JPS6095973A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS6095973A
JPS6095973A JP58204009A JP20400983A JPS6095973A JP S6095973 A JPS6095973 A JP S6095973A JP 58204009 A JP58204009 A JP 58204009A JP 20400983 A JP20400983 A JP 20400983A JP S6095973 A JPS6095973 A JP S6095973A
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JP
Japan
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region
negative resistance
shaped negative
resistance element
semiconductor device
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Pending
Application number
JP58204009A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Mimura
高志 三村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6095973A publication Critical patent/JPS6095973A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Junction Field-Effect Transistors (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】 (a) 発明の技術分野 本発明は半導体装置、特にN字形負性抵抗素子を負荷と
するインバータ回路を備えて、高速かつ低消費電力化が
達成される半導体装置に関する。
(bl 技術の背景 電子δ1算機などの性能の一層の向上を志向して半導体
装置の高速化、低消費電力化が推進されている。この目
的に沿って現在主流をなしているシリコン(81)より
キャリアの移動度が」こ太きし1砒化ガリウム(GaA
s)などの化合物半導体を用し)るトランジスタが多数
提案されている。化合物半導体を用いるトランジスタと
しては電界効果トランジスタ(以下FETと略称する)
がその製造工程がバイポーラトランジスタより簡午であ
るなどの理由によって現在主流をなしており、特にシw
ットキーパリア形FETが多く行なわれている。
は 従来の構造の81もしく槍GaAs等の半導体装置にお
いては、キャリアは不純物イオンが存在している半導体
空間内を移動する。この移動に際しると不純物イオンに
よる散乱の確率が大きくなり、キャリアの移動度はこれ
によって制限される。
この不純物散乱効果を排除するために、不純物が添加さ
れる領域とキャリアが移動する領域とをペテロ接合界面
によって空間的に分離して、特に低温におけるキャリア
の移動度を増大せしめたヘテロ接合形電界効果トランジ
スタ(以下へテロ接金形FETと略称する)によって−
1−の高速化が実現されている。
半導体集積回路装置の速度及び消費電力などの特性を改
善するためには以上説明した如きトランジスタ米子の改
善が先決問題であるが、トランジスタ以外の素子の改善
も同時に行なう必要がある。
(c) 従来技術と問題点 トランジスタ回路の基本的な1例としてインバータ回路
があげられる。第1図(a)において1はドライバであ
るエンハンスメントモードのFET。
2は負荷素子であるディプリーシいンモードのFETで
あって、FETIのゲート入力信号に対して反転した出
力信号が得られる。
FETI及び2にヘテロ接合形FETを用いたインバー
タ回路の動作特性の例を第1図(b)に示す。
図において横軸はFET1のドレイン眼圧VDI+。
縦軸はそのドレイン電流Inを表わす。
りの過渡応答は矢印で示す径路をたどり、例えばVos
=0.3 [V]、In’=2.5 [mA’)(7)
状態気O#となる。このインバータの応答速度を高くす
ることは次段ゲートを充電する過渡1を流を増大すれば
可能であるが、他方インバータの消費電力を低減するた
めには、%O“状態における′は力(InxVng)を
所定の電源電圧vDDにおりて低減することが必要であ
る。
しかしながら充w、rM、流を増加すれば亀0“状態の
電流及び電圧も増加するために高速化と低消費電力化と
は両立せず、これらを同時に達成することは一般的に不
可能である。この様に消デrd力の低減が制約されるた
めに集積度の増大もまた制約されて、前記の矛盾を解決
する新しいインバータ回路構成が要望されている。
(d) 発明の目的 本発明は前記問題を解決して、高速、低消*電力で動作
するインバータ回路を備える半導体装置を提供すること
を目的とする。
(e) 発明の構成 本発明の前記目的は、半導体基板上にトランジスタ素子
をドライバとしN字形負性抵抗素子を負荷とするインバ
ータ回路を備えてなる半導体装置により速成される。
前記N字形負性抵抗素子として、量子井戸層とバリア層
とを備えて該バリア層の共鳴トンネル効果によってN字
形負性抵抗特性が得られる素子を用いることにより、負
荷特性を制御して該半導体装置が容易に工業的に製造さ
れる。
第2図(a)は本発明によるインバータ回路を示し、1
1はドライバであるエンハンスメントモードのFET、
12はN字形負性抵抗素子である。
また第2図(b)はこのインバータ回路の動作特性の例
を示し、ドライバは先に第1図(b)に示した従来例と
同等である。
本発明によるインバータ回路の負荷曲線は第2図(b)
中して示す如き形状となる。Vos=Voo。
I n = Oの状態%1“から状態SO#にスイッチ
ングす名際の過渡応答は矢印で示す径路をたどり、先に
第1図(b)に示した例と同一のドライバ静特性曲線と
負荷曲線りとの交点で示される状態−〇“に到るが、こ
の状態10〃における電流ID及び電圧Vos。
従って電力InXVosは前記従来例より遥に低減され
て、消費電力は1/10程度以下となる。
以上の説明はドライバ側の条件、従りて充′ivL屯流
を変えることなく消費電力を従来より低減する例を示し
ているが、ドライバ側の条件を変えて消費電力と応答速
度との最適化を行なうことも可能である。
(f) 発明の実施例 以下本発明を実施例により更に具体的に説明するO 第3図(a)及び(blは本発明の第1の実施例を示す
断面図である。本実施例においては第3図(a)に示す
如き半導体基体を用いる。
図において、21は半絶縁性GaAs基板であり、該基
板上に下記の半導体層22乃至28か分子線ビームエピ
タキシャル成長方法なとによって116次層 厚さ ド
址洟度 X値 [nm) C6n−] 28 50 1XIO1o0 27 5 2X10” 0.3 26 4 1XIO” 0 25 5 2XIO” 0.3 24 50 2X101s0 23 ao 2xlO” 0.3 22 600 7ンド〜グ 〇 ただし各数値は1例を示し、ドナー不純物はシリコン(
St)である。またX値0は該半導体層がGaAsより
なるζ♂、X値0.3は該半導体層か砒化アルミニウム
ガリウム(AtxGas−xAs)よすf、にリアルミ
ニウム(A t)の組成比X中0,3であることを示す
。なお29はG a A s層22のn型A剪aAB層
23との界面近傍に生ずる2次元電子ガスである。
第3図(b)は前記半導体基体にエンハンスメントモー
ドのへテロ接合形FET(図中の範囲A)とN字形負性
抵抗素子(図中の範囲B)とを形成した状態を示す。
ヘテロ接合形FETには、n L12 AtGaAs 
Jfl 23にショットキー接合するグー14g4iI
i30々、n型GaAsJ12B上に設けられて2次元
軍5子ガス29に達する合金領域31Aが形成されたソ
ース1ニ極31とを備えているが、これらは従来上回等
である。これに対してドレイン電極32はN字形負性抵
抗素子との接続及び出力パッドを兼ねて、n型GaAs
層28及び選択的に表出させたn型GaAsj輯24に
接して設けられて、2次元−,子カス29に達する合金
領域32Aが形成されている。
N字形負性抵抗素子はn型GaAs1脅26を針子井戸
層としこれを挾むn型AtGaAst#25及び27を
797層として構成され、n型GaAsM124を介し
て前記ドレイン電極32に接続され、曲刃n型GaAs
lm2Bを介して電源ライン33に接続される。m源う
イン33はn型GaAs )* 2 Bとオーミック接
触するが、ソース電極31及びドレイン電極32より後
に形成しシンター法などを適月1して・ n型AtQa
Asバリア層27に達する曾金領域の形成を防止する。
或いは電源ライン33はゲート電極30と同時に形成し
てもよい。
次lこ第41望は本発明の第2の実施例を示す断面図で
ある。本実hiQ 9!lに用いる半導体基体は□if
Jflの実JA列とは最上層か異なり、その厚さが30
0[nm:111度であるn型GaAs層28Aとして
いる。
なおドナー不純物濃度は例えば2 X 10”[z〜り
程度に低下させてもよい。
本実施例においては、ヘテロ接合形FETのソース電極
31、前記第1の実施例と同様の燵能を兼ねるドレイン
電極32は半導体/+128乃至25を除去してn型G
aAs1fi24上に設けている。この様にソース電極
31及びドレイン電4!j 32から2次元p罠子ガス
29までの距離を電源ライン33が接するn型GIIA
!l II 28 Aの厚さより充分に小さくすること
によって、これらのオーミック接触する電極、配線を前
記第1の実施例と同様に従来技術により、列えは金ゲル
マニウム/金(AuGe/Au)を用いて同時Iこ設け
、合金化加熱処理を施して合金領域31A、32A及び
33Aを形成しても、合金領域A3Aはn型AtGaA
sバリアI□N 27に達せずN字形負性抵抗素子は破
壊されない。
以上説明したドライバをゲート長LGキ1〔μff1)
ゲート幅Lw中20〔μm〕のへテロ接合形FETとし
て、ディプリーションモードのへテロ接合形FETを負
荷素子とする従来構造のインバータ回路の応答(伝達遅
延)時間tpd中20(1)s)、消費電力P = 1
 [mtv)程度以下であるのに対して、前記第2の実
施例においてはtpdキ18(μm〕、P= 0.1 
(mw′3程度以下の結果が得られて本発明の効果が確
昭された。
以上説明した実施例において共鳴トンネル効果によるN
字形負性抵抗素子を利用しているか、本素子はp−nJ
fj合を用いるN字形負性抵抗素子に比較して、その特
性を設計して工業的に実現することができ、かつ化合物
半導体装1音の製造プロセスに容易に繰入れることがで
きるという利点を有する。
また前記実施例はドライバにヘテロ接合形FETを用い
ているが、不純物の空間的分離を行なゎない従来槽造の
FET素子をドライバに用いるインバータ回路について
も本発明は同様の効果を与える0 (g) 発1男の効果 以上説明した如く本発明によれば、インバータ回路の高
速つ)つ低消費電力化を大幅に推進することが可能とな
り、集積度の向上も可能となって、市、子計賓−機等の
性能の向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1 rdl(a)はインバータ回路の従来側を示す回
路図、同図(blはその動作特性を示す図、第2図(a
lは本発明によるインバータ回路を示す回路図、同図(
b)はその動作特性を示す図、W2B5図(at、 (
b)及び第4図は本発明の実施例を示す断jfu図であ
る。 174において、11はドライバであるFET、122
8及び28Aはn WGaAs Il、29は2次元電
子ガス、30はゲート電極、31はソース電極。 32はドレイン社極、33は電源ライン、31A。 32A及び33Aは合金領域を示す。 牟 1 図 (ト) 亭 2 目 (b)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上にトランジスタ素子をドライバとし
    N字形負性抵抗素子を負荷とするインバータ回路を備え
    てなることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)前記N字形負性抵抗素子が1.子井戸層とバリア
    層とを備えて、該バリア層のトンネル効果によって負荷
    特性が得られ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。
JP58204009A 1983-10-31 1983-10-31 半導体装置 Pending JPS6095973A (ja)

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JP58204009A JPS6095973A (ja) 1983-10-31 1983-10-31 半導体装置

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JP58204009A JPS6095973A (ja) 1983-10-31 1983-10-31 半導体装置

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ID=16483255

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JP58204009A Pending JPS6095973A (ja) 1983-10-31 1983-10-31 半導体装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4963948A (en) * 1986-12-20 1990-10-16 Fujitsu Limited Semiconductor device having level shift diode
KR100548047B1 (ko) * 1996-12-25 2007-11-09 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 전계효과트랜지스터

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US4963948A (en) * 1986-12-20 1990-10-16 Fujitsu Limited Semiconductor device having level shift diode
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