JPS6344775A - シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ - Google Patents

シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ

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JPS6344775A
JPS6344775A JP18831086A JP18831086A JPS6344775A JP S6344775 A JPS6344775 A JP S6344775A JP 18831086 A JP18831086 A JP 18831086A JP 18831086 A JP18831086 A JP 18831086A JP S6344775 A JPS6344775 A JP S6344775A
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JP
Japan
Prior art keywords
mesfet
field effect
effect transistor
drain
gate
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Pending
Application number
JP18831086A
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English (en)
Inventor
Tomihiro Suzuki
富博 鈴木
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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、ショットキゲート電界効果トランジスタに関
するものであり、特に、マイクロ波通信、超高速光通信
の分野において使用される増幅回路の構成要素として使
用できるショットキゲート電界効果トランジスタに関す
るものである。更に詳述するならば、本発明は、増幅回
路をモノリシック集積回路として実現する際にその能動
負荷として用いる半導体装置に関するものである。
従来の技術 今日、マイクロ波通信や超光速光通信の分野において、
高利得超広帯域増幅回路に対する要望は切実なものがあ
る。このため(1)組立工数の省略によるコスト低減、
(2)装置の小形化、(3)寄生素子をなくすことによ
り高速高周波特性の向上などの点から、モノリシック集
積回路によりこれを実現する研究が活発となってきた。
一方、上記の用途には、高周波特性にすぐれた化合物半
導体のショットキゲート電界効果トランジスタ(以下M
ESFETと略す)が賞月されている。
第3図に、MESFETモノリシック集積回路に用いる
高利得、超広帯域増幅器の代表的な回路図を示す。第3
図(a)は、基本的な増幅回路を示し、人力INにゲー
トが接続されたMESFET−1を有し、そのゲートに
は、ゲートバイアス抵抗R1が接続されている。更に、
ソースは、コンデンサCと抵抗R2との並列回路を介し
て接地されている。一方、MESFET−1のドレイン
は、能動負荷を構成しているMESFET−2のゲート
とソースとに接続されると共に、出力○ITに接続され
ている。そして、そのドレイン(ま、ドしイン電源電圧
VOOに接続されている。従って、MESFET−1が
増幅用トランジスタである。
更に、第3図(b)は、抵抗帰還型増幅回路の1例を示
す。なお、第3図(a)に示す基本回路の要素と同一の
要素には同一の参照番号を付している。
MESFET−1のドレインは、M E S F E 
T−3のゲートに接続され、そのME S F E T
 −3のドレインは、ドレイン電源電圧■。、に接続さ
れ、ソースは、ダイオードD1及びD2を介して、能動
負荷を構成しているME S F E T −4のドレ
インに接続されている。そのMESFET−4のドレイ
ンは、出力OUTに接続されていると共に、帰還抵抗R
3を介してMESFET−2のゲートに接続されている
。そして、&1ESFET−4のゲートとソースとはバ
イアス電源に接続されている。かくして、MESFET
−3及び4が、レベルシフト回路を構成すると共に、抵
抗抵抗R3と協動して帰還路を形成している。
上述の回路方式では、増幅用MESFETのバイアス点
におけるトランスコンダクタンスすなわち電流増幅度を
gmbとし、能動負荷用MESFETのゲート印加電圧
ゼロボルト時のドレインコンダクタンスをgdφとする
と、増幅器の電圧利得Gは、 gdφ で与えられる。
発明が解決しようとする問題点 以上のようなMESFET増幅回路において、MESF
ETのドレインコンダクタンスg、は、ゲート長、その
他のプロセスパラメータに敏感である。そのため、以上
のような増幅器の利得は、上記(1)式かられかるよう
に、能動負荷のgd、のばらつきによってばらつきがで
きる。
一方、高利得を実現するためにgdpをあまりに小さく
すると、増幅用MESFETのバイアスに対する余裕度
がきわめて小さくなる。そのため、素子自体の特性のば
らつきにより、適正バイアスから外れやすくなり、適正
バイアスから三極管特性領域にバイアスがはずれると、
十分な利得が得られない。
第2図(a)に従来のMESFETの基本構造を示し、
第2図ら)にトランジスタ特性を示す。
図示のMESFETは、GaAsのような半絶縁性半導
体基板1上に形成された動作層2上に互いに離隔して設
けられ且つ動作層2に対してオーミック接触しているソ
ース電極3とドレイン電極4とを有しており、それらソ
ース電極3とドレイン電極4の間の動作層2に対してゲ
ート電極5がショットキ接触している。
第2図(b)かられかるように、そのMESFETのゲ
ート印加電圧Vgを一定にした時、5極管領域のドレイ
ン−ソース間電流工、の、ドレイン−ソース間電圧Vf
lSの変化に対する傾きが、ドレインコンダクタンスg
、である。
通常のMESFETの場合では、ゲート電極が成るバイ
アス電位を与えられている時、その点のトランスコンダ
クタンスglIとドレインコンダクタンスg、の比(g
−/ga)は30〜5程度となり、これがプロセスの条
件により大きくばらつく。
上述したように、g−/gdがあまり大きいとバイアス
点の不安定をきたすため、この渣を10〜5程度の設計
値に制御することが望まれろ。
以上のように、高利得の増幅回路を作成するためには、
g、b/ga。の値を制御することが不可欠となるが、
上述したような所望の値のgd#を有するMESFET
を再現良く作成することは極めて難しく、またgmbも
ばらつきを有するため実現が困難とされてきた。
そこで、本発明は、上記した従来技術の欠点を解決した
MESFETを提供せんとするものである。
更に、本発明は、上記した従来技術の欠点を解決したモ
ノリシック増幅器ICを実現できる能動負荷に最適な特
性を有するMESFETを提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段 従来困難であるとされていた所望の値のgd#を有する
M E S F E Tを再現良(作成するができるな
らば、増幅用MESFETのgmbにばらつきがあって
も、従来のMESFET増幅器ICに比較して高利1尋
の増幅回路が実現できる。本発明の発明者は、かかる着
想の基に研究を行い、本発明を完成した。
すなわち、本発明のMESFETによれば、動作層の幅
がゲート電極のゲート幅に比べて大きいことを特徴とす
るショットキゲート電界効果トランジスタが提供される
作用 以上のようなMESFETにおいては、ソース−ドレイ
ン間に、ゲート電極により制御されない電流路が形成さ
れ、抵抗として機能する。この抵抗は、ゲート電極によ
り制御される電流路に対して並列にある。従って、この
並列抵抗分は、MESFETを能動負荷として使用する
場合、負荷抵抗として機能する。そして、この並列抵抗
分は、M E S F E Tのゲート電極に規定され
るゲート長などのプロセスパラメータの影響はほとんど
なく、その並列抵抗分の抵抗値は安定している。それ故
、従って、このMESFETを能動負荷として使用する
場合、ドレインコンダクタンスの値を並列抵抗分によっ
て実質的に支配することにより、ゲート電極により制御
される電流路の特性にばらつきがあっても、ドレインコ
ンダクタンスのばらつきを従来のMESFETに比べて
極めて小さくすることができる。
更に、詳細に後述するように、能動負荷として使用した
本発明のMESFETのg、は、増幅段のMESFET
の近くに位置するので、増幅段のM E S F E 
Tのgmbと相関を持ち、この関係は、gffib/g
dが一定となる方向へ動く。
従って、本発明のMESFETを使用することにより能
動負荷形増幅器ICの利得のばらつきを抑えることが可
能となる。
実施例 以下、添付図面を参照した本発明によるLiESFET
の実施例を説明する。
第1図(a)は、本発明のMESFETの構造を示し、
第1図(b)は、そのトランジスタの特性を示す。
なお、第2図に示す従来のM E S F E Tの各
要素と同一部分には同一参照番号を付しである。
本発明によるMESFETは、GaAsのような半絶縁
性半導体基板1上に形成された動作層2上に互いに離隔
して設けられ且つ動作層2に対してオーミック接触して
いるソース電極3とドレイン電極4とを有している。こ
の点までは、従来のM ESFETと同様である。
しかし、ソース電極3とドレイン電極40間に形成され
ているショットキ性のゲート電極6は、動作層2の上部
を完全に横切っていない。
第1図(a)に示すM E S F E T 1.:お
イテ、ケート電極6の幅をJとし、ゲート電極が設けら
れていない動作層の幅をWp とすると、ゲート電極に
より制御されない幅Wpの電流バスが形成される。
この電流パスは、ソース電極とドレイン電極との間の並
列抵抗として働くため、本発明のMESFETは、従来
構造に比べてドレインコンダクタンスg、かわずかに大
きなトランジスタ特性を有する。MESFETのドレイ
ンコンダクタンスはゲート長、その他のプロセスパラメ
ータに敏感なためばらつきができるが、幅W、の並列低
抗分はゲート長などに影響されず、ばらつきの少ないな
い抵抗値を有することができる。従って、この並列抵抗
分のコンダクタンスが、M E S F E Tのドレ
インコンダクタンスg、の主項となるように幅W、を設
計することにより、MESF’ETのドレインコンダク
タンスgdのばらつきを極めて小さなものにできる。
通常のMESFETでは、並列抵抗のコンダクタンスを
トランスコンダクタンスg、の約1/10程度とするこ
とによりこの目的が達せられる。更に、この並列抵抗の
コンダンタンスがドレインコンダクタンスgdの下限を
与えるため、既に述べたように増幅回路のゲート・バイ
アスの感度が過度に高くなることも防ぐことができる。
さらに以下に述べるように、本発明のMESFETでは
、動作層のシート抵抗がプロセスにより変動し、トラン
スコンダクタンスg8が変化しても、ドレインコンダク
タンスg、が比例関係を保って変化する機構が働く。通
常、能動負荷用MESFETと増幅用MESFETは、
近接して作成されるため、増幅用MESFETの電流増
幅度gmbは能動負荷用MESFETのトランスコンダ
クタンスg、ときわめて相関が高い。すなわち、この相
関性を利用して増幅器ICの利得のばらつきを抑え再現
性を高めることができる。すなわち、ゲート電極6が設
けられいる部分のドレインコンダクコンスg。と、ゲー
ト電極6が設けられいない部分のドレインコンダクコン
スg、と、M E S FETのドレインコンダクタン
スgいは、次のように表すことできる。
gd =          =go   □Lg  
     Wg (vs + VBi  VG) ”’   (VBi 
−V。ν/2=go−f  (V。) 但し、A:動作層厚 Wg:ゲート幅 Lg:ゲート長 σ:勅作層シート抵抗 ■3 :ソース電位 ■、:ゲート電位 VBI :ショットキゲートのバリヤバイト■、。:ピ
ンチオフ電圧 従って、小信号人力の場合、f(Vc)はほぼ一定とみ
なすことができるので、 が成立する。従って、Wg、/Wpを制御することによ
り、利得を制御することができる。
なお、簡単のためg、は並列の電流パスが主項であり、
この並列の抵抗についても寄生抵抗の値はFET部と同
じあると仮定している。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によるMESF
ETは、ドレインコンダクタンスg、のばらつきが小さ
く、それを能動負荷として使用することにより高い利得
の増幅器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明のMESFETの構造を示す概
略斜視図、 第1図(b)は、第1図(a)に示すMESFETの特
性を示すグラフ、 第2図(a)は、従来のMESFETの基本構造を示す
概略斜視図、 第2図(b)は、第2図(a)に示すMESFETの特
性を示すグラフ、 第3図(a)は、MESFETモノリック集積回路の基
本的な増幅回路の回路図、 第3図ら〕は、MESFETモノリック集積回路の抵抗
帰還型増幅回路の1例を示す回路図である。 〔主な参照番号〕 1・・半絶縁性半導体基板 2・・動作層 3・・ソース電極 4・ ・ドレイン電極 5.6・・ゲート電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)動作層の幅がゲート電極のゲート幅に比べて大き
    いことを特徴とするショットキゲート電界効果トランジ
    スタ。
  2. (2)前記ゲート電極は、ソース電極に接続されて能動
    負荷を構成していることを特徴とする特許請求の範囲第
    (1)項記載のショットキゲート電界効果トランジスタ
  3. (3)前記能動負荷を形成しているショットキゲート電
    界効果トランジスタは、半導体集積回路内において、該
    能動負荷が接続される増幅用ショットキゲート電界効果
    トランジスタに近接して形成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第(2)項記載のショットキゲート電
    界効果トランジスタ。
  4. (4)半導体集積回路として化合物半導体基板上に形成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項
    から第(3)項までのいずれか1項記載のショットキゲ
    ート電界効果トランジスタ。
JP18831086A 1986-08-11 1986-08-11 シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ Pending JPS6344775A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075263A (en) * 1997-04-09 2000-06-13 Nec Corporation Method of evaluating the surface state and the interface trap of a semiconductor
JP2009135226A (ja) * 2007-11-29 2009-06-18 Nichia Corp 定電流ダイオード及び定電流ダイオード付き発光装置

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