JPH023547B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH023547B2
JPH023547B2 JP55038471A JP3847180A JPH023547B2 JP H023547 B2 JPH023547 B2 JP H023547B2 JP 55038471 A JP55038471 A JP 55038471A JP 3847180 A JP3847180 A JP 3847180A JP H023547 B2 JPH023547 B2 JP H023547B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
gate
drain
channel
impurity density
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP55038471A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS56134779A (en
Inventor
Junichi Nishizawa
Tadahiro Oomi
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP3847180A priority Critical patent/JPS56134779A/ja
Publication of JPS56134779A publication Critical patent/JPS56134779A/ja
Publication of JPH023547B2 publication Critical patent/JPH023547B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/211Design considerations for internal polarisation
    • H10D89/213Design considerations for internal polarisation in field-effect devices
    • H10D89/217Design considerations for internal polarisation in field-effect devices comprising arrangements for charge injection in static induction transistor logic [SITL] devices

Landscapes

  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、ガリウム砒素静電誘導トランジスタ
を用いた半導体集積回路に関する。 ノーマリオフ接合型静電誘導トランジスタ(以
後、簡単のためにBSITと呼ぶ)は、ゲートに順
方向バイアスを加えて動作させる。したがつて、
ある程度ゲートバイアスが深くなると当然、ゲー
トからチヤンネルに向つた少数キヤリア注入が起
り、この少数キヤリアの蓄積効果が、動作速度を
制限する大きな要因となつていた。等価回路的に
表現すれば、順方向バイアスされたpn接合の拡
散容量の増大ということになるわけである。とこ
ろで、GaAsでつくられたBSITは、電子の移動
度が大きいことによる電流密度の大きさ、変換コ
ンダクタンスの大きさがともに大きいという特徴
を有している。同時に、p+ゲート領域からもと
もとチヤンネルへのホール注入が、Siにくらべて
小さいだけでなく、直接遷移型結晶であることか
ら再結合速度が速く、少数キヤリア蓄積効果が少
ないという長所を有している。 既に、本出願人により倒立型ガリウム砒素静電
誘導トランジスタを用いた高速ゲート用半導体集
積回路に関する特許を出願している。 しかし、前記出願では、n型基板を用いている
ために、変換コンダクタンスの大きい正立型
BSITを構成するには工夫を必要とする。さら
に、集積回路を素子分離するために、固定電位ゲ
ートを用いており、どうしても一部不必要なキヤ
リアの注入が起きている。これらの問題点を克服
するために、半絶縁性基板を用い、不必要なキヤ
リアの注入が起きる領域を半絶縁性にする方法が
考えられる。 本発明に目的は、半絶縁性領域を有する正立型
ノーマリオフ接合型ガリウム砒素静電誘導トラン
ジスタを用いた高速ゲート用半導体集積回路を提
供することである。 第1図は、正立型GaAsBSITを用いた高速論
理ゲート用半導体集積回路である。第1図aは断
面図、第1図bは回路構成である。 半絶縁性基板11上に、n+層、n-層を連続的
に成長させたのち、所定の個所にそれぞれイオン
注入を行いn+領域、p+領域、p領域を形成し、
さらにプロトン照射などにより分離用半絶縁性領
域が設けられている。GaAsの特徴の一つは、プ
ロトン照射により、GaAs自身が絶縁領域に変化
することである。抵抗率は106〜108Ωcm程度であ
る。n+領域12は埋込みドレイン領域、n-13
は高抵抗領域、n+領域14及びp+領域17は、
正立型BSITのソース領域及びゲート領域であ
る。n+領域16は表面に設けられたドレイン取
り出し領域である。p領域21は負荷抵抗を形成
する領域、p+領域18はその電極領域である。
14′,16′,17′,18′は、ソース電極、ド
レイン電極、ゲート電極、および電源に接続する
ための電極である。19はSi3N4、Al2O3、AlN、
GaOxNy等の絶縁物もしくは、これらの複合絶縁
物である。i領域20は、プロトン照射による半
絶縁性領域であり、分離領域となつている。各領
域の不純物密度は、n+:5×1017〜1×1019cm-3
程度、n-:1×1013〜5×1015cm-3程度、p+:1
×1018〜5×1019cm-3程度、p:1×1015〜1×
1018cm-3程度である。p領域21の上には薄い絶
縁層を介して電極が設けられているから、一応電
界効果トランジスタ的になつている。所望の抵抗
値になるよう、形状、不純物密度が決められる。
p+ゲート17にはさまれるn-領域は、p+n-接合
拡散電位でチヤンネルが完全に空乏化し、かつチ
ヤンネル中に電位障壁が残るように不純物密度及
び寸法が決められる。VEEは電源電圧、Vioは入力
電圧、Vputは出力電圧である。ゲートの入力電圧
Vioが低レベルのときは、BSITは遮断状態にあ
り、Vputは略々VEEに等しく、Vioが高レベルにあ
るときは、Vputは低レベルになる。 第1図では、ドレイン取り出し電極が、オーミ
ツク接触で、取り出されていたが、これでは出力
を複数にしたとき布線論理が取れない。複数個の
出力端子間を独立させるためには、出力端子をシ
ヨツトキ接合で取り出せばよい。以下図面を用い
て本発明を説明する。本発明の実施例を第2図に
示す。1入力2出力の例である。第2図aは断面
構造、bは回路構成である。本回路構成では、
BSITのゲート・ドレイン間が導通時には順方向
にバイアスされる。したがつて、ゲート・ドレイ
ン間の拡散容量が、第1図のようにゲート・ドレ
イン間に高抵抗層が介在すると高くなるから、第
2図では、p+ゲート・n+ドレインが直接隣接し
ている。第1図にくらべて、出力端子22−1,
22−2はシヨツトキ接合により取り出されてい
る。ゲート・ドレイン間クランプ用シヨツトキダ
イオードとして電極23が設けられている。この
例では、p領域21上の絶縁物上には電極は設け
られていない。RLは負荷抵抗、Vfはゲートクラ
ンプ用シヨツトキダイオードの順方向降下電圧、
Vf′は出力端シヨツトキダイオードの順方向降下
電圧である。論理振幅は略々(Vf−Vf′)で与え
られる。したがつて(Vf−Vf′)は少なくとも
0.1V以上望ましくは0.2V以上に設定する。他の
動作は、第1図の場合と同様である。不純物密度
の寸法も第1図の例に準じて決定する。 第2図の例で、導通時n+埋込みドレイン領域
12の電位はかなり低くなる。したがつて、p+
領域18とn+領域12の間に順方向電流が流れ
て、不要な電流を流し、消費電力を増大させる欠
点がある。その欠点を克服する例が第3図の例で
ある。基本的構造は、第2図と同じであるが、
n+領域12の、p+領域18、p領域21及びp+
領域17の左側の下が、プロトン照射により半絶
縁性領域24になされている。したがつて、前述
した不要な電流が、殆んど完全に流れなくなると
同時に、p+ゲート17とドレイン間の拡散容量
も減少して、消費電力が小さく、かつ速度の速い
動作が行える。 BSITのチヤンネル長を短くする程、電流は流
れ易く、かつ高速動作が行える。チヤンネル長が
n-領域でできている時には、チヤンネル長lと
ゲート・ゲート間隔Wとの比l/Wは、0.7程度
以上ないと遮断状態が実現できない。また、
GaAsではキヤリアの寿命が短いから、その拡散
距離は短い。たとえば数μmから5〜6μm程度
である。したがつて、ゲート・ゲート間隔Wは、
通常3μm程度以下にする。望ましくは2μm程度
以下に設定する。チヤンネルに一層p領域を設け
ると、より小さなl/Wの比で十分遮断状態が実
現できる。ただし、p領域は拡散電位や印加電圧
で、殆んど完全に空乏化するように不純物密度及
び寸法を選定する。p領域は空乏化し、かつ遮断
状態でチヤンネルに電位障壁が残るようにするに
は、たとえば次のように寸法及び不純物密度を選
択する。ゲート・ゲート間隔W、p領域のソー
ス・ドレイン方向長さlとすると、次表に示され
るように選ぶ。
【表】 ただし、NA:p領域の不純物密度、ε:誘電
率、Vbi:p+n+拡散電位、q:単位電荷である。 p領域をチヤンネルに設けた例が、第4図に示
されている。p領域25がチヤンネルを形成して
いる。他は、すでに述べた領域と同じである。 不要な電流が流れないように、n+領域12の
一部をプロトン照射により半絶縁性領域にした例
が、第5図に示されている。 ゲート・ドレイン間が順方向にバイアスされた
ときに、拡散容量があまり増大しないように、
p+ゲートn+ドレインを直接隣接させた例が、第
6図に示されている。 BSITの動作を高速にするには、ゲート領域の
面積を小さくして、ゲート・ソース間及びゲー
ト・ドレイン間容量を小さくして、実効的なチヤ
ンネル面積を大きくして、流れる電流を大きくす
ることである。もちろん、ソース・ドレイン間を
短くすることも有効である。 ゲート面積を小さくして、実効チヤンネル面積
を大きくした例を第7図に示す。第7図aは平面
図、bはAA′線に沿う断面図、cはBB′線に沿う
断面図、dはCC′線に沿う断面図である。チヤン
ネルは、p+ゲート領域で囲まれてはおらず、一
方はp+ゲート領域、一方は半絶縁性領域でかこ
まれている。したがつて、実効的p+ゲート領域
は小さく、実効チヤンネル面積は大きい。この構
造は、高速動作にきわめて適している。GaAsの
ように、プロトン照射で半絶縁性領域がつくれる
材料の場合にはきわめて適している。 チヤンネルにp領域が挿入されてもよいことは
もちろんである。 本発明の集積回路は、半絶縁性GaAs基板上の
所定の厚さのn+領域n-領域をエピタキシヤル成
長させた後、所定の個所に、S、Se等のイオン
注入によりn+領域、Be、Cdのオン注入によりp+
領域、p領域、プロトン照射により半絶縁性領域
を作ることができる。 また、BSITのn+ソース領域、p+ゲート領域、
n+ドレイン領域の少なくとも一つをGa1-xAlxAs
やGa1-xAlxAs1-yPyで作ることにより、電流利得
を格段に向上させることができる。チヤンネルの
GaAs領域より50mV程度以上禁制帯域の広い領
域にすればよいわけである。不要なキヤリアの注
入を不要な個所に起さないため、電流利得が向上
し、かつ拡散容量が小さく保たれることとなる
(特開昭56−124273号「静電誘導トランジスタ及
び半導体集積回路」)。 本発明の半導体集積回路が、ここで述べた構造
に限らないことは当然である。負荷を抵抗とし、
ドライバトランジスタが正立型GaAsBSITで構
成され出力端子がシヨツトキ接触で取り出されて
おり、又ゲート・ドレイン間にクランプ用シヨツ
トキ接触を有しかつ各ゲートが半絶縁性領域によ
り囲まれていれば、如何なる構造でもよいわけで
ある。負荷抵抗は、GaAs領域内に形成したが
Si3N4膜上のポリシリコン抵抗等で形成してもよ
いことはもちろんである。GaAsの電子の高移動
度と、直接遷移型による短い再結合時間により、
きわめて速い動作が行え、又論理振幅をゲート・
ドレイン及びドレインに設けたシヨツトキ接触に
より小さく低消費電力動作が可能で、しかも製造
も容易でその工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
第1図はGaAsBSITを用いた高速論理ゲート
用半導体集積回路、第2図は本発明の集積回路で
aは断面構造、bは回路構成、第3図乃至第6図
は本発明の集積回路の断面構造、第7図は本発明
の集積回路の断面構造でaは平面図、bはa図中
AA′線に沿う断面図、cはBB′線に沿う断面図、
dはCC′線に沿う断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半絶縁性ガリウム砒素基板の上部にn型高不
    純物密度領域を設けて、埋込みドレイン領域とな
    し、前記n型高不純物密度領域の上部に高抵抗チ
    ヤンネル領域を設け、前記チヤンネル領域の上部
    にn型高不純物密度ソース領域を備え、前記チヤ
    ンネル領域に隣接してp型高不純物密度ゲート領
    域を設けた正立型静電誘導トランジスタをドライ
    バトランジスタとなし、前記静電誘導トランジス
    タの少なくとも一つ以上の出力端子をシヨツトキ
    接触により備え、前記正立型静電誘導トランジス
    タのゲート領域とドレイン領域にクランプ用のシ
    ヨツトキ接触を備え、前記ゲート領域に隣接して
    負荷となる抵抗領域を設け、前記正立型静電誘導
    トランジスタのチヤンネルがn-型半導体のとき
    には、チヤンネル長lとゲート・ゲート間隔Wと
    の比l/Wを0.7程度以上とし、チヤンネルに一
    層p型半導体領域を形成したときに、ゲート・ゲ
    ート間隔W、p領域のソース・ドレイン方向長さ
    l、p型半導体領域の不純物密度をNA、GaAsの
    誘電率をε、pn接合の拡散電位をVbi、単位電荷
    をqとしたときに、NAqW2/ε Vbiをl/Wが
    0.2〜1としたときに1〜250に設定し、前記ゲー
    ト・ドレイン間のクランプ用シヨツトキ接触の順
    方向降下電圧をVf、出力端シヨツトキ接触の順
    方向降下電圧Vf′としたときにVf−Vf′を0.1〜
    0.2V以上に設定し、かつ前記正立型静電誘導ト
    ランジスタ及び抵抗領域が半絶縁性領域で囲まれ
    たことを特徴とするガリウム砒素半導体集積回
    路。 2 前記n型高不純物密度ドレイン領域の前記抵
    抗領域の下に位置する領域を半絶縁性領域に置き
    変えたことを特徴とする前記特許請求の範囲第1
    項記載のガリウム砒素半導体集積回路。 3 前記ソース領域、前記ゲート領域、前記ドレ
    イン領域のうち少なくとも一つの領域をガリウム
    砒素より禁制帯幅の広い材料により構成したこと
    を特徴とする前記特許請求の範囲第1項乃至第2
    項のいずれか一項に記載のガリウム砒素半導体集
    積回路。
JP3847180A 1980-03-25 1980-03-25 Semiconductor integrated circuit Granted JPS56134779A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3847180A JPS56134779A (en) 1980-03-25 1980-03-25 Semiconductor integrated circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3847180A JPS56134779A (en) 1980-03-25 1980-03-25 Semiconductor integrated circuit

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62313800A Division JPS63296263A (ja) 1987-12-10 1987-12-10 半導体集積回路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56134779A JPS56134779A (en) 1981-10-21
JPH023547B2 true JPH023547B2 (ja) 1990-01-24

Family

ID=12526151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3847180A Granted JPS56134779A (en) 1980-03-25 1980-03-25 Semiconductor integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS56134779A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63296263A (ja) * 1987-12-10 1988-12-02 Semiconductor Res Found 半導体集積回路

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53108290A (en) * 1977-03-03 1978-09-20 Seiko Instr & Electronics Ltd Static induction transistor logic
JPS54145486A (en) * 1978-05-08 1979-11-13 Handotai Kenkyu Shinkokai Gaas semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS56134779A (en) 1981-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4504847A (en) Static induction type semiconductor device
US5808344A (en) Single-transistor logic and CMOS inverters
CA1044817A (en) Integrated circuit and method for fabrication thereof
US8541787B2 (en) High breakdown voltage wide band-gap MOS-gated bipolar junction transistors with avalanche capability
US5014102A (en) MOSFET-gated bipolar transistors and thyristors with both turn-on and turn-off capability having single-polarity gate input signal
US5567961A (en) Semiconductor device
US4717940A (en) MIS controlled gate turn-off thyristor
US4841345A (en) Modified conductivity modulated MOSFET
US4317127A (en) Static induction transistor and integrated circuit utilizing same
JPS62296474A (ja) 縦形mosfet
JPS5918870B2 (ja) 半導体集積回路
US4694313A (en) Conductivity modulated semiconductor structure
US5359220A (en) Hybrid bipolar/field-effect power transistor in group III-V material system
US5117268A (en) Thermionic emission type static induction transistor and its integrated circuit
US4700213A (en) Multi-drain enhancement JFET logic (SITL) with complementary MOSFET load
US4622573A (en) CMOS contacting structure having degeneratively doped regions for the prevention of latch-up
US5498884A (en) MOS-controlled thyristor with current saturation characteristics
JPS6016753B2 (ja) 半導体スイツチング素子およびその制御方法
US5336907A (en) MOS gate controlled thyristor having improved turn on/turn off characteristics
JP2553510B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US5293084A (en) High speed logic circuit
US5350935A (en) Semiconductor device with improved turn-off capability
US4761679A (en) Complementary silicon-on-insulator lateral insulated gate rectifiers
JPH023547B2 (ja)
JPH0817234B2 (ja) 半導体集積回路