JPH08195671A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH08195671A
JPH08195671A JP7005439A JP543995A JPH08195671A JP H08195671 A JPH08195671 A JP H08195671A JP 7005439 A JP7005439 A JP 7005439A JP 543995 A JP543995 A JP 543995A JP H08195671 A JPH08195671 A JP H08195671A
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Yasuyuki Suzuki
康之 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力信号を利得損失なく出力するソースフォ
ロワ回路や入力回路を提供する。 【構成】 半絶縁性GaAs基板2上に、ディプレッシ
ョン型のN型FETQ1と、レベルシフト用ダイオード
D1と、同じくN型FETQ2とを形成して電源間に直
列に接続してソースフォロワ回路を得る。FETQ1の
近傍にサイドゲート電極1を形成し、このサイドゲート
電極1にソース電位に対して負電位(この例では負電源
VSS)を付与する。このサイドゲート効果により、FE
TQ1の閾値が増大して0V近くになりエンハンスメン
ト型となる。これにより、利得損失をなくし得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特にディプレッション型電界効果トランジスタを有する
ソースフォロワ回路や入力回路をGaAs等の半絶縁性
基板に集積化した半導体集積回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のGaAs FET(電界効果トラ
ンジスタ)からなる入力回路あるいはソースフォロア回
路の例としては図7(a)に示すものがある。図7
(a)において、入力FETQ1と、レベルシフト用ダ
イオードD1と、定電流源用FETQ2とが、アースと
負電源VSSとの間に直列に設けられており、FETQ1
のゲートに入力された入力信号INがダイオードD1の
カソードよりレベルシフトされて出力信号OUTとして
導出される。
【0003】かかる回路において、FETQ1及びQ2
は、通常ソース抵抗が小さいN型導電層を有するディプ
レッション型のFETが用いられ、FETQ1のドレイ
ンはアースに、FETQ2のソース及びドレインは負電
源VSSに接続されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この様な従来の回路に
おいては、ハイレベルが0V、ローレベルが−0.8V
のGaAsの入力信号INが印加されると、図8に示す
様に、出力信号OUTの振幅は減少して、回路利得損失
が生じてしまうことになる。
【0005】そこで、図7(b)に示す様に、FETQ
1のドレイン電圧をアースから正電源VDDに上昇させる
方法があるが、この回路では余分な電源電圧の増加を招
くことになるという問題がある。
【0006】また、図7(c)に示す如く、入力INと
FETQ1のゲートとの間に結合容量C1を用いて、入
力信号AC(交流)結合とし、当該ゲートに、抵抗R
5,R6を用いてバイアスを付与し、入力レベルを設定
する方法がある。しかし、この方法では、入力信号の周
波数が容量C1の値により制限を受け、DC(直流)か
ら高周波までのデータを入力することができないという
欠点がある。
【0007】本発明の目的は、入力信号を利得損失なく
出力することが可能な半導体集積回路を提供することで
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体集積
回路は、ドレインが第1の電源に接続されたディプレッ
ション型の電界効果トランジスタと、この電界効果トラ
ンジスタに対して定電流を供給すべくこのトランジスタ
のソースと第2の電源との間に設けられた定電流源と、
前記電界効果トランジスタのソース出力を外部へ導出す
る出力端子とを含む半導体集積回路であって、前記電界
効果トランジスタの近傍に設けられこのトランジスタの
ソース電位に対して、N型の場合には低い電位が、P型
の場合には高い電位が付与されたサイドゲート電極を有
することを特徴としている。
【0009】
【作用】GaAsやInP等の半絶縁性(半導体)基板
上に形成されたFETの近傍に、サイドゲート電極を設
け、このサイドゲート電極に与える電位に従って、当該
FETの閾値が変化する。この現象を用いて、FETの
利得損失を補償するものである。
【0010】
【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例について
詳述する。
【0011】図1(a),(b)は本発明の実施例の各
回路図である。図1(a)を参照すると、FETQ1は
N型導電層を有し、例えば閾値電圧が−0.5Vのディ
プレッション型である。このFETQ1のドレインはア
ースに接続され、ゲートには入力信号が印加されてい
る。そして、ソース出力はレベルシフト用ダイオードD
1を介して出力端子へ導出されソースフォロワ出力信号
OUTとなる。
【0012】これ等FETQ1やダイオードD1へ動作
電流を供給する定電流源用FETQ2が出力端子と負電
源VSSとの間に設けられている。このFETQ2のドレ
インは出力端子に、ソースとゲートは負電源に夫々接続
されている。
【0013】図3は図1(a)の回路を集積化した場合
の断面図である。GaAsの半絶縁(半導体)基板2の
一主表面上に、N型の動作層3と、これを挟む様に設け
られN+ 型層の各上部に形成されたソース電極5及びド
レイン電極7と、N型動作層3上に形成されたゲート電
極9とによりFETQ1が構成されている。
【0014】そして、FETQ1のN型動作層の近傍
(例えば5μm離れた箇所)にサイド電極1が形成され
ている。このサイド電極1もN+ 型層の上部に設けられ
ている。
【0015】FETQ2も、FETQ1と同様に、N型
の動作層4と、これを挟む様に設けられN+ 型層の各上
部に形成されたソース電極6及びドレイン電極8と、N
型動作層4上に形成されたゲート電極10とにより構成
されている。
【0016】レベルシフト用ダイオードD1はアノード
としてのN型層11と、カソードとしてのN+ 型層と、
これ等各層上に設けられた電極13,14とからなり、
ショットキ型ダイオードとして動作する。
【0017】FETQ1の閾値電圧とサイドゲート電極
の電圧との関係は、図4に示す如くサイドゲート電位が
ソース電位に対して0Vよりも小さくなれば、閾値電圧
は高くなるという特性が知られており、これはサイドゲ
ート効果と称されている。サイドゲート電極の電位によ
り、FETの動作層の電位が変調を受け、閾値電圧ひい
ては動作電流が変化する現象である。
【0018】ここで、負電源電圧VSSを−5.2Vに設
定すると、FETQ1のサイドゲート電極も−5.2V
となり、FETの閾値電圧は0.1Vとなり、FETQ
1はディプレッション型からエンハンスメント型とな
る。
【0019】この図1(a)の回路に、0V〜−0.8
Vの入力信号が印加されると、出力は図5に示す様に直
線となり、振幅の減少はなく、利得損失は生じないので
ある。
【0020】また、サイドゲート電極は電源電圧VSSに
より常にDC的に固定されているので、回路の動作速度
はサイドゲートの応答時間とは無関係であり、回路全体
の動作速度が損なわれることはない。
【0021】尚、この例では、FETQ1のサイドゲー
ト電圧を電源電圧VSS=−5.2Vとしているが、図1
(b)の例に示す様に、抵抗R1とR2との分圧回路に
よる分圧電圧を用いることにより、サイドゲート電圧を
0〜−5.2Vの任意の値とすることができる。更にサ
イドゲート電極の位置、すなわちFETQ1の動作層と
の距離を短くすれば、サイドゲート電圧と閾値電圧との
関係がより急峻となり、閾値電圧を大きくすることがで
きる。
【0022】また、レベルシフト用のダイオードD1は
複数個直列接続しても良いし、ダイオードそのものを用
いなくても良く、レベルシフト電圧に応じて定められる
ものである。
【0023】図2は本発明の応用例を示す回路図であ
る。例えば、閾値電圧−0.5Vのディプレッション型
FETQ5〜Q7と抵抗R3,R4からなる差動増幅器
100の一対の差動出力に、これ等FETQ5〜Q7と
同一閾値電圧を有するディプレッション型FETQ1,
Q3の各ゲートが夫々接続され、各ドレインが、例えば
3.3Vの電源VDDに接続されている。
【0024】これ等FETQ1,Q3の各ソースは定電
流源用FETQ2,Q4のドレインに接続されると共
に、一対の出力となっている。FETQ2,Q4のソー
スはゲートと共通とされてアースに接続されており、F
ETQ1,Q3の各サイドゲート電極はアースに接続さ
れている。
【0025】FETQ1〜Q4が出力ソースフォロワ回
路101を形成しており、この例ではレベルシフトダイ
オードは使用されていない。
【0026】この回路において、FETQ1,Q3に入
力される信号のレベルは前段の差動増幅器100にて決
定され、ハイレベルは3.3Vであるから、ローレベル
は (3.3−R×Io)V となる。尚、Rは抵抗R3,R4の抵抗値、IoはFE
TQ5,Q6に流れる電流値である。
【0027】FETQ1,Q3は、サイドゲート電極が
ソースよりも負側(アース)にバイアスされているため
に、サイドゲート効果により閾値電圧が高くなり、エン
ハンスメント型となる。
【0028】図6は本発明によるソースフォロワ回路の
利得の周波数特性(実線)を示すものであり、比較のた
めに図7に示した従来のソースフォロワ回路の利得の周
波数特性(点線)をも併記している。この様に、本発明
によるソースフォロワ回路においては、利得損失が生じ
ないことが判る。
【0029】尚、上記実験例では、N型のFETの例を
示したが、P型のFETについても同様に適用できる。
この場合には、図3の構造において、N及びN+ 層をP
及びP+ 層にすれば良く、サイドゲート電極の電位はソ
ース電位に対して高くすれば良いものである。
【0030】半絶縁性(半導体)基板の例としては、上
述のGaAsの他に、InPやSi等の高抵抗基板を用
いることができる。
【0031】
【発明の効果】叙上の如く、本発明によれば、電源電圧
の増加や入力信号のAC結合をなすことなく利得損失の
ない入力回路やソースフォロワ回路を構成できるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a),(b)は本発明の実施例の各回路図で
ある。
【図2】本発明の応用例の回路図である。
【図3】本発明の実施例の半導体集積回路の断面図であ
る。
【図4】FETの閾値電圧とサイドゲート電圧との関係
を示す図である。
【図5】本発明の実施例のDC伝達特性を示す図であ
る。
【図6】本発明の実施例の回路利得の周波数特性を示す
図である。
【図7】(a)〜(c)は従来のソースフォロワ回路の
各例を示す図である。
【図8】図7(a)の回路のDC伝達特性を示す図であ
る。
【符号の説明】
Q1,Q3 入力FET Q2,Q4,Q7 定電流源FET Q5,Q6 差動FET R1〜R4 抵抗 D1 ダイオード 1 サイドゲート電極 2 半絶縁性GaAs基板 3,4 N型動作層 5,6 ソース電極 7,8 ドレイン電極 9,10 ゲート電極 11 アノード 12 カソード

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレインが第1の電源に接続されたディ
    プレッション型の電界効果トランジスタと、この電界効
    果トランジスタに対して定電流を供給すべくこのトラン
    ジスタのソースと第2の電源との間に設けられた定電流
    源と、前記電界効果トランジスタのソース出力を外部へ
    導出する出力端子とを含む半導体集積回路であって、前
    記電界効果トランジスタの近傍に設けられこのトランジ
    スタのソース電位に対して、N型の場合には低い電位
    が、P型の場合には高い電位が付与されたサイドゲート
    電極を有することを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 前記ソースと前記定電流源との間に設け
    られたレベルシフト用のダイオードを更に含むことを特
    徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記電界効果トランジスタは、半絶縁性
    の基板の一主表面に形成されており、前記サイドゲート
    電極は前記基板の一主表面の前記トランジスタの近傍に
    形成されていることを特徴とする請求項1または2記載
    の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 前記基板はGaAs,InPからなる高
    抵抗基板であり、前記基板の一主表面に前記電界効果ト
    ランジスタ、前記定電流源のための電界効果トランジス
    タ等が不純物導入により形成されていることを特徴とす
    る請求項3記載の半導体集積回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9659653B2 (en) 2010-02-05 2017-05-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device

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