JPS61285746A - 半導体装置 - Google Patents

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】 本発明は、ダイオードと共に基板上にモノリシックに集
積された少なくとも１個の電界効果トランジスタを具え
、このトランジスタが基板の表面に形成された第１のｎ
形半導体層の上に設けられたオーミックソースコンタク
ト及びオーミックドレインコンタクトを有し、他方前記
第１の半導体層と組んで整流接合を形成するゲート電極
をソースコンタクトとドレインコンタクトの間に配置し
、ショットキーコンタクトを有する前記ダイオードを同
じく基板の表面に形成される第２のｎ形半導体層上に設
ける半導体装置に関するものである。

本発明は、例えば、ガリウムヒ素の集積回路内の直流電
源とアースとの間に設けられる減結合（テカップリング
）コンデンサの製造で使用される。

ガリウムヒ素の電界効果トランジスタとモノリシックに
集積される容量性要素を形成するショットキーダイオー
ドが従来技術、即ち、特公昭５９−１１２６４５（Ａ）
から既知である。この特許側はガリウムヒ素の半絶縁性
基板の上に設けられる第１のｎ形層により形成されるダ
イオードにつき述べており、この第１のｎ形層がショッ
トキーコンタクトを担っており、第１のｎ＋形層の隣に
ある。このダイオードとモノリシックに集積されたトラ
ンジスタは、一方では第１のｎ゛形層他方ではオーミッ
クドレインコンタクトを担う第２のｎ゛形層隣り合って
いる第２のｎ形層の表面に形成されるショットキーゲー
トコンタクトを具える。

このようにして製造すると、この構造がショットキーゲ
ート電界効果トランジスタと、電極がトランジスタのソ
ースと共通なコンデンサとして働らくダイオードとの組
合せを形成しなければならないであろう。注意すべきこ
とは、ソース及びカソードに共通なコンタクトは第１の
ｎ形層の表面にオーミック層を形成したのでは実際には
得られないことである。

集積回路内でスイッチング雑音が発生するのを避けるた
めには、この集積回路の直流電源とアースのような基準
点との間に減結合コンデンサ（デカップリングコンデン
サ）を設けることが絶対に必要である。集積回路が（５
０ｐｓ以上）という遅い遷移を有する場合は、このコン
デンサは回路の外に設け、細い導線で直流電源及びアー
スに接続すればよい。しかし、集積回路が（５０ｐｓ以
下）という速い遷移を有する場合は、可撓性を有する接
続導線のインピーダンスが非常に高くなり、外付はコン
デンサによる減結合の効果に悪影響を及ぼす。

それ故、特に、極めて速い遷移が可能な■−ｖ族化合物
半導体上の集積回路で一使用することを目指す場合は、
直流電源の減結合コンデンサをマイクロサーキットと一
緒に集積し、可撓性に冨む接続導線を用いないようにし
なければならない。

それ故、本発明の目的はこの問題に対する解決策を提供
するにある。

本発明によれば、この解決策は冒頭に述べた半導体装置
で、少なくとも１個の直流電源導体と、少なくとも１個
のこれまた前記基板上に集積される大地導体とを有し、
直流電源導体を抵抗性的に第２の半導体層に接続し、大
地導体が第２の半・導体層と組んで表面積の大きなショ
ットキーコンタクトを形成し、斯くして逆方向に分極さ
れ且つ容量が非常に高いダイオードを構成することを特
徴とすることにより与えられる。

本発明によれば、回路の外に要素を設けることなく、回
路の表面積を大きくすることなく、それでいて非常に高
い動作速度、即ち、高い周波数で動作する装置が非常に
簡単な構造の装置で得られる。

実施例を挙げて図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図に略式図示するように一本発明装置は、電界効果
トランジスタＴを具え、そのドレインＤを負荷Ｒを介し
て直流電源ＶＤＤに結合する。このトランジスタＴはゲ
ートＧと、ソースＳを有し、ソースＳを、例えば、アー
スＭに接続する。

直流電源ｖ０はダイオードΔによりアースＭ。

に対して減結合する。ダイオード△のカソードＫを直流
電源ＶＤＤに接続し、アノードＡを接地する。

電界効果トランジスタのゲートＧは、入力信号■を受取
り、ドレインＤ側に装置の出力信号Ｕが得られる。

この装置は、第２図に示すように、一つの半導体チップ
上にモノリシックに集積できる。一実施例では、半導体
材料はｍ−ｖ化合物半導体の代表であるガリウムヒ素と
する。こうすると、高速な装置、即ち、高周波数で動作
する装置が得られる。

第２図に示すように、本発明装置はｍ−ｖ化合物半導体
群を材料とする半絶縁性の基板１０を具える。その表面
上に第１のｎ形層１１１及び第２のｎ形彫層１１２を形
成する。但し、これらのｎ形層の格子パラメータは基板
とコンパチブルなものとする。これらの２個のｎ形層は
半絶縁性区域１２により互に分離する。

電界効果トランジスタＴは、第１のｎ形層１１１、ソー
スＳとなるオーミックコンタクト２１、ドレインＤとな
るオーミックコンタクト２２及びゲートＧとなるショッ
トキーコンタクト２３により構成される。ゲートＧとな
るショットキーコンタクト２３は第１のｎ形層１１１の
厚さを小さくした区域２５内に作る。この場合は、所謂
グルーブチャネルを有する電界効果トランジスタが得ら
れる。

ソースＳ及びドレインＤの上に、夫々、金属層５３及び
５２を設ける。これらの金属層は第２の相互接続層と呼
ばれ、夫々、ソースＳを、例えば、アースＭに接続し、
ドレインＤを負荷Ｒ（図示せず）に接続する。第２図は
第１図の一点鎖線で限られた部分Ｆ２に対応する。

ダイオード△は、第２のｎ形層１１２、カソードＫを形
成するオーミックコンタクト２及びアノードＡを形成す
るショット−コンタクト３により構成される。例えば、
直流電源導体ＶＤ＋１はｎ形層１１１と１１２を互に分
離する半絶縁性区域１２の上に形成する。次に、ダイオ
ードのカソードＫを第２の相互接続層を形成する金属層
５１によりこの直流電源導体に接続する。

アノードＡは表面積の大きい大地（アース）導体と一致
するように設ける。こうすると、マイクロサーキット（
ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｉｔ）が逆方向に動作する時ダイ
オードＤは分極され、次の値を有するコンデンサを構成
する。

Ｃ＝　ε　□ 但し、εは誘電率であり、 ＷはアノードＡを形成するショットキーコンタクト３の
下の空乏層の厚さであり、Ｓはこのショット−コンタク
トの表面積である。

直流電源電圧Ｖ０゜はｎ形層１１２の空乏層の電圧より
低くなるように選ぶ。これはトランジスタＴの性能を下
げることなぐ行なえる。蓋し、トランジスタＴのゲート
コンタクトは、前述したようにｎ形層１１１の厚さを薄
くした区域２５内に設けられているからである。

このような状態では、大地導体は表面積Ｓが大きいから
、斯くして得られる容量Ｃは大きくなる。

基板及び２個のｎ形層の材料がガリウムヒ素（Ｇａ　Ａ
ｓ）であるこの実施例では、直流電源電圧ｖ０は１．２
Ｖ（７）、ｔ−ダーであり、容量は１０−”Ｆ／、ｕｓ
”のオーダーである。

表面積が Ｓ　＝　１００００μＩＩＩ″ である大地導体の場合は１ 、　Ｃζ１０．Ｆ　−１０−１１Ｆ であり、インピーダンスは Ｃω である、但し、ω−２πｆであり、ｆは動作周波数であ
り、これは５０ｐｓのオーダーの遷移に対応する１０Ｇ
Ｈｚの値に達し得る。

ｆ　＝ｔｏｘｉｏ’　Ｈｚ　’ この時 である。

このような結果はコンデンサを外付けにし、細い導線で
直流電源及びアニスに接続することにより減結合を行な
ったら得られるであろう結果と比較して非常に有利であ
る。５０ｐｓのオーダーの速い遷移を目指す場合では、
薄い接続導線の自己インダクスンスしは１ｎＨ／ｍのオ
ーダーである。１０ＧＨｚの周波数がこれに対応し、こ
の時インピーダンス２′は次のようになる。

Ｌ　＝　１０−　’Ｈｆ−１０Ｘ　１０”Ｈｚｚ’　＝
Ｉ　Ｘｌ０−’Ｘ２Ｋ　Ｘｌ０ＸＩＯ’　＃６０Ωそれ
故、注意すべきことは、本発明の場合に得られるＺ＃１
．５Ωというインピーダンスはコンデンサを外付けにし
、細い接続導線を使う場合に得られるＺ’＃６０Ωとい
うインピーダンスに対し非常に小さいことである。この
計算は１０ＧＨｚ以上の周波数で外付はコンデンサを用
いることは不可能なことを明らかに示してし）る。

逆に、本発明により形成されるコンデンサは非常に効果
的である。

第３図に示すもう一つの実施例では、トランジスタＴの
負荷Ｒが抵抗性になっている。この時の本発明の有利な
適用を第４図の断面図に示すが、これは第３図で一点鎖
線で限られた回路組立体Ｆ＃に対応する。

第４図に示すように、装置は半絶縁性の基板１０の表面
上に形成され且つ半絶縁性区域１２により限られる単一
のｎ形層１１を具える。トランジスタＴ１抵抗Ｒ及びダ
イオード△は同じｎ形層内に形成される。

トランジスタＴは、第２図に示した前の実施例のように
、ソースＳを形成するオーミックコンタクト２１（これ
は第２の相互接続層を形成するメタライゼーション５３
を介して基準電位点、即ち、アースＭに接続する）、ゲ
ートＧを形成するショットキーコンタクト２３（これは
ｎ形層の厚さを薄くした区域２５内に設ける）及びドレ
インＤを形成するオーミックコンタクト２２（これは第
２の相互接続層を形成するメタライゼーション５２によ
り覆われる）を具える。ゲートＧが入力信号Ｉを受取り
、ドレイン、側に出力信号Ｕが得られる。

抵抗Ｒは、ドレインのオーミックコンタクト２２と、ダ
イオードΔΦカソードＫを構成するオーミックコンタク
ト２との間に形成する。オーミックコンタクト２は、第
２の相互接続層５１により覆われ、これが直流電源Ｖ。

に接続される。ダイオード△は、最后に、前と同じよう
に、アノードＡと表面積が大きいアース導体Ｍとを構成
するショットキーコンタクト３を具える。

この回路の動作と性能は、第２図に示した前の実施例の
動作及び性能と同じである。また、第４図に示した本発
明装置は特に簡単で、有利な構造になっている。

半導体装置をガリウムヒ素（Ｇａ　Ａｓ）で作る場合は
、オーミックコンタクトは金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇ
ｅ　＝　４０／６０）合金で作ることができ、ショット
キーコンタクト及び第２の相互接続層又は電源導体Ｖｌ
ｌｔ＋はチタン−白金−金（Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ）若しく
はチタン−白金−ニッケル（Ｔｉ−Ｐｔ−Ｎｉ）で作る
ことができる。ｎ形層及び半絶縁性区域は種々の方法、
例えば、イオン注入と組むエピタキシャル成長又はイオ
ン注入単独で得られる。これらの方法の各々は、当業者
には知られており、また、厳密に云えば、本発明の本質
ではない。

それ故、特許請求の範囲で規定された本発明の範囲から
逸脱することなく、種々の変形例を考え得られることは
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の電気回路図、 第２図は、この電気回路に係る本発明の一適用例の断面
図、 第３図は、本発明に係る特定の装置の電気回路図、 第４図は、この特定の電気回路図に係る本発明の適用例
の断面図である。 ２・・・オーミックコンタクト　（カソード）３・・・
ショットキーコンタクト（アノード）１０・・・基板　
　　　　　　１１・・・単一のｎ形層１２・・・半絶縁
性区域 ２１・・・オーミックコンタクト　（ソース）２２・・
・オーミックコンタクト（ドレイン）２３・・・ショッ
トキーコンタクト（ゲート）２５・・・区域　　　　　
　　５１，５２．５３・・・金属層１１１・・・第１の
ｎ形層　　１１２・・・第２のｎ形層特許出ｍ大　　エ
ヌ・ベー・フィリツプス・フルーイランペンファブリケ
ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ダイオードと共に基板上にモノリシックに集積され
   た少なくとも１個の電界効果トランジスタを具え、この
   トランジスタが基板の表面に形成された第１のｎ形半導
   体層の上に設けられたオーミックソースコンタクト及び
   オーミックドレインコンタクトを有し、他方前記第１の
   半導体層と組んで整流接合を形成するゲート電極をソー
   スコンタクトとドレインコンタクトの間に配置し、ショ
   ットキーコンタクトを有する前記ダイオードを同じく基
   板の表面に形成される第２のｎ形半導体層上に設ける半
   導体装置において、少なくとも１個の直流電源導体と、
   少なくとも１個のこれまた前記基板上に集積される大地
   導体とを有し、直流電源導体を抵抗性的に第２の半導体
   層に接続し、大地導体が第２の半導体層と組んで表面積
   の大きなショットキーコンタクトを形成し、斯くして逆
   方向に分極され且つ容量が非常に高いダイオードを構成
   することを特徴とする半導体装置。 ２、半導体層の材料をIII−Ｖ族化合物半導体とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。 ３、半導体層をガリウムヒ素で作ることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の半導体装置。 ４、半絶縁性区域により第１のｎ形層と第２のｎ形層と
   を互に分離することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれか一項に記載の半導体装置。 ５、第１のｎ形層と、第２のｎ形層が同一の半導体層の
   一部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項のいずれか一項に記載の半導体装置。 ６、電界効果トランジスタが抵抗性の負荷を有し、この
   抵抗性の負荷が第１のｎ形層の伸張さた部分で形成され
   、この抵抗の端コンタクトが、一方ではトランジスタの
   オーミックドレインコンタクトであり、他方では第１の
   ｎ形層の表面に設けられ、電源導体に接線する第２のオ
   ーミックコンタクト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５項のいずれか一項に記載の半導体
   装置。 ７、直流電源導体が半絶縁性区域の表面にあり、第２の
   半導体層及び負荷抵抗の第２のオーミックコンタクトに
   、第２の相互接続層と称される重ね合されたメタライゼ
   イション層を介して接続されるメタライゼイション層に
   より構成する特許請求の範囲第６項記載の半導体装置。 ８、ゲート電極が第１の半導体層と組んでショットキー
   コンタクトを形成する特許請求の範囲第１項ないし第７
   項のいずれか一項に記載の半導体装置。 ９、電界効果トランジスタがグルーブチャネルを有する
   タイプであることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載の半導体装置。 １０、基板が半絶縁性のガリウムヒ素から成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか
   一項に記載の半導体装置。