JPH08274346A - Semiconductor device and circuit using the same - Google Patents

Semiconductor device and circuit using the same

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JPH08274346A
JPH08274346A JP7126295A JP7126295A JPH08274346A JP H08274346 A JPH08274346 A JP H08274346A JP 7126295 A JP7126295 A JP 7126295A JP 7126295 A JP7126295 A JP 7126295A JP H08274346 A JPH08274346 A JP H08274346A
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JP
Japan
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control electrode
semiconductor device
semiconductor
channel region
channel
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Application number
JP7126295A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuma Tanimoto
琢磨 谷本
Hidetoshi Matsumoto
秀俊 松本
Isao Obe
功 大部
Toru Nakamura
徹 中村
Satoshi Tanaka
聡 田中
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ゲート耐圧を確保し特性を向上したデュアルゲ
ートFETを得て、高性能な増幅回路およびミキサ回路
を得る。 【構成】デュアルゲートFETの電圧制御時の真性部分
コンダクタンスを、第1ゲート電極53使用時に第2ゲ
ート電極54使用時より大きくし、ドレイン耐圧は第2
ゲート電極54が第1ゲート電極53より大きくし、相
互コンダクタンスの劣化をなくし素子の耐圧を向上させ
る。
(57) [Summary] [Purpose] To obtain a high performance amplifier circuit and mixer circuit by obtaining a dual gate FET with secured gate breakdown voltage and improved characteristics. [Structure] The intrinsic partial conductance during voltage control of a dual gate FET is made larger when using the first gate electrode 53 than when using the second gate electrode 54, and the drain breakdown voltage is the second.
By making the gate electrode 54 larger than the first gate electrode 53, deterioration of mutual conductance is eliminated and the breakdown voltage of the element is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特性を向上させた半導
体装置と、この半導体装置を用いた低雑音増幅回路およ
びミキサ回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having improved characteristics, a low noise amplifier circuit and a mixer circuit using the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】回路の特性を向上するため通常のシング
ルゲート電界効果トランジスタ(FET)の代りに、ソ
ース・ドレイン間に2つのゲートを備えて安定した高利
得の高周波増幅が可能な、デュアルゲートFETが用い
られる。従来のデュアルゲートFETは、例えばアイ・
イー・イー・イー・トランザクション・オン・エレクト
ロン・デバイス(IEEE Trans. Electron Dev
ices)ED−25、(1978)、580頁に記載され
ている。
2. Description of the Related Art In order to improve the characteristics of a circuit, instead of a normal single gate field effect transistor (FET), two gates are provided between a source and a drain to enable stable high gain high frequency amplification, and a dual gate. FET is used. The conventional dual gate FET is, for example,
E-E-Transaction on Electron Device (IEEE Trans. Electron Dev)
ices) ED-25, (1978), p. 580.

【0003】このデュアルゲートFETは、図5に示す
ように半絶縁性GaAs基板1上に、GaAsチャネル
層2、アンドープInGaAsバリア層3、n型コンタ
クト層4が積層され、上記n型コンタクト層4上に、ソ
ース電極51とドレイン電極52とが設けられ、ソース
電極51の近くに第1ゲート電極53、ドレイン電極5
2の近くに第2ゲート電極54が形成されているが、上
記第1ゲート電極53と第2ゲート電極54とは、通常
は同じ工程で同時に形成される。
In this dual gate FET, a GaAs channel layer 2, an undoped InGaAs barrier layer 3 and an n-type contact layer 4 are laminated on a semi-insulating GaAs substrate 1 as shown in FIG. A source electrode 51 and a drain electrode 52 are provided on the upper side, and a first gate electrode 53 and a drain electrode 5 are provided near the source electrode 51.
Although the second gate electrode 54 is formed near 2, the first gate electrode 53 and the second gate electrode 54 are usually formed simultaneously in the same step.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のデュアルゲ
ートFETは第1ゲート電極と第2ゲート電極とが同じ
工程により作製され、特性が同一であった。このような
FETを高出力増幅器やミキサ等に適用する場合は、ゲ
ート耐圧を増加させることが不可欠であるが、耐圧増加
に伴い寄生抵抗が増大するという問題点があった。
In the conventional dual gate FET described above, the first gate electrode and the second gate electrode were manufactured by the same process, and the characteristics were the same. When such an FET is applied to a high-power amplifier, a mixer, or the like, it is essential to increase the gate breakdown voltage, but there is a problem that the parasitic resistance increases as the breakdown voltage increases.

【0005】本発明の目的は、デュアルゲートFETの
ゲート電極のように第1と第2の制御電極を有する半導
体装置において、上記制御電極の耐圧を確保しながら特
性を向上させるとともに、上記半導体装置を用いて高性
能な低雑音増幅回路およびミキサ回路を得ることであ
る。
An object of the present invention is to improve the characteristics of a semiconductor device having first and second control electrodes like the gate electrode of a dual gate FET while ensuring the withstand voltage of the control electrode, and at the same time, to improve the characteristics of the semiconductor device. To obtain a high-performance low noise amplifier circuit and mixer circuit.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
の所望領域に設けたキャリア注入部およびキャリア引出
し部と、上記キャリアの注入部および引出し部間に設け
たチャネル領域と、該チャネル領域の電流を制御するた
めに、チャネル領域上部に設けた第1制御電極および第
2制御電極を有する半導体装置において、上記第1およ
び第2制御電極のうち、上記キャリア注入部に近い方を
第1制御電極にするとき、上記第1制御電極で電圧制御
したときの真性部分の相互コンダクタンスは、第2制御
電極で電圧制御したときの真性部分の相互コンダクタン
スよりも大きいことにより達成される。
The above object is to provide a carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and a channel region of the channel region. In a semiconductor device having a first control electrode and a second control electrode provided above a channel region for controlling a current, one of the first and second control electrodes, which is closer to the carrier injection part, is the first control. When the electrode is used, the transconductance of the intrinsic portion when the voltage is controlled by the first control electrode is larger than the transconductance of the intrinsic portion when the voltage is controlled by the second control electrode.

【0007】また、上記半導体装置において、上記第1
および第2制御電極のうち、上記キャリア注入部に近い
方を第1制御電極とするとき、第1制御電極とキャリア
引出し部の電極との間のショットキ逆方向耐圧が、第2
制御電極とキャリア引出し部の電極との間のショットキ
逆方向耐圧よりも大きいことによって達成される。
In the above semiconductor device, the first
When one of the second control electrode and the second control electrode which is closer to the carrier injection part is used as the first control electrode, the Schottky reverse breakdown voltage between the first control electrode and the electrode of the carrier extraction part is the second control electrode.
It is achieved by being larger than the Schottky reverse breakdown voltage between the control electrode and the electrode of the carrier extraction portion.

【0008】さらに第1制御電極は、直下のチャネル領
域から第1制御電極までの距離を、第2制御電極直下の
チャネル領域から第2制御電極までの距離より小さくす
ることによって、または、第1制御電極直下のチャネル
領域におけるチャネル導電型のイオン化不純物濃度が、
第2制御電極直下におけるチャネル領域のチャネル導電
型のイオン化不純物濃度よりも小さいことにより達成さ
れる。
Further, the first control electrode is configured such that the distance from the channel region directly below to the first control electrode is smaller than the distance from the channel region directly below the second control electrode to the second control electrode, or The channel conductivity type ionized impurity concentration in the channel region directly below the control electrode is
This is achieved by setting the concentration of ionized impurities of the channel conductivity type of the channel region immediately below the second control electrode to be lower.

【0009】また、第2制御電極は、その接触する半導
体材料が上記第1制御電極に接触する半導体材料と異な
ることにより、さらに、上記半導体材料は上記第1制御
電極が接触する半導体材料より電子親和力が小さな材料
で、上記チャネルを走行するキャリアが電子であること
によって、さらにはまた、上記半導体材料は上記第1制
御電極が接触する半導体材料よりも、電子親和力とバン
ドギャップの和が大きな材料で、上記チャネルを走行す
るキャリアが正孔であることにより、それぞれ達成する
ことができる。
Further, the semiconductor material in contact with the second control electrode is different from the semiconductor material in contact with the first control electrode, and further, the semiconductor material is more electronic than the semiconductor material with which the first control electrode is in contact. Since the carrier that travels in the channel is an electron, which is a material having a small affinity, the semiconductor material has a larger sum of the electron affinity and the band gap than the semiconductor material in contact with the first control electrode. Then, it can be achieved by the fact that the carriers traveling in the channel are holes.

【0010】また、上記第1および第2の制御電極が、
半導体凹部に形成されたヘテロ接合の上部にそれぞれ配
置されることにより、または、上記凹部の形状がそれぞ
れ異なることによって、あるいは、上記凹部の第1制御
電極が配置されている幅が、上記第2制御電極が配置さ
れている幅よりも狭いことによって達成される。
Further, the first and second control electrodes are
By disposing the heterojunction formed in the semiconductor recess on the heterojunction, or by varying the shape of the recess, or by disposing the first control electrode of the recess in the width of the second This is achieved by being narrower than the width where the control electrode is located.

【0011】また、上記チャネル領域が、半導体基板上
にヘテロ接合により形成された半導体層であり、さらに
イオン化不純物を含まず、キャリアを供給するための半
導体層が上記チャネル領域の上または下に、上記チャネ
ル領域と空間的に分離されて配置されることにより、あ
るいは、第1制御電極とキャリア注入部間に電圧を加え
たときに、チャネルを流れるキャリアの極性と同型のイ
オン化不純物を含むことにより、それぞれ達成される。
Further, the channel region is a semiconductor layer formed by a heterojunction on a semiconductor substrate, and a semiconductor layer for supplying carriers which does not contain ionized impurities is provided above or below the channel region. By being spatially separated from the channel region, or by containing an ionized impurity of the same type as the polarity of carriers flowing in the channel when a voltage is applied between the first control electrode and the carrier injection part. , Respectively achieved.

【0012】さらに、上記半導体基板がGaAs基板で
あり、上記チャネル領域がGaAsまたはInGaAs
であり、上記キャリアを供給するための半導体層がAl
GaAsからなることにより、また、GaAs基板でチ
ャネル領域がGaAsからなり、キャリア供給のための
半導体層がGaAsまたはAlGaAsからなることに
より、あるいは、GaAs基板で、チャネル領域がIn
GaAsからなり、キャリア供給の半導体層がInAl
Asからなることにより、さらにまた、GaAs基板で
チャネル領域がInAsからなり、キャリア供給の半導
体層がAlGaSbAsからなることによって、それぞ
れ目的が達成される。
Further, the semiconductor substrate is a GaAs substrate, and the channel region is GaAs or InGaAs.
And the semiconductor layer for supplying the carrier is Al
The channel region is made of GaAs, the channel region is made of GaAs in the GaAs substrate, and the semiconductor layer for carrier supply is made of GaAs or AlGaAs. Alternatively, the channel region is made of In in the GaAs substrate.
The semiconductor layer made of GaAs and supplied with carriers is InAl
By using As, the channel region is made of InAs in the GaAs substrate, and the semiconductor layer for supplying carriers is made of AlGaSbAs.

【0013】また、上記目的は、上記半導体基板がIn
P基板であり、チャネル領域はInGaAsからなり、
キャリア供給のための半導体層がInAlAsからなる
ことによって達成できる。
Further, the above-mentioned object is that the semiconductor substrate is made of In
It is a P substrate, the channel region is made of InGaAs,
This can be achieved when the semiconductor layer for supplying carriers is made of InAlAs.

【0014】さらにまた、上記それぞれの各項に記載し
た半導体装置と、上記半導体装置の第1制御電極に信号
を入力するための手段と、上記第2制御電極に直流電圧
を与えるための手段と、上記キャリア注入部を接地する
ための手段を有し、上記キャリア引出し部から出力する
回路を構成することによって低雑音増幅回路が得られ
る。
Furthermore, the semiconductor device described in each of the above items, means for inputting a signal to the first control electrode of the semiconductor device, and means for applying a DC voltage to the second control electrode. A low noise amplifier circuit can be obtained by including a means for grounding the carrier injecting section and configuring a circuit for outputting from the carrier extracting section.

【0015】さらにまた、上記それぞれの各項に記載し
た半導体装置と、上記半導体装置の第1制御電極に高周
波信号を入力するための手段と、上記第2制御電極に直
流電圧を与えるための手段およびローカル信号を入力す
るための手段と、上記キャリア注入部を接地するための
手段を有し、上記キャリア引出し部から出力する回路を
構成することによってミキサ回路を得ることができる。
Furthermore, the semiconductor device described in each of the above items, means for inputting a high frequency signal to the first control electrode of the semiconductor device, and means for applying a DC voltage to the second control electrode. A mixer circuit can be obtained by forming a circuit for outputting a signal from the carrier extraction unit, which has a unit for inputting a local signal and a unit for grounding the carrier injection unit.

【0016】[0016]

【作用】デュアルゲートFETのような半導体装置を増
幅器として利用する場合には、通常、図7に示すような
回路構成となるが、この回路構成をシミュレーションす
るとき、モデルを簡便にするため、等価的に図8に示す
ようなシングルゲートFETのカスコード接続で代用す
ることが多い。この場合、ソース接地された第1のFE
Tがデュアルゲートの第1ゲート電極制御部分に相当
し、ゲート接地された第2のFETがデュアルゲートの
第2のゲート電極制御部分に相当する。以下ではこの図
8に示す回路構成においてシミュレーションを行った。
シミュレーションには市販のハーモニックバランス法に
よるシミュレータを用い、デバイスモデルはスタッツモ
デルを採用した。つぎに示す表1は出力に対する感度係
数のうち大きなものを示している。
When a semiconductor device such as a dual gate FET is used as an amplifier, the circuit configuration normally becomes as shown in FIG. 7. However, when simulating this circuit configuration, the model is simplified for simplicity. In many cases, cascode connection of a single gate FET as shown in FIG. 8 is used instead. In this case, the first FE whose source is grounded
T corresponds to the first gate electrode control portion of the dual gate, and the second FET whose gate is grounded corresponds to the second gate electrode control portion of the dual gate. Below, a simulation was performed in the circuit configuration shown in FIG.
A commercially available simulator using the harmonic balance method was used for the simulation, and a stats model was adopted as the device model. Table 1 shown below shows the largest sensitivity coefficient with respect to the output.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】表に示すように、第1のFETの相互コン
ダクタンス、第2のFETのゲート−ドレイン間容量お
よびドレインコンダクタンスが大きな影響を与えている
ことがわかる。したがって、性能向上のためには第1の
FETの相互コンダクタンスの向上と、第2のFETの
ゲート−ドレイン間容量およびドレインコンダクタンス
の低下が有効であることがわかる。
As shown in the table, it is understood that the transconductance of the first FET, the gate-drain capacitance and the drain conductance of the second FET have a great influence. Therefore, it can be seen that the improvement of the mutual conductance of the first FET and the reduction of the gate-drain capacitance and the drain conductance of the second FET are effective for improving the performance.

【0019】上記シミュレーションによって得られた第
1FETのドレイン電極位置および第2FETのドレイ
ン電極位置における電位−電流相関図(ダイナミックロ
ードライン)をそれぞれ図9、図10に示す。電源電圧
の2倍強の電圧が第2のFETのドレイン電極にかかっ
ているが、第1のFETにはほとんど電圧がかかってい
ない。すなわち、FETの耐圧は第2のFETが決定し
ていることがわかる。ただし、相互コンダクタンスやゲ
ートのショットキ逆方向耐圧の測定に際し、一方のゲー
トについて測るとき他方のゲートは開放状態にしてあ
る。
The potential-current correlation diagrams (dynamic load lines) at the drain electrode position of the first FET and the drain electrode position of the second FET obtained by the above simulation are shown in FIGS. 9 and 10, respectively. A voltage slightly more than twice the power supply voltage is applied to the drain electrode of the second FET, but almost no voltage is applied to the first FET. That is, it is understood that the withstand voltage of the FET is determined by the second FET. However, when measuring the transconductance and the Schottky reverse breakdown voltage of the gate, when measuring one gate, the other gate is in an open state.

【0020】通常、上記FETのような半導体装置の耐
圧向上や、ゲート−ドレインのようなキャリアの注入部
と引出し部間の容量の低減をはかると、相互コンダクタ
ンスが低下することが知られている。これらのことか
ら、第1と第2の制御電極を有する高性能なデュアルゲ
ートFETのような半導体装置を作製するためには、上
記図8に示した第1のFETの耐圧とゲート−ドレイン
間の容量を犠牲にしながら相互コンダクタンスを向上さ
せ、かつ、第2のFETの相互コンダクタンスを犠牲に
しながら、耐圧向上やキャリアの注入部とキャリアの引
出し部との間の容量低減をはかることによって、素子の
最適化を得ることができる。
It is generally known that the transconductance decreases when the withstand voltage of a semiconductor device such as the above FET is improved and the capacitance between the carrier injection portion and the extraction portion such as the gate-drain is reduced. . From these facts, in order to manufacture a semiconductor device such as a high performance dual gate FET having the first and second control electrodes, the withstand voltage of the first FET shown in FIG. By improving the mutual conductance while sacrificing the capacitance of the second FET, and improving the breakdown voltage and reducing the capacitance between the carrier injection portion and the carrier extraction portion while sacrificing the transconductance of the second FET. Can be optimized.

【0021】[0021]

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図1は本発明による半導体装置の第1実施例を示す
断面構造図、図2は本発明の第2実施例を示す断面構造
図、図3は本発明の第3実施例を示す断面構造図、図4
は本発明の第4実施例である高出力増幅器の回路を示す
図である。つぎに示す材料の記載において、AlGaA
sはGaAs中のGa原子のうちの一部をAlで置換し
たもの、InGaAsはGaAs中のGa原子のうちの
一部をInで置換したもの、InAlAsはAlAs中
のAl原子のうちの一部をInで置換したものを意味す
る。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 is a sectional structural view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a sectional structural view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional structural view showing a third embodiment of the present invention. , Fig. 4
FIG. 8 is a diagram showing a circuit of a high output amplifier according to a fourth embodiment of the present invention. In the following description of materials, AlGaA
s is a part of Ga atoms in GaAs replaced by Al, InGaAs is a part of Ga atoms in GaAs replaced by In, and InAlAs is a part of Al atoms in AlAs. Is replaced with In.

【0022】第1実施例 本発明の半導体装置における第1実施例としてデュアル
ゲートFETの断面構造を図1に示す。半絶縁性GaA
s基板1上に、分子線エピタキシ(MBE)法によりア
ンドープGaAsバッファ層(厚さ:500nm)5、
アンドープInGaAsチャネル層(In組成:0.2
5、厚さ:8nm)2、アンドープAlGaAsスペー
サ層(Al組成:0.25、厚さ:2nm)6、n−A
lGaAsキャリア供給層(Al組成:0.25、厚
さ:15nm、Si濃度:2×1018/cm3)7、ア
ンドープAlGaAsバリア層(Al組成:0.25、
厚さ:10nm)3を成長させ、最後にn−GaAsキ
ャップ層(Si濃度:7×1018/cm3、厚さ:16
0nm)4を堆積する。チャネル層2を含む領域をメサ
型エッチングして素子間分離を行ったあと(エッチング
された部分は図示されていない)、SiOからなる絶縁
膜を蒸着する。キャリア注入部の電極であるソース電極
51およびキャリア引出し部の電極であるドレイン電極
52を、つぎに記載するリフトオフ法によって形成す
る。まず、通常のホトリソグラフィプロセスにより絶縁
膜に開口を形成し、リフトオフのマスクにする。また、
絶縁膜の開口はウエットエッチングによりサイドエッチ
ングし、リフトオフしやすい形状にしておく。さらに、
n−GaAsキャップ層4を40nm程度ウエットエッ
チングによって削り込んでおく。ソース、ドレイン電極
材料にはAuGe/Mo/Auを用い、材料を蒸着後に
窒素雰囲気中で400℃の熱処理を5分行う。
First Embodiment FIG. 1 shows a sectional structure of a dual gate FET as a first embodiment of the semiconductor device of the present invention. Semi-insulating GaA
on the s substrate 1 by the molecular beam epitaxy (MBE) method, an undoped GaAs buffer layer (thickness: 500 nm) 5,
Undoped InGaAs channel layer (In composition: 0.2
5, thickness: 8 nm) 2, undoped AlGaAs spacer layer (Al composition: 0.25, thickness: 2 nm) 6, n-A
lGaAs carrier supply layer (Al composition: 0.25, thickness: 15 nm, Si concentration: 2 × 10 18 / cm 3 ) 7, undoped AlGaAs barrier layer (Al composition: 0.25,
(Thickness: 10 nm) 3, and finally n-GaAs cap layer (Si concentration: 7 × 10 18 / cm 3 , thickness: 16)
0 nm) 4 is deposited. A region including the channel layer 2 is mesa-type etched to separate elements (the etched portion is not shown), and then an insulating film made of SiO is deposited. A source electrode 51 which is an electrode of a carrier injection part and a drain electrode 52 which is an electrode of a carrier extraction part are formed by a lift-off method described below. First, an opening is formed in the insulating film by a normal photolithography process to form a lift-off mask. Also,
The opening of the insulating film is side-etched by wet etching to have a shape that facilitates lift-off. further,
The n-GaAs cap layer 4 is etched by wet etching to about 40 nm. AuGe / Mo / Au is used for the source and drain electrode materials, and after vapor deposition of the material, heat treatment at 400 ° C. is performed for 5 minutes in a nitrogen atmosphere.

【0023】つぎに、同様のホトリソグラフィプロセス
により、第2制御電極である第2ゲート電極のために開
口を有するホトレジストパターンを形成し、ドライエッ
チングにより絶縁膜に開口を設ける。つぎにドライエッ
チングによりn−GaAsキャップ層4を除去する。こ
のとき、等方性のエッチングによりサイドエッチング
し、開口部より大きな領域をエッチング除去する。この
サイドエッチング量は0.5μmとする。つぎに、ゲー
ト長0.5μmの第2ゲート電極54を、アンドープA
lGaAsバリア層3上にリフトオフにより形成する。
ゲート電極材料にはMo/Alを用いる。なお、ゲート
電極の構造はショットキゲートに限らず、他の構造のゲ
ートであっても構わない。
Next, a photoresist pattern having an opening for the second gate electrode which is the second control electrode is formed by the same photolithography process, and an opening is provided in the insulating film by dry etching. Next, the n-GaAs cap layer 4 is removed by dry etching. At this time, side etching is performed by isotropic etching, and a region larger than the opening is removed by etching. The side etching amount is 0.5 μm. Next, the second gate electrode 54 having a gate length of 0.5 μm is undoped A
It is formed on the 1GaAs barrier layer 3 by lift-off.
Mo / Al is used as the gate electrode material. Note that the structure of the gate electrode is not limited to the Schottky gate and may be a gate having another structure.

【0024】つぎに新たにレジストを塗布して、第1制
御電極である第1ゲート電極のために開口を有するレジ
ストパターンを形成し、ドライエッチングにより絶縁膜
に開口を設ける。つぎにドライエッチングによりn−G
aAsキャップ層4を除去する。このとき、等方性のエ
ッチングによりサイドエッチングし、開口部よりも大き
な領域をエッチング除去する。このサイドエッチング量
は0.2μmとする。つぎに、ゲート長0.3μmの第
1ゲート電極53を、アンドープAlGaAsバリア層
3の上にリフトオフによって形成する。ゲート電極材料
にはMo/Alを用いる。このようにして図1に示す構
造の半導体装置を実現した。
Next, a new resist is applied to form a resist pattern having an opening for the first gate electrode which is the first control electrode, and an opening is provided in the insulating film by dry etching. Next, dry etching is applied to nG
The aAs cap layer 4 is removed. At this time, side etching is performed by isotropic etching, and a region larger than the opening is removed by etching. The side etching amount is 0.2 μm. Next, the first gate electrode 53 having a gate length of 0.3 μm is formed on the undoped AlGaAs barrier layer 3 by lift-off. Mo / Al is used as the gate electrode material. Thus, the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 was realized.

【0025】上記第1実施例に基づく半導体装置は、ソ
ース抵抗:0.4Ω・mm、ゲート間抵抗:0.3Ω・
mm、1.9GHzにおける飽和出力33dBm、出力
1dB圧縮点での利得19dB、電力付加効率57%と
高性能を示した。
The semiconductor device according to the first embodiment has a source resistance of 0.4 Ω.mm and a gate resistance of 0.3 Ω.
mm, saturation output 33 dBm at 1.9 GHz, output 19 dB gain at compression point 19 dB, and power added efficiency 57%.

【0026】第2実施例 本発明の第2実施例であるFETの断面構造を図2に示
す。半絶縁性GaAs基板1上に、分子線エピタキシ
(MBE)法によりアンドープGaAsバッファ層(厚
さ:500nm)5、アンドープInGaAsチャネル
層(In組成:0.25、厚さ:8nm)2、アンドー
プAlGaAsスペーサ層(Al組成:0.25、厚
さ:2nm)6、n−AlGaAsキャリア供給層(A
l組成:0.25、厚さ:15nm、Si濃度:5×1
18/cm3)7、アンドープAlGaAsバリア層
(Al組成:0.25、厚さ:10nm)3、アンドー
プGaAsカバー層(厚さ:20nm)8、アンドープ
AlGaAs層(Al組成:0.25、厚さ:3nm)
9を成長させ、最後にn−GaAsキャップ層(Si濃
度:7×1018/cm3、厚さ:160nm)4を堆積
する。
Second Embodiment FIG. 2 shows a cross sectional structure of an FET which is a second embodiment of the present invention. On the semi-insulating GaAs substrate 1, an undoped GaAs buffer layer (thickness: 500 nm) 5, an undoped InGaAs channel layer (In composition: 0.25, thickness: 8 nm) 2, an undoped AlGaAs by a molecular beam epitaxy (MBE) method. Spacer layer (Al composition: 0.25, thickness: 2 nm) 6, n-AlGaAs carrier supply layer (A
l composition: 0.25, thickness: 15 nm, Si concentration: 5 × 1
0 18 / cm 3 ) 7, an undoped AlGaAs barrier layer (Al composition: 0.25, thickness: 10 nm) 3, an undoped GaAs cover layer (thickness: 20 nm) 8, an undoped AlGaAs layer (Al composition: 0.25, (Thickness: 3 nm)
9 is grown, and finally an n-GaAs cap layer (Si concentration: 7 × 10 18 / cm 3 , thickness: 160 nm) 4 is deposited.

【0027】チャネル層2を含む領域をメサ型にエッチ
ングして素子間分離を行ったあと(エッチングされた部
分は図示されていない)、SiOからなる絶縁膜を蒸着
する。ソース電極51およびドレイン電極52をつぎに
記載するリフトオフ法により形成する。まず、通常のホ
トリソグラフィプロセスにより絶縁膜に開口を形成し、
リフトオフのマスクにする。また、絶縁膜の開口はウエ
ットエッチングによりサイドエッチングして、リフトオ
フしやすい形状にしておく。さらに、n−GaAsキャ
ップ層4を40nm程度ウエットエッチングにより削り
込んでおく。ソース・ドレイン電極材料にはAuGe/
Mo/Auを用い、材料蒸着後に窒素雰囲気中で400
℃の熱処理を5分行う。
After the region including the channel layer 2 is etched into a mesa type to separate elements (the etched portion is not shown), an insulating film made of SiO is deposited. The source electrode 51 and the drain electrode 52 are formed by the lift-off method described below. First, an opening is formed in the insulating film by a normal photolithography process,
Use a lift-off mask. In addition, the opening of the insulating film is side-etched by wet etching to have a shape that facilitates lift-off. Furthermore, the n-GaAs cap layer 4 is etched by wet etching to about 40 nm. The source / drain electrode material is AuGe /
After using Mo / Au, 400 in a nitrogen atmosphere after material deposition.
Heat treatment at ℃ for 5 minutes.

【0028】つぎに、同様のホトリソグラフィプロセス
により、第2ゲート電極のために開口を有するホトレジ
ストパターンを形成し、ドライエッチングにより絶縁膜
に開口を設けたのち、ドライエッチングによりn−Ga
Asキャップ層4を除去する。このとき、等方性のエッ
チングによりサイドエッチングし、開口部よりも大きな
領域をエッチング除去する。つぎに、ゲート長0.5μ
mの第2ゲート電極54をアンドープGaAsカバー層
8上にリフトオフにより形成する。ゲート電極材料には
Mo/Alを用いる。
Next, a photoresist pattern having an opening for the second gate electrode is formed by the same photolithography process, an opening is formed in the insulating film by dry etching, and then n-Ga is formed by dry etching.
The As cap layer 4 is removed. At this time, side etching is performed by isotropic etching, and a region larger than the opening is removed by etching. Next, gate length 0.5μ
A second gate electrode 54 of m is formed on the undoped GaAs cover layer 8 by lift-off. Mo / Al is used as the gate electrode material.

【0029】その後、新たにレジストを塗布し、第1ゲ
ート電極のためにレジストの所望位置にEBリソグラフ
ィにより開口し、絶縁膜とn−GaAsキャップ層9を
エッチング除去し、ウエットエッチングと指向性ドライ
エッチングによりアンドープAlGaAs層8に開口を
設ける。つぎに、ゲート長0.3μmの第1ゲート電極
53を、アンドープAlGaAsバリア層3の上にリフ
トオフにより形成する。ゲート電極材料にはMo/Al
を用いる。このようにして図2に示した構造のFETを
有する半導体装置を実現した。
After that, a new resist is applied, a desired position of the resist is opened by EB lithography for the first gate electrode, the insulating film and the n-GaAs cap layer 9 are removed by etching, and wet etching and directional dry are performed. An opening is provided in the undoped AlGaAs layer 8 by etching. Next, the first gate electrode 53 having a gate length of 0.3 μm is formed on the undoped AlGaAs barrier layer 3 by lift-off. Mo / Al for gate electrode material
To use. Thus, the semiconductor device having the FET having the structure shown in FIG. 2 was realized.

【0030】本実施例による装置は、ソース抵抗:0.
43Ω・mm、ゲート間抵抗:0.28Ω・mm、1.
9GHzにおける飽和出力35dBm、出力1dB圧縮
点での利得20dB、電力付加効率60%と高性能を示
した。
The device according to this embodiment has a source resistance: 0.
43 Ω · mm, resistance between gates: 0.28 Ω · mm, 1.
It showed high performance with a saturation output of 35 dBm at 9 GHz, an output of 1 dB at a compression point of 20 dB, and a power added efficiency of 60%.

【0031】なお、上記第1実施例および第2実施例の
条件をつぎのように変更してもよい。上記実施例におい
てはアンドープAlGaAsスペーサ層6の厚さを2n
mとしたが、1〜4nmの範囲で良好な結果が得られ
た。また、n−AlGaAsキャリア供給層7のイオン
化不純物濃度は上記に限らず、0.3〜6×1018/c
3の範囲であれば良好な結果を得ることができる。ま
た、ソース、ドレインに用いるオーミック材料やゲート
用のショットキ材料は上記に限らず他の材料、例えばシ
ョットキ材料としてはAl、Pt/Ti/Pt/Au
等、オーミック材料としてはTi/Au等のノンアロイ
オーミック材料等を用いてもよい。製造工程におけるエ
ピタキシャル結晶成長法は、MBE法の代りに原子層単
位で成長が制御できる方法、例えば有機金属化学気相成
長(MOCVD)法等を用いても同様の結果が得られ
る。また、n−GaAsキャップ層4はGaAsに限ら
ず、オーミック接触がとりやすい物質、例えばInGa
As等を用いてもよい。またゲート直下のアンドープA
lGaAs層3およびアンドープGaAsカバー層8
は、耐圧を小さくしない程度に1×1017/cm~3以下
のn−AlGaAsなどを用いてもよい。また、寄生抵
抗低減のためにイオン打ち込み等を併用してもよい。ま
た、本実施例ではチャネルとイオン不純物層とが空間的
に分離されているHEMT構造を用いたが、これに限ら
ずキャリア供給層が基板側にある逆HEMT、チャネル
を挾んで両方に配置されているダブルヘテロHEMT、
チャネルにイオン化不純物がドーピングされているHI
GFET等の他の結晶構造でも同様な効果がある。ま
た、本実施例ではNチャネルFETの例を用いたが、P
チャネルFETの場合でも全く同様である。この場合は
イオン化不純物にP形の材料、例えば炭素、ベリリウ
ム、マグネシウム等を用いればよい。材料も本実施例で
用いたGaAs/AlGaAs/InGaAs系に限ら
ず、Sb系材料、例えばGaAsSb、InGaAsS
b等を用いると特性がより向上する。また、基板材料と
してInP等の材料を用いても同様の効果があることは
いうまでもなく、このときにはチャネル層にInGaA
s、キャリア供給層にInAlAsを用いると特性はさ
らに向上する。
The conditions of the first and second embodiments may be changed as follows. In the above embodiment, the thickness of the undoped AlGaAs spacer layer 6 is 2n.
Although m was used, good results were obtained in the range of 1 to 4 nm. Further, the ionized impurity concentration of the n-AlGaAs carrier supply layer 7 is not limited to the above, but is 0.3 to 6 × 10 18 / c.
Good results can be obtained within the range of m 3 . The ohmic material used for the source and drain and the Schottky material for the gate are not limited to the above, and other materials such as Al, Pt / Ti / Pt / Au as the Schottky material.
As the ohmic material, a non-alloy ohmic material such as Ti / Au may be used. Similar results can be obtained by using an epitaxial crystal growth method in the manufacturing process, instead of the MBE method, in which the growth can be controlled in atomic layer units, for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Further, the n-GaAs cap layer 4 is not limited to GaAs, but may be a substance such as InGa that easily makes ohmic contact.
You may use As etc. Also, undoped A just under the gate
1 GaAs layer 3 and undoped GaAs cover layer 8
May use n-AlGaAs or the like having a breakdown voltage of 1 × 10 17 / cm 3 or less so that the breakdown voltage is not reduced. In addition, ion implantation or the like may be used together to reduce parasitic resistance. Although the HEMT structure in which the channel and the ion impurity layer are spatially separated is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and the carrier supply layer is arranged on both sides of the reverse HEMT on the substrate side and the channel. Double hetero HEMT,
HI with channel doped with ionized impurities
Other crystal structures such as GFET have the same effect. In addition, although the example of the N-channel FET is used in this embodiment, P
The same applies to the case of the channel FET. In this case, a P-type material such as carbon, beryllium, or magnesium may be used as the ionized impurities. The material is not limited to the GaAs / AlGaAs / InGaAs system used in this embodiment, but an Sb system material such as GaAsSb or InGaAsS.
When b or the like is used, the characteristics are further improved. Needless to say, the same effect can be obtained even if a material such as InP is used as the substrate material.
s, the characteristics are further improved by using InAlAs for the carrier supply layer.

【0032】第3実施例 本発明の第3実施例における断面図を図3に示す。あら
かじめ半絶縁性GaAs基板1上に、高耐圧層8を成長
しておき、絶縁膜を蒸着して通常のホトリソグラフィプ
ロセスにより所望位置にソースおよびドレイン電極領域
のための開口部を設ける。つぎにSiイオン打ち込み
(照射量:3×1013/cm~2、加速電圧:125k
V)を行う。さらに、ホトリソグラフィプロセスにより
所望位置にチャネル領域形成のための開口部を設け、S
iイオン打ち込み(照射量:5×1012/cm~2、加速
電圧:80kV)とMgイオン打ち込み(照射量:5×
1012/cm~2、加速電圧:150kV)とを行う。さ
らにN′層のためにホトリソグラフィプロセスで所望位
置に開口部を設けてSiイオン打ち込み(照射量:1×
N′層、加速電圧:200kV)を行い、アルシン雰囲
気中で850℃の熱処理を20分行う。つぎに第2ゲー
ト電極が配置される場所のまわりだけ高耐圧層8を残し
て、他の領域の高耐圧層8をエッチングで除去する。つ
いで、ソース電極51およびドレイン電極52をリフト
オフにより形成する。ソース・ドレイン電極材料にはA
uGe/Mo/Auを用い、材料蒸着後に窒素雰囲気中
で400℃の熱処理を5分行う。リフトオフのマスクは
通常のホトリソグラフィプロセスにより、絶縁膜に開口
を形成したものを用いる。また、絶縁膜の開口はウエッ
トエッチングによりサイドエッチングして、リフトオフ
しやすい形状にしておく。つぎに、通常のホトリソグラ
フィプロセスにより所望の部分を開口し、ドライエッチ
ングにより絶縁膜をエッチング除去する。ゲート長1μ
m、ゲート幅12mmのゲート電極53および54をリ
フトオフにより形成する。ゲート電極材料にはTi/P
t/Auを用いる。上記のようにして図3に示した構造
の半導体装置を実現した。
Third Embodiment FIG. 3 shows a sectional view of a third embodiment of the present invention. The high breakdown voltage layer 8 is previously grown on the semi-insulating GaAs substrate 1, an insulating film is vapor-deposited, and openings for source and drain electrode regions are formed at desired positions by a normal photolithography process. Next, Si ion implantation (irradiation amount: 3 × 10 13 / cm to 2 , acceleration voltage: 125 k)
V) is performed. Further, an opening for forming a channel region is provided at a desired position by a photolithography process, and S
i ion implantation (irradiation dose: 5 × 10 12 / cm to 2 , accelerating voltage: 80 kV) and Mg ion implantation (irradiation dose: 5 ×
10 12 / cm to 2 and accelerating voltage: 150 kV). Further, for the N'layer, an opening is provided at a desired position by a photolithography process and Si ion implantation (irradiation dose: 1 ×
N ′ layer, accelerating voltage: 200 kV), and heat treatment at 850 ° C. for 20 minutes in an arsine atmosphere. Next, the high breakdown voltage layer 8 is left only around the place where the second gate electrode is arranged, and the high breakdown voltage layer 8 in other regions is removed by etching. Then, the source electrode 51 and the drain electrode 52 are formed by lift-off. A for source / drain electrode material
Using uGe / Mo / Au, heat treatment at 400 ° C. is performed for 5 minutes in a nitrogen atmosphere after the material deposition. As the lift-off mask, a mask having an opening formed in an insulating film by a normal photolithography process is used. In addition, the opening of the insulating film is side-etched by wet etching to have a shape that facilitates lift-off. Next, a desired portion is opened by an ordinary photolithography process, and the insulating film is removed by dry etching. Gate length 1μ
The gate electrodes 53 and 54 having a width of m and a gate width of 12 mm are formed by lift-off. Ti / P for gate electrode material
t / Au is used. The semiconductor device having the structure shown in FIG. 3 was realized as described above.

【0033】本実施例による半導体装置は、ソース抵
抗:0.35Ω・mm、ゲート間抵抗:0.3Ω・m
m、1.9GHzにおける飽和出力30dBm、出力1
dB圧縮点での利得17dB、電力付加効率55%と高
性能を示した。
The semiconductor device according to this embodiment has a source resistance of 0.35 Ω · mm and a gate resistance of 0.3 Ω · m.
m, saturation output 30 dBm at 1.9 GHz, output 1
The gain was 17 dB at the dB compression point, and the power added efficiency was 55%, showing high performance.

【0034】なお、本実施例における各条件をつぎのよ
うにしても差支えない。SiおよびMgイオン打ち込み
条件およびアニール条件や各電極材料等は、上記に限ら
ず所望のFET特性に応じた適当な条件に変えてもよ
い。また、N′層およびMgインプラは省いてもよい。
さらに、MgイオンやBeイオンのようなP形となるイ
オンをチャネル形成するよりも、高エネルギーで打ち込
むことによりp型のバッファ領域を設けてもよい。ま
た、これらの実施例ではNチャネル電界効果トランジス
タの例を示したが、Pチャネルでも良好な結果が得られ
るが、この場合はNドープ層をPドープ層にすることに
よって達成される。
The conditions in this embodiment may be set as follows. The Si and Mg ion implantation conditions, the annealing conditions, the electrode materials and the like are not limited to the above, and may be changed to appropriate conditions according to desired FET characteristics. Further, the N'layer and the Mg implanter may be omitted.
Further, a p-type buffer region may be provided by implanting with high energy rather than forming a channel of P-type ions such as Mg ions and Be ions. Further, although an example of an N-channel field effect transistor has been shown in these embodiments, good results can be obtained also in a P-channel, but this case can be achieved by making the N-doped layer a P-doped layer.

【0035】また、ゲート金属材料にはTi/Pt/A
uを用いたが、これに限らず、Al、Ti/Al、WS
i等を用いてもよい。また、ソース、ドレイン電極材料
もMo/Au等を用いることもできる。プロセスもゲー
トをリフトオフによって形成する方法をとったが、これ
に限らずゲートを先に形成し、セルフアラインにインプ
ラ領域を形成する方法を用いてもよい。
The gate metal material is Ti / Pt / A.
u was used, but not limited to this, Al, Ti / Al, WS
You may use i etc. Further, Mo / Au or the like can be used as the source and drain electrode materials. The process also employs the method of forming the gate by lift-off, but the method is not limited to this, and the method of forming the gate first and forming the implantation region in self-alignment may be used.

【0036】第4実施例 本発明の半導体装置を用いた高出力増幅器の第4実施例
を図4に示す。第1実施例ないし第3実施例のいずれか
に記載したデュアルゲートFET100を線路113や
コンデンサ108を用いたマッチング回路とともに半導
体基板上に形成する。こうして得られた高出力増幅器
は、FET100のドレイン電圧およびドレイン電流が
それぞれ4.7Vおよび30mA、入力信号パワー10
0mW、周波数1.9GHzという条件下で、変換利得
15dB、雑音指数2.5dB、入出力VSWR2以下
という良好な性能が得られた。
Fourth Embodiment A fourth embodiment of a high power amplifier using the semiconductor device of the present invention is shown in FIG. The dual gate FET 100 described in any of the first to third embodiments is formed on the semiconductor substrate together with the matching circuit using the line 113 and the capacitor 108. The high-power amplifier thus obtained has a drain voltage and a drain current of the FET 100 of 4.7 V and 30 mA, respectively, and an input signal power of 10 mA.
Under the conditions of 0 mW and frequency of 1.9 GHz, good performance such as conversion gain of 15 dB, noise figure of 2.5 dB, and input / output VSWR of 2 or less was obtained.

【0037】なお、本実施例ではマッチング回路が同一
基板上にある、いわゆるモノリシックICの例を示した
が、多少性能が落ちるけれども製作が容易なハイブリッ
ドIC、すなわちマッチング回路が同一基板上にないも
のでも良好な結果が得られる。また、周波数帯が1.9
GHz帯の回路について記載したが、マッチング回路の
変更で他の周波数帯でも良好な特性が得られた。さら
に、動作電流や動作電圧が小さい用途、例えば自動車電
話や携帯電話等の低消費電力動作が必要な場合でも良好
な特性が得られた。この場合、従来素子を用いて実現で
きたのと同等な特性を得るために必要なセルサイズを、
半分以下にすることができた。これは、本発明によって
得られた素子の性能が従来素子よりもよいため、少ない
素子数で回路を構成しても高性能な増幅器が得られるか
らである。
In this embodiment, an example of a so-called monolithic IC in which the matching circuit is on the same substrate has been shown, but a hybrid IC which is slightly deteriorated in performance but is easy to manufacture, that is, a matching circuit is not on the same substrate. But good results are obtained. The frequency band is 1.9.
Although the circuit in the GHz band is described, good characteristics were obtained in other frequency bands by changing the matching circuit. Furthermore, good characteristics were obtained even in applications where the operating current and operating voltage are small, for example, when low power consumption operation is required for car phones and mobile phones. In this case, the cell size required to obtain the same characteristics as those that could be realized using conventional elements,
I was able to reduce it to less than half. This is because the element obtained by the present invention has better performance than the conventional element, and thus a high-performance amplifier can be obtained even if the circuit is configured with a small number of elements.

【0038】[0038]

【発明の効果】上記のように本発明による半導体装置
は、半導体基板の所望領域に設けたキャリア注入部およ
びキャリア引出し部と、上記キャリアの注入部および引
出し部間に設けたチャネル領域と、該チャネル領域の電
流を制御するために、チャネル領域上部に設けた第1制
御電極および第2制御電極を有する半導体装置におい
て、上記第1および第2制御電極のうち、上記キャリア
注入部に近い方を第1制御電極とするとき、上記第1制
御電極で電圧制御したときの真性部分の相互コンダクタ
ンスが、第2制御電極で電圧制御したときの真性部分の
相互コンダクタンスよりも大きいことにより、耐圧が高
く性能がよい半導体装置を得ることができ、これを用い
た高出力増幅器等の性能を向上させることができる。
As described above, the semiconductor device according to the present invention includes a carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and In a semiconductor device having a first control electrode and a second control electrode provided above the channel region for controlling a current in the channel region, one of the first and second control electrodes, which is closer to the carrier injection portion, is selected. When the first control electrode is used, the withstand voltage is high because the transconductance of the intrinsic part when the voltage is controlled by the first control electrode is larger than the transconductance of the intrinsic part when the voltage is controlled by the second control electrode. A semiconductor device with good performance can be obtained, and the performance of a high output amplifier or the like using the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体装置の第1実施例を示す断
面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明の第2実施例を示す断面構造図である。FIG. 2 is a sectional structural view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例を示す断面構造図である。FIG. 3 is a sectional structural view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例である高出力増幅器の回路
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit of a high output amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明のデュアルゲート電界効果トランジスタ
の基本構造を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a basic structure of a dual gate field effect transistor of the present invention.

【図6】従来のデュアルゲート電界効果トランジスタを
示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional dual gate field effect transistor.

【図7】デュアルゲートFETを用いた増幅回路を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing an amplifier circuit using a dual gate FET.

【図8】2つのシングルゲートFETを用いた等価的な
増幅回路を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an equivalent amplifier circuit using two single gate FETs.

【図9】第1FETのドレイン電極における電流−電圧
相関図である。
FIG. 9 is a current-voltage correlation diagram at the drain electrode of the first FET.

【図10】第2FETのドレイン電極における電流−電
圧相関図である。
FIG. 10 is a current-voltage correlation diagram at the drain electrode of the second FET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 チャネル領域 51 キャリア注入部電極 52 キャリア引出し部電極 53 第1制御電極 54 第2制御電極 1 Semiconductor Substrate 2 Channel Region 51 Carrier Injection Part Electrode 52 Carrier Extraction Part Electrode 53 First Control Electrode 54 Second Control Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 徹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田中 聡 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Toru Nakamura 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji City, Tokyo Metropolitan Research Center, Hitachi, Ltd. (72) Satoshi Tanaka 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Center

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の所望領域に設けたキャリア注
入部およびキャリア引出し部と、上記キャリアの注入部
および引出し部間に設けたチャネル領域と、該チャネル
領域の電流を制御するために、チャネル領域上部に設け
た第1制御電極および第2制御電極を有する半導体装置
において、上記第1および第2制御電極のうち、上記キ
ャリア注入部に近い方を第1制御電極とするとき、上記
第2制御電極で電圧制御したときの真性部分の相互コン
ダクタンスは、第1制御電極で電圧制御したときの真性
部分の相互コンダクタンスよりも大きいことを特徴とす
る半導体装置。
1. A carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and a channel for controlling a current in the channel region. In a semiconductor device having a first control electrode and a second control electrode provided in the upper part of the region, when one of the first and second control electrodes closer to the carrier injection part is the first control electrode, the second control electrode is used. A semiconductor device, wherein the transconductance of the intrinsic portion when the voltage is controlled by the control electrode is larger than the transconductance of the intrinsic portion when the voltage is controlled by the first control electrode.
【請求項2】半導体基板の所望領域に設けたキャリア注
入部およびキャリア引出し部と、上記キャリアの注入部
および引出し部間に設けたチャネル領域と、該チャネル
領域の電流を制御するために、チャネル領域上部に設け
た第1制御電極および第2制御電極を有する半導体装置
において、上記第1および第2制御電極のうち、上記キ
ャリア注入部に近い方を第1制御電極とするとき、第1
制御電極とキャリア引出し部の電極との間のショットキ
逆方向耐圧は、第2制御電極とキャリア引出し部の電極
との間のショットキ逆方向耐圧よりも大きいことを特徴
とする半導体装置。
2. A carrier injection part and a carrier extraction part provided in a desired region of a semiconductor substrate, a channel region provided between the carrier injection part and the extraction part, and a channel for controlling a current in the channel region. In the semiconductor device having the first control electrode and the second control electrode provided on the upper part of the region, when one of the first and second control electrodes closer to the carrier injection part is the first control electrode,
A Schottky reverse breakdown voltage between the control electrode and the electrode of the carrier extraction portion is larger than a Schottky reverse breakdown voltage between the second control electrode and the electrode of the carrier extraction portion.
【請求項3】上記第1制御電極は、直下のチャネル領域
から第1制御電極までの距離が、第2制御電極直下のチ
ャネル領域から第2制御電極までの距離より小さいこと
を特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装
置。
3. The first control electrode is characterized in that a distance from a channel region directly below to the first control electrode is smaller than a distance from a channel region directly below to the second control electrode to a second control electrode. The semiconductor device according to claim 1 or 2.
【請求項4】上記第1制御電極は、直下のチャネル領域
におけるチャネル導電型のイオン化不純物濃度が、第2
制御電極直下におけるチャネル領域のチャネル導電型の
イオン化不純物濃度よりも小さいことを特徴とする請求
項1または請求項2記載の半導体装置。
4. The first control electrode has a channel conductivity type ionized impurity concentration in a channel region immediately below the second control electrode,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a concentration of ionized impurities of a channel conductivity type in a channel region directly below the control electrode is lower than that of the control region.
【請求項5】上記第2制御電極は、その接触する半導体
材料が、上記第1制御電極が接触する半導体材料と異な
ることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに
記載の半導体装置。
5. The semiconductor according to claim 1, wherein a semiconductor material in contact with the second control electrode is different from a semiconductor material in contact with the first control electrode. apparatus.
【請求項6】上記第2制御電極が接触する半導体材料
は、上記第1制御電極が接触する半導体材料より電子親
和力が小さな材料であり、上記チャネルを走行するキャ
リアが電子であることを特徴とする請求項5記載の半導
体装置。
6. The semiconductor material with which the second control electrode is in contact has a smaller electron affinity than the semiconductor material with which the first control electrode is in contact, and the carriers traveling in the channel are electrons. The semiconductor device according to claim 5.
【請求項7】上記第2制御電極が接触する半導体材料
は、上記第1制御電極が接触する半導体材料よりも、電
子親和力とバンドギャップの和が大きな材料であり、上
記チャネルを走行するキャリアが正孔であることを特徴
とする請求項5記載の半導体装置。
7. The semiconductor material in contact with the second control electrode has a larger sum of electron affinity and band gap than the semiconductor material in contact with the first control electrode, and carriers traveling in the channel are The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is a hole.
【請求項8】上記第1および第2の制御電極は、半導体
凹部に形成されたヘテロ接合の上部に、それぞれ配置さ
れていることを特徴とする請求項1から請求項7のいず
れかに記載の半導体装置。
8. The first and second control electrodes are respectively disposed on the heterojunction formed in the semiconductor recess, and the first and second control electrodes are respectively disposed on the heterojunction. Semiconductor device.
【請求項9】上記第1および第2の制御電極が配置され
た凹部は、それぞれ形状が異なることを特徴とする請求
項8記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the recesses in which the first and second control electrodes are arranged have different shapes.
【請求項10】上記制御電極が配置された凹部は、上記
第1制御電極が配置されている幅が、上記第2制御電極
が配置されている幅よりも狭いことを特徴とする請求項
8または請求項9記載の半導体装置。
10. The recess in which the control electrode is arranged has a width in which the first control electrode is arranged is narrower than a width in which the second control electrode is arranged. Alternatively, the semiconductor device according to claim 9.
【請求項11】上記チャネル領域は、半導体基板上にヘ
テロ接合によって形成した半導体層であることを特徴と
する請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装
置。
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel region is a semiconductor layer formed by a heterojunction on a semiconductor substrate.
【請求項12】上記チャネル領域は、イオン化不純物を
含まず、キャリアを供給するための半導体層が上記チャ
ネル領域の上または下に、上記チャネル領域と空間的に
分離されて配置されていることを特徴とする請求項1か
ら請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
12. The channel region does not contain ionized impurities, and a semiconductor layer for supplying carriers is arranged above or below the channel region and spatially separated from the channel region. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項13】上記チャネル領域は、第1制御電極とキ
ャリア注入部間に電圧を加えたときに、チャネルを流れ
るキャリアの極性と同型のイオン化不純物を含むことを
特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の半
導体装置。
13. The method according to claim 1, wherein the channel region contains ionized impurities of the same type as the polarities of the carriers flowing in the channel when a voltage is applied between the first control electrode and the carrier injection portion. Item 5. The semiconductor device according to any one of Items 4.
【請求項14】上記半導体基板は、GaAs基板であ
り、上記チャネル領域はGaAsまたはInGaAsか
らなり、上記キャリアを供給するための半導体層はAl
GaAsからなることを特徴とする請求項1または請求
項2記載の半導体装置。
14. The semiconductor substrate is a GaAs substrate, the channel region is made of GaAs or InGaAs, and the semiconductor layer for supplying the carriers is Al.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, which is made of GaAs.
【請求項15】上記半導体基板は、GaAs基板であ
り、上記チャネル領域はGaAsからなり、上記キャリ
アを供給するための半導体層はGaAsまたはAlGa
Asからなることを特徴とする請求項1または請求項2
記載の半導体装置。
15. The semiconductor substrate is a GaAs substrate, the channel region is made of GaAs, and the semiconductor layer for supplying the carriers is GaAs or AlGa.
Claim 1 or Claim 2 which consists of As.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項16】上記半導体基板は、GaAs基板であ
り、上記チャネル領域はInGaAsからなり、上記キ
ャリアを供給するための半導体層はInAlAsからな
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導
体装置。
16. The semiconductor substrate is a GaAs substrate, the channel region is made of InGaAs, and the semiconductor layer for supplying the carriers is made of InAlAs. Semiconductor device.
【請求項17】上記半導体基板は、GaAs基板であ
り、上記チャネル領域はInAsからなり、上記キャリ
アを供給するための半導体層はAlGaSbAsからな
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導
体装置。
17. The semiconductor substrate according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor substrate is a GaAs substrate, the channel region is made of InAs, and the semiconductor layer for supplying the carriers is made of AlGaSbAs. Semiconductor device.
【請求項18】上記半導体基板は、InP基板であり、
上記チャネル領域はInGaAsからなり、上記キャリ
アを供給するための半導体層はInAlAsからなるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装
置。
18. The semiconductor substrate is an InP substrate,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel region is made of InGaAs, and the semiconductor layer for supplying the carriers is made of InAlAs.
【請求項19】請求項1から請求項18のいずれかに記
載の半導体装置と、該半導体装置の上記第1制御電極に
信号を入力するための手段と、上記第2制御電極に直流
電圧を与えるための手段と、上記キャリア注入部を接地
するための手段を有し、上記キャリア引出し部から出力
する回路を構成することを特徴とする増幅回路。
19. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 18, means for inputting a signal to the first control electrode of the semiconductor device, and a DC voltage to the second control electrode. An amplifying circuit comprising a means for giving and a means for grounding the carrier injecting section, and constituting a circuit for outputting from the carrier extracting section.
【請求項20】請求項1から請求項18のいずれかに記
載の半導体装置と、該半導体装置の上記第1制御電極に
高周波信号を入力するための手段と、上記第2制御電極
に直流電圧を与えるための手段およびローカル信号を入
力するための手段と、上記キャリア注入部を接地するた
めの手段とを有し、上記キャリア引出し部から出力する
回路を構成することを特徴とするミキサ回路。
20. A semiconductor device according to any one of claims 1 to 18, means for inputting a high frequency signal to the first control electrode of the semiconductor device, and a DC voltage to the second control electrode. And a means for inputting a local signal, and a means for grounding the carrier injecting section, and forming a circuit for outputting from the carrier extracting section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5177135A (en) * 1989-12-11 1993-01-05 Ciba-Geigy Corporation β-keto esters as stabilizers for chlorinated polymers
US6953954B2 (en) 2002-10-09 2005-10-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Plasma oscillation switching device
CN119997541A (en) * 2025-02-14 2025-05-13 南方科技大学 Gallium nitride-based p-channel device and preparation method thereof

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