われ始め%C%・D点に達すると出力は
ほぼ飽和する。
更に人力レベルを上げても電流電圧振幅がE点に達する
までゲートの順方向整流電流が流れない。
までゲートの順方向整流電流が流れない。
第3図例と比較すると、0点からE、aまでゲート電圧
振幅で考えて約2.5v余裕がある。このことは出力飽
和が起こってもゲートの順方向整流電流が流れにくいこ
とを意味する。
振幅で考えて約2.5v余裕がある。このことは出力飽
和が起こってもゲートの順方向整流電流が流れにくいこ
とを意味する。
第8図に上記GaAs MESFETの高周波入出力特
性を示す。第2図例と比較すると出力の飽和特性は同等
であるが、ゲートの順方向整流電流が流れ始める入力レ
ベルが高くなっており、実用範凹即ち直線領域から利得
がOdBとなるまでの範囲ではゲート電流は全く流れな
いこ゛とがわかる。上記G1λsMg、8FETを用い
て大股構成の’J ミテイング増幅器を試作したところ
、高周波入出力特性は第4図例とほぼ同様となる。ゲー
ト電流については各段とも出力飽和領域に於いても殆ん
ど流わず、昼周波入力によるゲート電極金属のマイグレ
ーションに対する心配は無用である。第5図で説明した
ものと同様の高温加速劣化試験を施したところ、制周波
入力16 dBmを加えたことによる寿命の短縮は見ら
れず、第5図の高周波入力なしの場合の直線E11>と
ほぼ開環の結果を示す。
性を示す。第2図例と比較すると出力の飽和特性は同等
であるが、ゲートの順方向整流電流が流れ始める入力レ
ベルが高くなっており、実用範凹即ち直線領域から利得
がOdBとなるまでの範囲ではゲート電流は全く流れな
いこ゛とがわかる。上記G1λsMg、8FETを用い
て大股構成の’J ミテイング増幅器を試作したところ
、高周波入出力特性は第4図例とほぼ同様となる。ゲー
ト電流については各段とも出力飽和領域に於いても殆ん
ど流わず、昼周波入力によるゲート電極金属のマイグレ
ーションに対する心配は無用である。第5図で説明した
ものと同様の高温加速劣化試験を施したところ、制周波
入力16 dBmを加えたことによる寿命の短縮は見ら
れず、第5図の高周波入力なしの場合の直線E11>と
ほぼ開環の結果を示す。
この例ではソース領域とゲート領域に挾まねたチャネル
領域、及びゲート頴域とドレイン領域に迭まれだチャネ
ル領域の両方に闘比抵抗領域を設けであるが、論比抵抗
領域は何れか一方を設けてあれば同様に効果を奏する。
領域、及びゲート頴域とドレイン領域に迭まれだチャネ
ル領域の両方に闘比抵抗領域を設けであるが、論比抵抗
領域は何れか一方を設けてあれば同様に効果を奏する。
尚この実施例はGaAsMBSPETについて述べであ
るが、GsAa接合型電界効果トランジスタを対象とし
て適用してもよい。また半導体材料はGaAsに限らず
他の材料、例えば81. InP等で1あってもよい0 〔発明の効果〕 以上述べたようKこの発明によれば、 利得が0dBKなるまで高周波入力を加えて出力飽和を
起こしても、ゲートの順方向整流電流が流れず、従って
ゲート電極金属のエレクトロマイグレーショ/が防止で
き、高信頼性を有する電界効果Yランジスタを提供でき
る。
るが、GsAa接合型電界効果トランジスタを対象とし
て適用してもよい。また半導体材料はGaAsに限らず
他の材料、例えば81. InP等で1あってもよい0 〔発明の効果〕 以上述べたようKこの発明によれば、 利得が0dBKなるまで高周波入力を加えて出力飽和を
起こしても、ゲートの順方向整流電流が流れず、従って
ゲート電極金属のエレクトロマイグレーショ/が防止で
き、高信頼性を有する電界効果Yランジスタを提供でき
る。
第1図は従来の電界効果トランジスタ断面図、第2図は
第1図電界効果トランジスタの高周波入出力特性図、第
3図は第1図電界効果トランジスタの電流電圧特性及び
負荷特性図、第4図は第1図電界効果トランジスタを用
いた大股構成すミテイング増幅器のりzティング特性、
第5図は高周波入力を16 dBto加えた場合と加え
ない場合との高温通電加速劣化試験線図、第6図はこの
発明の実施例電界効果I・ランジスタ断面図、第7図は
第6図電界効果トランジスタの電流電圧特性及び負荷特
性図、第8図は第6図電界効果トランジスタの高周波入
出力特性図である。第1図及び第6図に於いて、 uO・・・ソース電極、 0力・・・ゲート電極、0
3・・・ドレイン電極、Q4)・・・チャネル領域、(
1つ・・・半絶縁性基板、06)・・・高比抵抗領域第
2図で (2)・・・利得OdBの直線 第3図で 61)・・・直流バイアス点、 6z・・・負荷直線、
ζ結・・・Vg=+0.5Vの時のドレイン電流(Id
s)、H・Vg=Ovの時ノIds。 (ハ)・・−Vg ニー 0.5 Vの時のIds。 (ト)・・・Vg = −1,OVの時のIds。 CI7+−・・Vg=−1,5Vの時のIds第5図で 51)・・・高周波入力なしの直線、 63・・・高周波入力= 16 dBmの直線第7図で σト・・直流バイアス点、ff2・・・や荷置線、(1
3−−−Vg = + 0.5 V及びOvの時)Id
s(重ナッテイル64−Vg = −t、o vの時の
Ids。 σ9・・・Vg = −2,OVの時のIds。 (m−−・Vgエニー、5VO時〕Ids、σ71・V
g=−3,OVの時のIds。 ml−−−Vg=−3,5V (D時)Ids、gl−
Vg = −4,0Vの時のIds第8図で 却・−・利得OdBの直線 代理人 弁理士 井 上 −男 第 1 因 第 4 図F゛レ
イン1得ソ(v) 第 6r′?l 第 7 図 ドしイン電圧(V) 第 8 閾 入力電力(dBrfL)
第1図電界効果トランジスタの高周波入出力特性図、第
3図は第1図電界効果トランジスタの電流電圧特性及び
負荷特性図、第4図は第1図電界効果トランジスタを用
いた大股構成すミテイング増幅器のりzティング特性、
第5図は高周波入力を16 dBto加えた場合と加え
ない場合との高温通電加速劣化試験線図、第6図はこの
発明の実施例電界効果I・ランジスタ断面図、第7図は
第6図電界効果トランジスタの電流電圧特性及び負荷特
性図、第8図は第6図電界効果トランジスタの高周波入
出力特性図である。第1図及び第6図に於いて、 uO・・・ソース電極、 0力・・・ゲート電極、0
3・・・ドレイン電極、Q4)・・・チャネル領域、(
1つ・・・半絶縁性基板、06)・・・高比抵抗領域第
2図で (2)・・・利得OdBの直線 第3図で 61)・・・直流バイアス点、 6z・・・負荷直線、
ζ結・・・Vg=+0.5Vの時のドレイン電流(Id
s)、H・Vg=Ovの時ノIds。 (ハ)・・−Vg ニー 0.5 Vの時のIds。 (ト)・・・Vg = −1,OVの時のIds。 CI7+−・・Vg=−1,5Vの時のIds第5図で 51)・・・高周波入力なしの直線、 63・・・高周波入力= 16 dBmの直線第7図で σト・・直流バイアス点、ff2・・・や荷置線、(1
3−−−Vg = + 0.5 V及びOvの時)Id
s(重ナッテイル64−Vg = −t、o vの時の
Ids。 σ9・・・Vg = −2,OVの時のIds。 (m−−・Vgエニー、5VO時〕Ids、σ71・V
g=−3,OVの時のIds。 ml−−−Vg=−3,5V (D時)Ids、gl−
Vg = −4,0Vの時のIds第8図で 却・−・利得OdBの直線 代理人 弁理士 井 上 −男 第 1 因 第 4 図F゛レ
イン1得ソ(v) 第 6r′?l 第 7 図 ドしイン電圧(V) 第 8 閾 入力電力(dBrfL)
Claims (1)
- 高比抵抗半導体基板上に低比抵抗の動作層とこの動作層
上に設けられたソース、ゲート及びドレイン領域を備え
、ソース領域とゲート領域に挾まれたチャネル領域及び
、ゲート領域とドレイン領域に挾まれたチャネル領域の
少くとも一方の領域に1表面側から動作層深さの中程ま
で高比抵抗領域が設けられであることを特徴とする電界
効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2889982A JPS58147163A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2889982A JPS58147163A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 電界効果トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58147163A true JPS58147163A (ja) | 1983-09-01 |
Family
ID=12261248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2889982A Pending JPS58147163A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58147163A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7157182B2 (en) | 2001-06-13 | 2007-01-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Battery |
-
1982
- 1982-02-26 JP JP2889982A patent/JPS58147163A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7157182B2 (en) | 2001-06-13 | 2007-01-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Battery |
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