(57)【要約】【課題】本発明によれば、改良した移動特性を有する電気デバイスおよび電気デバイスの移動特性を調整する方法を提供する。【課題を解決するための手段】  本発明の一態様によると、並列または直列に接続された少なくとも２つのトランジスタセグメント、または、少なくとも２つのトランジスタを含む電気デバイスを提供するものであって、少なくとも２つのトランジスタセグメント、または、少なくとも２つのトランジスタは異なったトポロジーおよび異なった材料特性の少なくとも１つのために、異なってはいるものの、単一の移動特性を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列、または、直列に接続された少なくとも２つのリセスゲート高電子移動度トランジスタセグメント、または、少なくとも２つのリセスゲート高電子移動度トランジスタを含む電気デバイスであって、
少なくとも２つの前記リセスゲート高電子移動度トランジスタセグメント、または、少なくとも２つの前記リセスゲート高電子移動度トランジスタが、異なったトポロジーのため、および任意ではあるが、異なった材料特性のために、異なるものの、単一の移動特性を有し、
かつ、異なった前記トポロジーに関して、前記電気デバイスの線形性が、少なくとも２つの前記リセスゲート高電子移動度トランジスタセグメント、または、少なくとも２つの前記リセスゲート高電子移動度トランジスタの線形性よりも高くなるように選ばれるべく、異なったリセス深さとすることを含んでなることを特徴とする電気デバイス。
【請求項２】
前記トランジスタが、ＧａＮ高電子移動度トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項３】
前記電気デバイスが、高パワーデバイスであることを特徴とする請求項１または２に記載の電気デバイス。
【請求項４】
前記電気デバイスが、高周波デバイスであることを特徴とする請求項１または２に記載の電気デバイス。
【請求項５】
前記トランジスタが、電界効果トランジスタであって、前記トポロジーの差異が、少なくとも２つの前記電界効果トランジスタにおける、ドレインおよびソースに関してゲートの位置が異なることを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気デバイス。
【請求項６】
前記トランジスタが、電界効果トランジスタであって、材料特性の差異が、少なくとも２つの前記電界効果トランジスタにおける、異なった仕事関数を有する異なったゲート材料を使用することを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良した移動特性を有する電気デバイスおよび電気デバイスの移動特性を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタ、サイリスタ、または、ダイオードを少なくとも一つ含む能動電気デバイスの共通の障害は、操作状況において非線形であることである。一般的なトランジスタの動作等が非線形となる主な原因は、トランスコンダクタンスが非線形動作を行うからである。
【０００３】
アクティブな電気素子には、電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタを含むものである。
かかる電界効果トランジスタにおいて、トランスコンダクタンスｇｍは、ゲート電圧の変化率に対するドレイン電流の変化率として定義されるものである。すなわち、一定のドレイン／ソース電圧を有し、ｄＩｄ／ｄＶｇで表わされる数値である。
また、小信号電界効果トランジスタにおけるｇｍの標準値は、１〜２００ｍＳの範囲内の値である。バイポーラ小信号トランジスタのトランスコンダクタンスｇｍは、エミッタ電流とともに増加し、幅広く変化する。標準値は、１〜４００ｍＳの範囲内の値である。
さらに、インプット電圧変化は、ベース／エミッター間でおこり、アウトプットは、一定のコレクター／エミッタ−電圧であって、コレクター／エミッター間に流れるコレクター電流の変化として現れるものである。
【０００４】
ここで、以下の関連特許出願がある。
例えば、ＵＳ６，９９２，３１９号公報は、超線形マルチチャネル電界効果トランジスタに関する発明である（特許文献１参照）。
また、ＵＳ５，３６２，６７７号公報は、ゲートリセス構造を有する電界効果トランジスタの製造方法に関する発明である（特許文献２参照）。
また、ＵＳ６，９４３，３８６号公報は、高いデバイス線形性を有する擬似格子整合型高電子移動度電界効果トランジスタに関する発明である（特許文献３参照）。
また、ＵＳ５，８３８，０３１号公報は、低ノイズ−高線形性ＨＥＭＴ−ＨＢＴ複合装置に関する発明である（特許文献４参照）。
また、ＵＳ６，４２９，４６７号公報は、ヘテロ接合電界効果トランジスタに関する発明である（特許文献５参照）。
また、ＵＳ６，５３４，８０１号公報は、ＧａＮ系高電子移動度トランジスタに関する発明である（特許文献６参照）。
また、ＵＳ７，０２６，６６５号公報は、高電圧ＧａＮ系トランジスタ構造に関する発明である（特許文献７参照）。
さらに、ＵＳ７，１６１，１９４号公報は、高パワー密度および／または線形性トランジスタに関する発明である（特許文献８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ６，９９２，３１９号公報
【特許文献２】ＵＳ５，３６２，６７７号公報
【特許文献３】ＵＳ６，９４３，３８６号公報
【特許文献４】ＵＳ５，８３８，０３１号公報
【特許文献５】ＵＳ６，４２９，４６７号公報
【特許文献６】ＵＳ６，５３４，８０１号公報
【特許文献７】ＵＳ７，０２６，６６５号公報
【特許文献８】ＵＳ７，１６１，１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一様態によれば、並列、または、直列に接続した少なくとも２つのトランジスタセグメント（領域）、または、少なくとも２つのトランジスタを含む電気デバイスを提供するものであって、少なくとも２つのトランジスタセグメント（領域）、または、少なくとも２つのトランジスタが、異なったトポロジーおよび異なった材料特性の少なくとも１つによって、異なった単一移動特性（トランスコンダクタンス曲線）を有することを特徴とする電気デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
まず、トランジスタを含む電気デバイスにおいて、トポロジーとは、トランジスタ等の特定の素子の互い位置を相対的に示したもの（相対的位置）である。
これらの素子には、ゲート、ソース、ドレインおよびリセスが含まれる。そして、トランスコンダクタンスは、要素の相対位置が互いに変化するために、生じるものである。
【０００８】
また、材料特性とは、使用した材料の改良と同様に、トランジスタの特定素子の（化学的）組成を示すものである。
【０００９】
また、トランジスタセグメント（領域）とは、トランジスタの特定の領域であって、移動セグメントが基本的な拡張性機能を満足するものである。
【００１０】
ここで、トランジスタは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であって、特にＧａＮ高電子移動度トランジスタであることが好ましい。
【００１１】
また、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、ドープ領域の代わりのチャネルとして異なったバンドキャップを有する２つの材料間の接合点（すなわち、ヘテロ接合）を有することを特徴とする電界効果トランジスタである。
通常使用される組み合わせは、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓである。この接合点の効果は、非常に低い抵抗率をもったチャネルを与えることによって、非常に高い濃度の非常に薄い伝導電子層を生成することである。
そして、この伝導電子層は、二次元電子ガスと呼ばれるものである。ＦＥＴｓのすべての他のタイプと同様に、ゲートにおける電圧は、この層の導電性を変化させる。ＨＥＭＴは、またＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ接合によってもまた造ることができる（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）。
【００１２】
また、電気デバイスは、高パワーデバイス、または、高周波デバイスであっても良い。
【００１３】
そして、トランジスタが電界効果トランジスタである場合、トポロジーの差異としては、好ましくは、以下の態様を含んでいる。
（１）少なくとも２つの電界効果トランジスタにおける、ドレインとソースに関して、ゲートの位置が異なること。
（２）少なくとも２つの電界効果トランジスタにおけるゲートのリセス深さが異なること（ドレイン／ソースへのゲートの距離が異なること）。
（３）および／または、材料特性の差異があって、少なくとも２つの電界効果トランジスタにおける異なった仕事関数を有する異なったゲート材料を使用すること。
【００１４】
また、本願発明の別の態様によれば、並列もしくは直列に接続した少なくとも２つのトランジスタセグメント、または、少なくとも２つのトランジスタを含む電気デバイスの移動特性（トランスコンダクタンス曲線）を調節する方法を提供するものである。
したがって、当該調節方法は、次の工程を含むものである。
（i）並列もしくは、直列に接続されたトランジスタセグメントもしくは、トランジスタの少なくとも一つを選択する工程、および
（ii）電気デバイスが低減非線形挙動を有する共通の全移動特性を示すようにトポロジーと材料特性の少なくとも１つを補正することによって、選択したトランジスタセグメントもしくは選択したトランジスタの単一のトランスコンダクタンスを改良する工程。
【００１５】
いいかえると、電気デバイスのトランスコンダクタンスは、移動特性を意図的に変化させた一つ、または複数のトランジスタ中のトランジスタセグメントを提供することによって、調整される。
【発明の効果】
【００１６】
わずかに異なる移動特性を有する数個のＨＥＭＴセルを平行に設置することによる全体のデバイスにおける線形性（線形挙動）の改良は、以下のように表される。これは、単一デバイスもしくは、パワーバー（単一デバイスから非常に高パワーを有するように平行に結合された複数のセル）において、みられるものである。
単一デバイスの場合には、この方法は、デバイスがマルチフィンガーもしくは１つ以上のセグメントからなる場合のみ適応可能である。
一方、パワーバーの場合には、それぞれのセグメントが移動特性において多様性を有する場合に可能である。この多様性が正確に制御されるならば、高次のトランスコンダクタンスによる相互変調歪みが最小になるように、全トランスコンダクタンスを一様に制御することが可能である。
【００１７】
かかる着想は、微弱な線形操作状態での典型的なトランジスタにおける非線形性挙動の主な原因が、移動特性の非線形性挙動に由来するという事実から生まれたものである。これは、より高次のトランスコンダクタンスによるものである。
もし、マルチユニットトランジスタ、またはパワーバーにおいて、すべてのユニットが全く同一である場合には、移動特性曲線の形状は、変化しない。もしすべてのユニットが全体的に直線なトランスコンダクタンスの形状を有するために少し異なってデザインされた場合には、全体の線形性性能は、異なった方法で、高められる。
【００１８】
以下に、本発明を詳細に説明する。また図の説明を以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】典型的なＨＥＭＴデバイスの断面図である。
【図２】典型的なリセスゲートＨＥＭＴデバイスの断面図である。
【図３】ゲートリセス深さの移動特性に対する依存性を示す特性図（移動特性曲線）である。
【図４】ゲートリセス深さのトランスコンダクタンス（ｇｍ）に対する依存性を示す特性図（移動特性曲線）である。
【図５】マルチセルからなる最終デバイスの移動特性を示す移動特性曲線と、トランスコンダクタンス特性図である。
【図６】異なるデバイスセグメントの移動特性を重ね合わせてなる調整メカニズムを説明する図である。
【００２０】
本願発明の具体例を以下に示す。
（１）リセステクノロジー：ＨＥＭＴのゲートにリセスを設けることによって、トランスコンダクタンスは、正確に制御されうる。すなわち、リセス深さを制御すると、閾値電圧は、シフトし、トランスコンダクタンス曲線の形状は、最適化される。より具体的には、閾値電圧がシフトすると、ゲート幅の形状および大きさは最適化され、トランスコンダクタンス曲線を非常にフレキシブルに操作することが可能である。
【００２１】
（２）ゲート位置：ゲート幅とゲート位置を変化させることによって、トランスコンダクタンス曲線の形状をも変化させることが可能である。
【００２２】
（３）異なった仕事関数を持つゲート金属の組み合わせ：このゲートテクノロジーは、異なったショットキー障壁高さおよび異なった閾値特性を生み出す。例えば、ゲート金属の二つの異なったタイプの適切な組み合わせには、ｇｍプロフィール曲線を変化させるのに使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施例として、マルチセルＨＥＭＴのパワーバーについて説明する。
図１は、リセスを有していない典型的なＨＥＭＴセル１０を表すものである。数字１９で表わされる部材が、２ＤＥＧであり、数字２０で表わされる部材が、基板であり、数字２２で表わされる部材が、核形成層であり、数字２４で表わされる部材が、第１バッファー層であり、数字２６で表わされる部材が、第２バッファー層であり、数字２８で表わされる部材が、ドレイン電極およびドレインパッドであり、数字３０で表わされる部材が、ソース電極およびソースパッドであり、数字３２で表わされる部材が、ゲートであり、数字３４で表わされる部材が、ゲート電極パッドである。
また、図２は、リセスがある典型的なＨＥＭＴセル１０を表すものであって、同数字で表わされる部材は、上記したのと同様であって、さらに数字５０で表わされる部材が、２ＤＥＧ空乏領域である。
もし、ゲートに異なった深さでリセスが設けられる場合、移動特性は、変化することになる。そして、リセスを設ける場合に、図２におけるｔｒ１で表わされるリセスゲート下の残留バリアー層の厚さ（リセス深さ）の値を、変えることになる。
また、図３および図４において、ゲート電圧Ｖｇが一掃されるとき、ドレイン電流Ｉｄｓおよびトランスコンダクタンスｇｍは、異なったリセス深さで表される。そして、それぞれのセルで閾値電圧のシフトおよび傾きの変化が現れる。
【００２４】
本願発明によれば、線形デバイスを得るために、より高次のｇｍが０になるようなフラットなｇｍ曲線が必要とされることを見出したものである。
すなわち、数個のリセスセルは、異なったトランスコンダクタンス特性と、それらの組み合わせを有する異なったリセス深さをとる（図５で、数個のリセスセルをＲｘｘＦ＝ｎと示す。ここで、ｘｘは、リセス深さ（ｎｍ）、ｎは、スケール倍率を表す）。
これらの組み合わせによって、得られるトランスコンダクタンス曲線がフラットであって、最小非線形になるように、正確に最適化され、拡大縮小される。図５において、異なったセルにおけるｇｍ特性と、得られたｇｍを示す。
そして、図６は、そのトランスコンダクタンス曲線の最適化のためのメカニズムを図示するものである。
すなわち、異なるデバイスセグメントの移動特性を重ね合わせてなる調整メカニズムを説明する図である。そして、理想直線で表わされるトランスコンダクタンス曲線を得るにつき、同一のデバイスユニットＡを複数個組み合わせるよりも、異なるトランスコンダクタンス曲線を有するデバイスユニットＡ〜Ｎを、適宜組み合わせることが有効である。
【符号の説明】
【００２５】
１０：ＨＥＭＴデバイス
１９：２ＤＥＧ
２０：基板
２２：核形成層
２４：第１バッファー層
２６：第２バッファー層
２８：ドレイン電極およびドレインパッド
３０：ソース電極およびソースパッド
３２：ゲート
３４：ゲート電極パッド
５０：２ＤＥＧ空乏領域
Ｌｇｆ：ゲート電極パッドの長さ
Ｌｇ：ゲート長さ
ｔｐ１：第１パッシベイション層の厚さ
ｔｐ２：第２パッシベイション層の厚さ
ｔＲ１：リセスゲート下の残留バリアー層の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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