JPS59100579A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59100579A
JPS59100579A JP57210783A JP21078382A JPS59100579A JP S59100579 A JPS59100579 A JP S59100579A JP 57210783 A JP57210783 A JP 57210783A JP 21078382 A JP21078382 A JP 21078382A JP S59100579 A JPS59100579 A JP S59100579A
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JP
Japan
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junction
junctions
gate
schottky
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP57210783A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Hagio
萩尾 正博
Shutaro Nanbu
修太郎 南部
Kunihiko Kanazawa
邦彦 金澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はショットキー接合或いはMO8構造を含む半導
体装置に関するものであり、特に、ショットキー接合形
電界効果トランジスタに適用することにより顕著な効果
が得られるものである。
従来例の構成とその問題点 UHFHF上の周波数において用いられるGaAsショ
ットキーゲート電界効果トランジスタ(以下GaAs 
MESF]l!:TあるいはFETと略称する)におい
ては、そのショットキーゲートの容量が小さいため、静
電気等による外来サージによって破壊されることが多い
。このような破壊を防止する方法として、第1図に示し
た如く、ゲートとソースとの間にpn接合よりなる保護
ダイオードを接続する方法が従来より行なわれている。
しかしながら、GaAs MESFICTのように半絶
縁1′]ユ或いは絶縁性基板上に形成された活性層を用
いてなる半導体装置においては、pn接合を保護ダイオ
ードとしてGaAs MESFETと同一基板上に集積
化しようとすると問題が生じる。
すなわち、半絶縁性基板上の活性層を用いて形成された
pn接合に逆方向電圧を印加すると、空乏層が拡がり、
ついには半絶縁性基板に空乏層が達するため、実質的な
接合面積が小さくなり、逆方向降服電流が、第2図のp
n接合の電流電圧特性に示しだように比較的小さい値I
S  で飽和する。
第3図は保護ダイオードであるpn接合の電流電圧特性
(曲線1)と、ゲートのショットキー接合の電流電圧特
性(曲線2)とをあわせて示したものである。外来サー
ジによって逆方向電圧が印加された時、pn接合の降服
電流の飽和値Is が小さいとサージによる電流を充分
に流すことができないため、第3図のvlまで電圧が上
昇し、ゲートのショア)キー接合も降服し、ついには破
壊に至る。
このような破壊を防ぐために、pn接合の降服時の飽和
電流工s を大きくする方法としては、(1)活性層の
厚さを厚くする、E)I)n接合の面積或いは周辺長を
増加させる、等の方法がある。しかしながら、活性層を
厚くしようとすると、例えばGaAs等においては、活
性層の品質低下が生じる。
また、pn接合の面積を増加させると、不可避的に静電
容量が増加し、このため、FETのRF特性が低下する
。したがって、RF特性を損ねることなく工S  を増
加させるのは困難であり、このような理由のために、(
、aAs MESFETと、それを保護するpn接合と
を同一基板上に集積化することは、従来できなかった。
発明の目的 本発明は以上の問題点を解決し、FETとFITを保護
するpn接合を同−基板−ヒに集積化することを可能な
らしめるものである。
発明の構成 本発明の半導体装置はショットキー接合またはMO8構
造に並列に、接合面積の異なる2個のpn接合がたがい
に逆向きに直列接続された接続体が、接続されたことを
特徴とするものである。
実施例の説明 以下に本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する・ 第4図は、GaAs MESFETに、そのグートノシ
ョットキー接合を保護するpn接合を接続した本発明の
一実施例を示す図で、本実施例では、ゲートのショット
キー接合と同じ向きのpn接合J1と逆向きのpn接合
J2とで、その接合面積を異ならしめている。pn接合
J1が有する接合容量を01゜pn接合J2が有する接
合容量を02とすると、pn接合J1とpn接合J2よ
りなる一対のpn接合の容ff1cOはG1−02/ 
(ci+02)で与えられる。今p r。
接合J1の接合面積を大きくとってpn接合J1の逆方
向降服電流の飽和値IstがFET−4保護するのに充
分な大きさになるようにすると、接合容量C1が増大す
るが、この時、pn接合J2の接合面積を小さくとって
02を小さくし、C1と02の合成容量G。
がFETのRF(高周波)特性をほとんど劣化させない
ような小さな値になるようにすると、JlとJ2よりな
るPn接合はFETのRに特性をほとんど劣化させない
。また、順方向電流は、逆方向降服電流の飽和値工5よ
りもはるかに大きい電流を流すことができるので、pn
接合J2 (以下単にJ2とかく)を小さくしても、ゲ
ートに加えられた逆方向サージ電圧に対して充分な電流
がこの一対のpn接合を通じて流れることができ、FE
Tをサージ電圧から保護することができる。
次に本発明のさらに具体的な実施例として、第4図のF
ETが、ゲート幅400 p mのUHF帯用GaAs
MESFETである場合について述べる。
第6図は、第4図のJlの逆方向降服電流の飽和値Js
1 と、サージ耐圧との関係を示すものである。
通常の取扱いにおいては1006rg以上のサージ耐圧
が必要であシ、第6図から、■s1は60mA以上必要
であることがわかる。第4図のJlはこの条件を満たす
ように設計される。
一方、第4図のJ2は、JlとJ2の合成容量Qoが、
FETのRF特性に与える影響が充分小さく、かつ、F
ITを外来サージから保護しうるに充分な順方向電流を
流しつる大きさに決められる。
第6図は、FETのゲートとソースとの間に付加された
容量Caと、I GHz  の周波数における雑音指数
NFとの関係を示す図である。図から、UHF帯小信号
増幅用トランジスタとして通常要求されるNy < 2
.6 dBの条件を満足させるためにはCaが1pF以
下でなければならないことがわかる。
第4図の52の接合面積の上限は、上記Caの上限によ
って制限されるが、下限は、J2を流れつる順方向電流
工f2が51の逆方向降服電流の飽和値ISiよりも大
きいという条件によって定められ、例えば本実施例では
If2〉60mAである。
第1表は、本実施例におけるGaAsFET  の1G
Hzにおける雑音指数と、逆方向サージ耐圧、及び、本
発明によるサージ保護用のpn接合を付加した場合の雑
音指数と逆方向サージ耐圧とを比較した表である。同表
から明らかなように、本発明によって、G+aASME
SFET のRF特性をほとんど損ねることなく、サー
ジ耐圧を大幅に改善することができる。
なお、第4図のJ2は、上記の実施例では1つのpn接
合よシなるが、これを第7図のように、直列接続された
2つ以上のpn接合で構成すると、流しうる最犬順方向
電流工f2を大きくとりつつ、容量C2を効果的に減ら
すことができる。
以上の説明は、逆方向サージ電圧について行なったが、
順方向サージ電圧に対しては、第8図のようにゲートシ
ョットキー接合と同じ向きのpn接合を、上記実施例の
一対のpn接合と並列に、ゲート・ソース間に接続する
ことによって充分なサージ耐圧を得ることができる。あ
るいは、上記実施例の一対のpn接合の全体を逆向きに
したものを、もとの一対のpn接合と並列接続して、ゲ
ート・ソース間に接続してもよい。
第9図は本発明の他の実施例を示し、デュアルゲートの
GaAsMESFETに応用した場合を示す。  。
pn接合J& 、 Jc の接合面積をそれぞれに対向
するpn接合J’O,Jd の接合面積よシも小さくす
る。
第2ゲートとドレインとの間のpn接合Jfは1第2ゲ
ートとソースとの間に接続してもよい力玉、第9図のよ
うに第2ゲートとドレインの間に接続した方がチップサ
イズを低減することができる。
第9図の接続方法によるマスクツζターンの一例を第1
0図に示す。このような構成により、小さいチップサイ
ズで、RF特性の劣イヒをもたらすことなく、充分なサ
ージ耐圧を得ることができる。
なお、以上の説明は、ショットキー接合を保護する場合
について行なったが、MO3構造を保護する場合につい
ても同様のことがいえる。
発明の詳細 な説明したように本発明の半導体装置は、ショットキー
接合またはMO8構造に並列に、接合面積の異なる2個
のpn接合が互いに逆向きに直列接続された接続体が、
接続されてなり、耐サージ性のきわめてすぐれたもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、(、aAs M E S F E Tの耐サ
ージ性を向上させるだめの従来の半導体装置を示す図、
第2図はpn接合の電流電圧特性を示す図、第3図はp
n接合の電流電圧特性と、ゲートショットキー接合の電
流電圧特性とをあわせて示した図、第4図は本発明の実
施例における半導体装置を示す図、第5図はFETのゲ
ート・ソース間に接続されたpn接合の逆方向降服電流
の飽和値ISjとサージ耐圧との関係を示す図、第6図
はFETのゲート・ソース間に付加された容量C&とI
 GHz の雑音指数との関係を示す図、第7図はFT
LTのゲート・ソース間に接続された互いに逆向きの一
対のpn接合のうち一方を2個のpn接合で構成した本
発明の実施例を示す図、第8図はゲートショットキーと
同じ向きのpn接合を、ゲート・ソース間に接続した図
、第9図は本発明の実施例のデュアヤグートF、ET接
続を示す図、第10図は第9図に示された接続によるマ
スクパターンの一例を示す図である。 1・・・・・・ソース電極、2・・・・・・ドレイン電
極、3・・・・・・第1ゲート電極、4・・・・・・第
2ゲート電極、5・・・・・n影領域、6・・・・・・
第10図Jeを構成するP影領域、了・・・・・・第1
0図Jbを構成するP影領域、8・・・・・・n影領域
に対するオーミック電極、9・・・・・・n影領域、1
o・・・・・・第10図Jaを構成するP影領域、11
・・・・・・第10図Jfを構成するP影領域、12・
・・・・・第10図Jdを構成するP影領域、13・・
・・・・n形層に対するオーミックコンタクト、14・
・・・・・n影領域、15・・・・・・第10図Jcを
構成するP影領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  ショットキー接合またはMO5構造に並列に
    接合面積の異なる2個のpn接合がたがいに逆向きに直
    列接続された接続体が接続されたことを特徴とする半導
    体装置。 い)たがいに逆向きに直列接続された2個のpn接合の
    一方または両方のpn接合に、このpn接合と同じ方向
    に並列または直列に他の1または2以上のpn接合が接
    続されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置。 (3)  ショットキー接合またはMO3構造が電界効
    果トランジスタのゲートを構成することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の半導体装置。 (4)たがいに逆向きに直列接続された2個のpn接合
    が電界効果トランジスタのゲートとソースとの間に接続
    されるとともに、ゲートのショットキー接合と同じ向き
    に他のpn接合が、前記ゲートと前記ソースとの間に接
    続されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置0
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