JPS63164527A - 化合物半導体集積回路 - Google Patents

化合物半導体集積回路

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JPS63164527A
JPS63164527A JP61311397A JP31139786A JPS63164527A JP S63164527 A JPS63164527 A JP S63164527A JP 61311397 A JP61311397 A JP 61311397A JP 31139786 A JP31139786 A JP 31139786A JP S63164527 A JPS63164527 A JP S63164527A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound semiconductor
bipolar transistor
gaas
output buffer
integrated circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP61311397A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuya Hasegawa
克也 長谷川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
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
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/017509Interface arrangements
    • H03K19/017518Interface arrangements using a combination of bipolar and field effect transistors [BIFET]
    • H03K19/017527Interface arrangements using a combination of bipolar and field effect transistors [BIFET] with at least one differential stage

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
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  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (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 本発明は低インピーダンスの外部回路を駆動する化合物
半導体集積回路に関する。
従来の技術 化合物半導体、特に■−■族化合物半導体はシリコンに
比べて電子易動度が大きいことからシリコンICに替わ
る高速の論理IO用用材色して期待されている。中でも
ガリウム砒素(GaAs ) I Cは基板となるGa
As単結晶成長技術やデバイス化 l −2 技術の進歩が著しく数千ゲートの論理ICを試作される
ようになっている。これらの試作結果は高速性、低消費
電力性においてGaAs I Gが高速の論理ICとし
て非常に有望であることを示している。現在集積回路と
して試作されているものはいずれも基本能動素子として
G1LAsメタルセミコンダクター電界効果トランジス
タ(MESFET)を用いている。特に半絶縁性基板上
にイオン注入によりFITの活性層を形成する方法が最
も一般的である。この方法では素子間に特別の分離領域
を形成する必要がないため高集積化が容易である。
また完全なプレーナプロセスであるため微細加工に適し
、高速、高集積化をおし進めることができる。しかしM
ESFETを用いたGaAs X Oでは外部回路の駆
動能力の点でシリコンエCに比べて劣る点がある。特に
高周波では信号系は60Ωインピーダンス系を用いるの
が一般的である。このような低インピーダンスの外部回
路を駆動するにはかなシ大きな電流供給能力が必要とな
る。信号系のインピーダンスをもっと大きいものにする
と3 ハ、−/ とは外部回路との整合を損なうだけでなく、信号系全体
の雑音余裕度(ノイズマージン)を小さくする結果と々
る。従って高周波信号系では500程度の低インピーダ
ンス系を用いざるを得ない。
従ってGaAsMESFETICでは、MESF E 
Tによって5oΩ系を駆動する必要がある。FETの電
流供給能力は相互コンダクタンスgmで表わされるが、
現在のMESFXT技術ではgmは高々300〜400
m5/―であるため、5oΩ系を1v程度の振幅で駆動
しようとするとゲート幅を数百μm〜1闘程度まで大き
くする必要がある。
このように大きなサイズのFITを形成することはチッ
プ面積を増大させる結果となる。内部ロジック回路では
10μm8度のゲート幅のFETが用いられることを考
えれば、出力バッファ部の数百μmのゲート幅のFET
がいかに太きいがが想像できる。このようA問題点はM
ESFETのみならず、高電子易動度トランジスタ(H
EMT)などの他の電界効果トランジスタ(FIT)を
用いた論理回路においても同様である。
発明が解決しようとする問題点 以上述べたように従来のGaAs F E Tを用いた
ICでは低インピーダンスの外部回路駆動能力が弱く、
また十分な電流供給能力を得ようとするとチップ面積が
増大するという問題点があった。本発明はこのようなG
aAs集積回路の問題点を解決しようとするものである
問題点を解決するだめの手段 本発明は上記従来技術の問題点を解決するだめ、内部の
ロジック回路部は化合物半導体層上に形成されたFET
で構成し、外部回路を駆動する出力バッファ部はシリコ
ン基板上に形成したバイポーラトランジスタにより構成
するものである。
作用 本発明は上記した構成により、内部論理回路でのGaA
s F E T I Cの高速、高集積性を損うことな
く、バイポーラトランジスタで構成される出力バッファ
により低インピーダンスの外部回路を駆動することがで
きるものである。
実施例 6 ベース 第1図に本発明を適用しだGaAs集積回路の一例を示
す。図のT、〜T5はMESFET、R4−R2は負荷
抵抗であり、ソースカップルドFETロジック(SCF
L)によるインバータを示している。このインバータの
出力BをSi基板上に形成されたバイポーラトランジス
タB、のベースに接続しオープンエミッタ出力Cを得る
。本実施例では内部論理回路としては1段の5CFLイ
ンバータのみであるが、論理形式はDCFI、等信のも
のであってもよいし、論理回路の終端がインバータ以外
の回路であってもよいことはもちろんである。このよう
な構成をとると内部の論理回路は高集積、高速動作が可
能なM RS F HT GaAs集積回路を用い、外
部回路を駆動する出力バッファ部は電流供給能力の大き
いバイポーラトランジスタを使うことができる。5oΩ
負荷に1vの出力振幅を得るにはgm =20omS/
mmのGaAs M E 5FETではゲート幅200
μm以上を要しこのFITだけで60 /、tm X 
120 μm以上の面積を占めるが、バイポーラトラン
ジスタを用いれば面積6 /・−7 的にはほとんど無視できる大きさである。これはバイポ
ーラトランジスタはgmとbう面で見れば5000〜1
0000mS/inにも達することから生じる違いであ
る。内部論理回路、出力バッファ共にシリコン・バイポ
ーラトランジスタで構成した高速のECLICは消費電
力が大きいため高集積化できないという欠点がある。ま
たGaAsIC並みの高速性を得ようとするとサブミク
ロンオーダーのエミッタサイズが必要となシ微細加工の
難しさと共に再現性1歩留シを得がたい。その点G&A
s F E Tはプレーナ構造で微細加工が可能であシ
、消費電力も小さいため高集積化が可能である。出力バ
ッファとなるシリコン・バイポーラトランジスタは外部
回路を駆動するだけのドライブ能力を有すればよく、サ
ブミクロン加工等を施す必要はないため容易に構成でき
る。またオープンエミッタ出力のDCレベルはバイポー
ラトランジスタのペースエミッタ間電圧で決まるため、
均一性、再現性は非當に良い。MESFETでオーブン
ソース出力を作った場合には、パイポーラト7 ベーン ランジスタのペースエミッタ間電圧に相当するのはFE
Tの閾値電圧であるため均一性再現性に欠け、出力のD
Cレベルの変動を生ずる結果と々る。
この点でも出力バッファにバイポーラトランジスタを使
うことの効果がある。
第2図は本発明の他の実施例で、5CFL内部ロジック
(この例では2人力のNOR回路を示しだ。)とバイポ
ーラトランジスタB2〜B4で構成されたオープンコレ
クタ型出力バッファを組み合わせたも、のである。第1
図の実施例と同様にMESFETロジックの高速性とバ
イポーラトランジスタ出力バッファのドライブ能力、小
面積性という双方のメリットを兼ね備えている。上記ふ
たつの実施例では内部論理回路は5CFLを用いたがバ
ッフアートFETロジック(BFL)等信の論理回路で
も構わない。また構成するFETにはMESFETを用
いたが、これは高電子易動度トランジスタ(HEMT)
など他のFETでも構わない。出力バッファを構成する
バイポーラトランジスタをGaAsを材料として作るこ
とも可能ではおるが、GaAsバイポーラトランジスタ
は良質のp型GaAs層を得ることが難しいため現状で
は実現の可能性は乏しい。またGaAs /AlGaA
sを用いたベテロバイポーラトランジスタは高速デバイ
スとして注目されているがエビ成長、メサ構造をとるた
め工程が複雑となシ再現性に欠ける。従って加工が容易
で再現性に優れたシリコンパイボ  。
−ラトランジスタを採用するのが現実的である。
第3図に本発明の集積回路の作製方法の一例を示す。p
型シリコン基板1上に通常のバイポーラトランジスタ作
成プロセスと同様にして出力バッファ部を構成するバイ
ポーラトランジスタ人を形成する。次に例えばアンドー
プGaAs層2を3〜4μm、MB!成長させる。Si
とGaAsは格子定数が違うため結晶歪を生ずるが、例
えば成長温度を450℃→600℃と二段階にする、又
はSi基板とGaAs層の間にGe層をo、15μm程
度はさむなどの種々の方法により良質のGaAs単結晶
層を成長させることができる。GaAsのMBE、MO
CVDでの成長温度は5Qo℃〜6o○℃で9 ベーン あシ予め形成されたシリコンバイポーラトランジスタ人
に大きな影響は与えない。GaAs層2上に通常のME
SFET形成プロセスと同様に例えばn+領域3をSi
イオンを加速電圧150に8V。
ドーズ量1×10146TL−2で、n領域4を加速電
圧100に6V、ドーズ量6×1012cr/L−2テ
注入することにより形成する。アニールの後裔MESF
ETの分離のためB+イオンを注入し絶縁領域6を形成
する。バイポーラトランジスタ部A上のGaAs層を選
択エッチして除去した後配線を施す。
シリコンバイポーラトランジスタからなる出力バッファ
部AとMESFETから成る内部論理回路部は数μmの
段差を生ずるが出カバソファ部は太きカサイズのバイポ
ーラトランジスタであり集積度が要求されるわけではな
いので十分に太い配線を施すことにより段差部の配線切
れを防ぐことはできる。上記の例ではCTaAs M 
ES F E Tはイオン注入により形成しだが、多層
エビやリセスによってよいことはもちろんである。さら
に内部論理回路を構成するFHTはMESFETに限ら
す10 へ− HEMTであってもよい。
発明の効果 以上述べてきたように本発明によれば高速、高集積で、
しかも低インピーダンスの外部回路に対する駆動能力の
大きい化合物半導体集積回路を実現でき、その実用的効
果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す化合物半導体集積回路
の回路図、第2図は本発明の他の実施例を示す回路図、
第3図は本発明の集積回路の作製方法の一例を示す工程
図である。 T1〜T8・・・・・・MESFET、B1〜B4・・
・・・・バイポーラトランジスタ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第3
図   (山) 八 Tn −78−−−/”I EδFETβ2〜B4−一
−バイml−ラドランク゛スy第2図 (C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シリコン基板上にエピタキシャル成長された化合物半導
    体膜上に形成された電界効果トランジスタにより構成さ
    れた論理回路と、上記シリコン基板上に形成したバイポ
    ーラトランジスタにより構成された出力バッファ回路と
    を有してなる化合物半導体集積回路。
JP61311397A 1986-12-25 1986-12-25 化合物半導体集積回路 Pending JPS63164527A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0447650A2 (de) * 1990-02-16 1991-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Integrierbare Schaltung zum Verarbeiten logischer Signale
WO2008140022A1 (ja) * 2007-05-08 2008-11-20 Tokyo Electron Limited 化合物半導体の熱処理方法及びその装置

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