Главная Промышленная автоматика.

ГЛАВА 8 МОЩНЫЕ GaAs ПТШ

Ф. Хасэгава

8.1. БАЗОВАЯ СТРУКТУРА ПРИБОРА

Мощным GaAs ПТШ необходимы высокие пробивные напряжения стока и большие токи насыщения стока. Пробивное напряжение исток-сток в значительной степени зависит от базовой структуры ПТШ, такой как попереч-

Университет Цукуба, Сакура Мура, Ниихариган, префектура Ибараки, Япония. 112



ное сечение канала. Пробивное напряжение затвора в значительной степени связано с концентрацией носителей в активном слое и напряжением отсечки и, следовательно, с током насыщения стока на единицу ширины затвора. В этом разделе будут обсуждаться зависимости этих параметров от базовой структуры прибора.

8 11. ПЮБИВНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СТОКА

Различные типы базовых структур GaAs ПТШ приведены на рис. 8.1. Структура, показанная на рис. 8.1 а, является структурой ПТШ плоского типа. Большинство малошумящих приборов относятся к этому типу и широко используются в серийных приборах [1]. Были сделаны попытки реализовать моцдные ПТШ такого плоского типа [2]. Однако выяснююсь, что приборы этого типа обладают слишком низкими напряжениями пробоя стока и не обеспечивают стабильную работу. Поэтому были исследованы различные типы структур ПТШ, показанные на рис. 8.16~d, с целью получения эффективности, простоты изготовления и воспроизводимости.

Структура на рис. 8.16 содержит селективно изготовленные и"""-KOHTaKT-ные области, сформированные либо эпитаксиальным выращиванием [3], либо ионной имплантацией [4] под слоями омических контактов истока и стока. Эта структура впервые предложена в работе [3] и оказалась очень эффективной. Однако процесс ее изготовления достаточно сложен, а воспроизводимость низкая.

Структура на рис. 8.1в [5, 6] - один из вариантов структуры на рис. 8.16, однако она проще в изготовлении и более воспроизводима, поскольку «+-контактный слой выращивается на всем пч;лое без использования селективной эпитаксии. Металл барьера Шотки, являющийся затвором, осаждается на активный ич;лой после вытравливания «"""-слоя. Однако формирование тройной эпитаксиальной структуры п-п-п" не являлось достаточно производительным процессом на уровне технологии эпитаксиального выращивания (1979 г.)

"1

Исток Затвор Сток

Активкбш слои буферный слои

Попуизопирующая подлажка

=3

п * - слои

п* - область

Рис. 8.1 Основные типы структур, используемых в мощных GaAs ПТШ




Рис. 8.2. Зависимости интенсивности световой эмиссии от напряжения смещения стока для различных структур GaAs ПТШ при нулевом смещении на затворе

Было найдено, что поскольку речь идет о пробивном натфяжении стока, то оно может быть увеличено простым углублением затвора в активную область, как показано на структуре [7] рис. 8.1г. Пробивное напряжение такой структуры высокое или может быть выше, чем у структур на рис. 8.1 б,в, и получается с хорошей воспроизводимостью, если углубление достаточно. Однако детальное исследование световой эмиссии приборов со

W\ i I t I i ! 1 L i J структурой, приведенной на рис. 8.1в,

показало, что эта структура обладает аномально высокими полями у стоковой стороны области затвора.

Световая эмиссия GaAs ПТШ впервые наблюдалась авторами работ [5, 8] и интенсивно исследовалась в ПТШ различных типов, показанных на рис. 8.1 [9, 10]. Некоторые из этих результатов представлены на рис. 8.2. Было найдено, что в транзисторе плоского типа интенсивная световая эмиссия наблюдается на границе раздела стокового омического контакта и активного слоя (типа а). В этом случае световая эмиссия наблюдается при смещениях стока от 2-3 В и возрастает с увеличением смещения стока вплоть до пробоя прибора при 8-10 В. Эта световая эмиссия значительно уменьшается введением «"-контактного слоя или углубленной структуры, как показано на рис. 8.1 б-г. Однако область светового излучения таких структур находится на границе раздела «""-контактный слой - «""-активный слой или на краю стока углубленной структуры.

Эти результаты свидетельствуют о том, что при резком изменении концентрации носителей или поперечного профиля активного слоя GaAs ПТШ возникают аномально высокие концентрации поля, вероятно, обусловленные отрицательной дифференциальной подвижностью в GaAs. Действительно, световая эмиссия или аномально низкие пробивные напряжения не наблюдаются в GaAs ПТШ с активным слоем р-типа [8]. Сильная световая эмиссия и очень низкие пробивные напряжения характерны для структуры плоского типа а, поскольку при наличии аномально высоких полей на границе стоковый контакт-активный слой, вероятно, происходит инжекция дырок из стокового омического контакта.

По аналогии с диодами Ганна изменение концентрации носителей или по-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [37] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038