JPH0411131B2 - - Google Patents

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JPH0411131B2
JPH0411131B2 JP60268377A JP26837785A JPH0411131B2 JP H0411131 B2 JPH0411131 B2 JP H0411131B2 JP 60268377 A JP60268377 A JP 60268377A JP 26837785 A JP26837785 A JP 26837785A JP H0411131 B2 JPH0411131 B2 JP H0411131B2
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normally
gallium arsenide
gate
arsenide semiconductor
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/02Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
    • H10D84/05Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group III-V technology

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体集積回路のうち特にガリウ
ム砒素半導体集積回路に関するものである。
〔従来の技術〕
以下、従来技術として昭和59年度電子通信学会
総合全国大会予稿集P2−306図1記載のE/D型
Direct Coupled FET Logic回路(以下これを
E/D型DCFL回路と略記する)におけるセンス
アンプ回路について説明する。第2図に従来技術
の回路構成を示す。図中21及び24はノーマリ
オン型金属−半導体電界効果型トランジスタ(以
下、金属−半導体電界効果型トランジスタを
MESFETと略記する)22,23及び25はノ
ーマリオフ型MESFETでノーマリオン型
MESFET21は、ドレインが正の電源(ノード
26)に、ゲート及びソースがノーマリオフ型
MESFET22のドレイン及びノーマリオフ型
MESFET23のゲート以外の第1の端子(ノー
ド27)に接続され、ノーマリオフ型MESFET
22は、ドレインがノーマリオン型MESFET2
1のゲート及びソース及びノーマリオフ型
MESFET23のゲート以外の第1の端子(ノー
ド27)に、ゲートが入力ノード(ノード28)
に、ソースが接地電位にそれぞれ接続され、ノー
マリオフ型MESET23は、ゲート以外の2端子
のうち第1の端子がノーマリオン型MESFET2
1のゲート及びソース及びノーマリオフ型
MESFET22のドレイン(ノード27)に接続
され、第2の端子がノーマリオフ型MESFET2
5ゲート(ノード30)に接続され、ゲートに
は、上記第1の端子と第2の端子間の導通、非導
通を制御する信号が入力する(ノード29)、ノ
ーマリオン型MESFET24はドレインが正の電
源(ノード26)にゲート及びソースがノーマリ
オフ型MESFET25のドレイン(ノード31)
に接続され、ノーマリオフ型MESFET25は、
ドレインがノーマリオン型MESFET24のゲー
ト及びソース(ノード31)にゲートがノーマリ
オフ型MESFET23のゲート以外の第2の端子
(ノード30)にソースが接地電位に接続される。
また、ノード31が出力ノードとなる。
次に動作について説明する。第2図においてノ
ーマリオン型MESFET21とノーマリオフ型
MESFET22、及びノーマリオン型MESFET2
4とノーマリオフ型MESFET25はそれぞれ
E/Dインバータ回路を構成し、ノーマリオフ型
MESFET23は、ノード29の制御信号によつ
てノード27とノード30の間の導通、非導通を
制御するトランスフアゲートとなつている。ノー
ド28から論理信号が入力すると、ノーマリオン
型MESFET21とノーマリオフ型MESFET22
から構成されるインバータ回路により反転され、
ノード27から出力される。ここでノード29か
らの制御信号がLowレベルでトランスフアゲー
ト23が非導通状態の時はノード27のレベルは
ノード30には伝えられず、ノード27のHigh
レベルはノード26の電源電圧まで上昇する。逆
に、ノード29からの制御信号がHighレベルで
トランスフアゲート23が導通状態のときは、初
段のインバータの出力ノード27の電位はノード
30に伝えられ、ノーマリオン型MESFET24
とノーマリオフ型MESFET25からなるインバ
ータ回路によりさらに反転されノート31より出
力される。ところで、MESFETにおいては、ゲ
ート・ソース間の電位は、ゲート金属とガリウム
砒素半導体基板間のシヨツトキバリア高さである
0.6V程度以上に上がることができず、また通常
ノード26の電源電位は上記シヨツトキバリア高
さよりも高く設定される。従つてこのとかノード
27とノード30のHighレベルは、ノーマリオ
フ型MESFET25のゲート・ソース間のシヨツ
トキバリア高さである0.6V程度の値となる。
また、ノード27のLowレベルは、トランス
フアゲート23の通常、非導通にかからず常に一
定値(接地電位程度)となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のE/D型DCFL回路は以上のような構成
を有するため、トランスフアゲート23が非導通
状態のときに前段の出力のHighレベルが電源電
位まで上がつてしまい、次にトランスフアゲート
が導通し、同時に前段の出力ノードがHighレベ
ルからLowレベルに変化すると、このノードの
電圧振幅が大きくなり、HighレベルからLowレ
ベルへの変化が遅いという問題点があつた。
この発明は、上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、複数の半絶縁性ガリウム砒
素半導体電界型トランジスタによつて構成され、
第1の論理回路の出力ノードと第2の論理回路の
入力ノードとの間をトランスフアゲートによつて
接続したものにおいて、このトランスフアゲート
前段の出力ノードのHighレベルを常に金属−半
導体界面のシヨツトキバリア高さ程度とすること
によつて、トランスフアゲートが非導通状態から
導通状態へ変化し、同時に前段の出力ノードが
HighレベルからLowレベルに変化した時にこの
ノードの立下がり時間を短縮し、高速動作に適し
たガリウム砒素半導体集積回路を提供することを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係わるガリウム砒素半導体集積回路
は、トランスフアゲートの前段の出力ノードを、
少くともソースを接地電位とするノーマリオフ型
MESFETのゲートに接続したものである。
〔作用〕
この発明におけるノーマリオフ型MESFETは、
トランスゲートの前段の出力ノードの電位をトラ
ンスフアゲートの導通状態、非導通状態に関らず
常に金属−半導体界面のシヨツトキバリア高さ程
度とする。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第1図において、1及び4はノーマリオン型
MESFET、2,3,5及び12はノーマリオフ
型MESFETで、ノーマリオン型MESFET1は、
ドレインが正の電源(ノード6)に、ゲート及び
ソースがノーマリオフ型MESFET2のドレイン
及びノーマリオフ型MESFET12のゲート及び
ノーマリオフ型MESFET3のゲート以外の第1
の端子(ノード7)に接続され、ノーマリオフ型
MESFET2は、ドレインがノーマリオン型
MESFET1のゲート及びソース及びノーマリオ
フ型MESFET12のゲート及びノーマリオフ型
MESFET3のゲート以外の第1の端子(ノード
7)に、ゲートが入力ノード(ノード8)に、ソ
ースが接地電位にそれぞれ接続され、ノーマリオ
フ画MESFET3は、ゲート以外の2端子のうち
第1の端子がノーマリオン型MESFET1のゲー
ト及びソース及びノーマリオフ型MESFET2の
ドレイン及びノーマリオフ型MESFET12のゲ
ート(ノード7)に接続され、第2の端子がノー
マリオフ型MESFET5のゲート(ノード10)
に接続され、ゲートには上記第1の端子と第2の
端子間の導通、非導通を制御する信号が入力する
(ノード9)。ノーマリオン型MESFET4はドレ
インが正の電源(ノード6)に、ゲート及びソー
スがノーマリオフ型MESFET5のドレイン(ノ
ード11)に接続され、ノーマリオフ型
MESFET5は、ドレインがノーマリオン型
MESFET4のゲート及びソース(ノード11)
に、ゲートがノーマリオフ型MESFET3のゲー
ト以外の第2の端子(ノード10)に、ソースが
接地電位に接続され、ノーマリオフ型MESFET
12はゲートがノーマリオン型MESFET1のゲ
ート及びソース及びノーマリオフ型MESFET2
のドレイン及びノーマリオフ型MESFET3のゲ
ート以外の第1の端子(ノード7)に接続され、
少くともソースが接地電位に接続される。また、
ノード11が出力ノードとなる。
以下、第1図に基き上記実施例の作用効果につ
いて説明する。ノーマリオン型MESFET1とノ
ーマリオフ型MESFET2、及びノーマリオン型
MESFET4とノーマリオフ型MESFET5はそれ
ぞれE/Dインバータ回路からなる第1及び第2
の論理回路を構成しノーマリオフ型MESFET3
はノード9の制御信号によつてノード7とノード
10の間の導通、非導通を制御するトランスフア
ゲートとなつている。また、ノーマリオフ型
MESFET12は、第1の論理回路の出力ノード
7におけるHighレベルの電位を金属−半導体界
面のシヨツトキバリア高さの電位にクランプする
クランプ手段を構成する。
ノード8からの入力論理信号は、ノーマリオン
型MESFET1とノーマリオフ型MESFET2から
構成されるインバータ回路により反転され、ノー
ド7から出力される。このとき、ノード9への制
御信号がLowレベルでトランスフアゲート3が
非導通状態の時、ノード7のHighレベルは、ノ
ード10へ伝えられない。このとき、ノード7の
Highレベルは、ノーマリオフ型MESFET12の
作用により、ノード6の電源電圧まで上昇するこ
とができず、金属−半導体界面のシヨツトキバリ
ア高さである0.6V程度でクランプさられる。
ノード9からの制御信号がHighレベルでトラ
ンスフアゲート3が導通状態のときは、ノード7
のレベルはノード10に伝えられ、ノード7の
Highレベルは、ノーマリオフ型MESFET12及
びノーマリオフ型MESFET5のゲート・ソース
間のシヨツトキバリア高さでクランプされ、
0.6V程度となる。すなわち、トランスフアゲー
ト3の導通、非導通にかかわらず、常にHighレ
ベルは0.6V程度の一定値になる。従つて、トラ
ンスフアーゲート3が非導通状態でノード7が
Highレベルの時、ノード7の電位は0.6V程度で
あり、次にトランスフアゲート3が導通状態とな
り、同時にノード7の電位がHighレベルから
Lowレベルに変化してもノード7の電位の変化
はトランスフアゲート3がノード7の電位変化以
前から導通状態にあつた場合と同様0.6V程度か
らLowレベル(接地電位程度)までとなる。こ
れは、従来例におけるノード26の電源電位から
Lowレベルまでの変化と比較して電位変化の振
幅が小さく、従つて変化に要する時間が短い。
第3図に、最初トランスフアゲート3,23が
非導通かつノード7,27がHighレベルであつ
た状態から、トランスフアゲートが導通し同時に
ノード7,27がHighレベルからLowレベルに
変化した場合のノード7,27の変化を示す。図
中、41はノード7の変化、42はノード27の
変化を表わす。なおノード6及び26の電源電位
は共に1.0Vとしている。第3図より明らかなよ
うに本発明による回路では従来回路に比べ、
HighレベルからLowレベルへの変化が速くなつ
ており、トランスフアゲート3による遅延時間を
短縮することができる。
上記実施例では、E/D型DCEL回路において
E/Dインバータ出力がトランスフアゲートのゲ
ート以外の1端子に接続されている場合を示した
が、第1及び第2の論理回路を構成しているE/
Dインバータの代わりにNOR回路、NAND回路
でも良く、またDCFL回路以外のあらゆる回路形
式において、インバータあるいはNOR回路ある
いはNAND回路の出力がトランスフアゲートの
ゲート以外の1端子に接続されている場合に適用
することができ同様の効果をあげることができ
る。
第4図及び第5図は本発明の他の実施例を示し
たものである。第4図はノード7を、ソース及び
ドレインが接地電位に接続されたノーマリオフ型
MESFET12のゲートに接続した例であり、第
5図はノード7を、E/Dインバータを構成する
ソース設置のノーマリオフ型MESFET12のゲ
ートに接続した例であり、どちらも同様の効果を
あげることができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、複数の半絶
縁性ガリウム砒素半導体電界効果型トランジスタ
によつて構成され、第1の論理回路の出力ノード
と第2の論理回路の入力ノードとの間をトランス
フアゲートによつて接続したものにおいて、第1
の論理回路の出力ノードにゲートが接続されると
ともに、ソースが接地電位ノードに接続された半
絶縁性ガリウム砒素半導体電界効果トランジスタ
からなるクランプ手段を設けたものとしたため、
トランスフアゲート前段の出力のHighレベルを
金属−半導体界面のシヨツトキ電位程度の電位に
クランプすることができるので、Highレベルか
らLowレベルへの変化時間を短縮でき、高速動
作に適したガリウム砒素半導体集積回路が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例によるE/D型
DCFL回路の回路図、第2図は従来のE/D型
DCFL回路の回路図、第3図はノード7及びノー
ド27の電位の時間変化を示す電位変化状態図で
ある。第4図及び第5図は本発明の他の実施例を
示した回路図である。 1,4,21,24はノーマリオン型
MESFET、2,3,5,12,23,25はノ
ーマリオフ型MESFET、6〜11,26〜31
はそれぞれ各ノードを示す。また、41はノード
7の電位変化、42はノード27の電位変化をそ
れぞれ表わしている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数の半絶縁性ガリウム砒素半導体電界効果
    型トランジスタによつて構成され、少なくとも第
    1の入力ノードと第1の出力ノードとを有し、上
    記第1の入力ノードにゲートが接続され、上記出
    力ノードと接地電位ノードとの間に接続されたノ
    ーマリオフ型の半絶縁性ガリウム砒素半導体電界
    効果トランジスタを有した第1の論理回路、 複数の半絶縁性ガリウム砒素半導体電界効果型
    トランジスタによつて構成され、少なくとも第2
    の入力ノードと第2の出力ノードとを有し、上記
    第2の入力ノードにゲートが接続され、上記出力
    ノードと接地電位ノードとの間に接続されたノー
    マリオフ型の半絶縁性ガリウム砒素半導体電界効
    果トランジスタを有した第2の論理回路、 上記第1の論理回路の第1の出力ノードと上記
    第2の論理回路の第2の入力ノードとの間に接続
    され、導通、非導通状態を制御する制御信号がゲ
    ートに入力される半絶縁性ガリウム砒素半導体電
    界効果型トランジスタからなるトランスフアゲー
    ト、 上記第1の論理回路の第1の出力ノードにゲー
    トが接続されるとともに、ソースが接地電位ノー
    ドに接続された半絶縁性ガリウム砒素半導体電界
    効果トランジスタからなるクランプ手段を備えた
    ガリウム砒素半導体集積回路。 2 第1の論理回路は、インバータ回路あるいは
    NOR回路あるいはNAND回路のいずれか1つの
    回路であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載のガリウム砒素半導体集積回路。 3 第1の論理回路は、第1の入力ノードにゲー
    トが接続されるノーマリオフ型の半絶縁性ガリウ
    ム砒素半導体電界効果型トランジスタが第1の出
    力ノードと接地ノードとの間に接続され、このノ
    ーマリオフ型の半絶縁性ガリウム砒素半導体電界
    効果型トランジスタとでインバータ回路を構成
    し、電源電位ノードと第1の出力ノードとの間に
    接続されるとともにゲートが第1の出力ノードに
    接続されたノーマリオン型の半絶縁性ガリウム砒
    素半導体電界効果型トランジスタを有したもので
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のガリウム砒素半導体集積回路。 4 第2の論理回路は、インバータ回路あるいは
    NOR回路あるいはNAND回路のいずれか1つの
    回路であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載のガリウム砒素半導体集積回
    路。 5 第2の論理回路は、第2の入力ノードにゲー
    トが接続されるノーマリオフ型の半絶縁性ガリウ
    ム砒素半導体電界効果型トランジスタは第2の出
    力ノードと接地ノードとの間に接続され、このノ
    ーマリオフ型の半絶縁性ガリウム砒素半導体電界
    トランジスタとでインバータ回路を構成し、電源
    電位ノードと第2の出力ノードとの間に接続され
    るとともにゲートが第2の出力ノードに接続され
    たノーマリオン型の半絶縁性ガリウム砒素半導体
    電界効果型トランジスタを有したものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項
    のいずれかに記載のガリウム砒素半導体集積回
    路。
JP60268377A 1985-11-30 1985-11-30 ガリウム砒素半導体集積回路 Granted JPS62128554A (ja)

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JPS58130620A (ja) * 1982-01-29 1983-08-04 Toshiba Corp 論理回路
JPS59224174A (ja) * 1983-06-03 1984-12-17 Hitachi Ltd ガリウム砒素集積回路

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