ГЛАВА 6 МАЛОШУМЯЩИЕ GaAs ПТШ

Ф. Хасэгава

6.1. БАЗОВАЯ СТРУКТУРА И ГЕОМЕТРИЯ ПРИБОРА

Базовая структура GaAs ПТШ проста (рис. 6.1а). Она содержит тонкий активный эпитаксиальный слой на полу изолирующей подложке. Обычно перед выращиванием активного слоя для улучшения качества кристаллографии выращивается высокоомный буферный слой [1]. Два омических контакта применяются как электроды истока, и между ними расположен металлический затвор, образующий барьер Шотки. Хотя базовая структура проста, размеры и предельные параметры GaAs ПТШ трудно достижимьь Согласно теоретическому анализу уменьшение размеров, как и в других приборах СВЧ, приводит к более высоким частотам генерации. Длина затвора ~ один

Университет Цукуба, Сакура Мура, Ниихари1ан, префектура Ибараки, Япония.

Рис. 6.1. Основные структуры мапошумящих GaAs. ПТШ; а - плоского типа; б - с улучшенной структурой затвора; в - утопленная; г - z селективным и-контактным слоем

Исток

Затвор

Сток

,Au ,Pt ,Ti -Ni

AuGe -Активный зпитаксиальныа слой

Буфериьш слой -Полуизооирушщая подложка

П*-контактныи слои

п*-кон1лактныи слой

ИЗ наиболее важных параметров GaAs ПТШ, и она должна быть менее 1 мкм для достижения требуемых коэффициентов усиления и шума в области СВЧ.

Другими важными параметрами являются паразитные сопротивления истока и затвора. Поскольку сопротивление истока в

значительной мере обусловлива-ется расстоянием между истоком и затвором, то испытьшаются и развиваются различные методь! самосовмещения и прецизионного контроля на площади менее 1 мкм [4]. Толщина активного эпитаксиального слоя также очень мала, обычно от 100 до 200 нм при концентрации носителей примерно 2-10 см". Толщина высокоомного буферного слоя равна 3-5 мкм. Концентрация носителей должна быть менее 1-10 см".

На рис. 6.1а показано поперечное сечение электродов транзистора. Сплав Au-Ge-Ni - наиболее популярный материал для омического контакта на GaAs [5]. Слой Аи является защитным, необходимым для монтажа проволочных выводов, слой Pt служит для предотвращения диффузии между Аии Au-Ge-Ni.

Алюминий - один из наиболее популярных металлов для затвора [6]. Металл затвора должен иметь хорошую проводимость, хорошую адгезию к GaAs, высокую надежность и, главное, не вступать в реакцию с GaAs вплоть до температур 400°С. Существует точка зрения, согласно которой система тугоплавких металлов, таких как Ti-Pt-Au, является предпочтительной в качестве материала затвора для обеспечения надежности, однако это не вполне ясно. Для того чтобы снизить коэффициент шума GaAs ПТШ, необходимо уменьшать паразитные сопротивления истока и затвора одновременно с уменьшением дгшны затвора, как обсуждалось в гл. 5.

Некоторые типы усовершенствованных малошумящих GaAs ПТШ показаны на рис. 6.16, г. На рис. 6.16 приведена структура с уменьшенным сопротивлением затвора малой длины. Барьер Шотки на затворе выполнен из тугоплавкого металла Мо или W, сверху нанесен слой золота [7]. Слой золота используется и как маска при формировании омических контактов ме-

Истон Стон Исток Сток

а) Затвор 6) Затвор Шок Затвор

Рис 6 2 Примеры т0поло1 ий малошумящих GaAs ПТШ й - с длиной затвора 1 мкм и единичной шириной затвора I 50 мкм (N1 244); б - с дли ной затвора 0,5 мкм с двумя площадками затвора (N1 388), s - с длиной затвора ] мкм и шириной затвора 5 00 мкм (HPl)Ol)

тодом самосовмещения. На рис. 6 1в, г приведены структуры транзистора с уменьшенным сопротивлением стока На рис 6.1 в показано углубление затвора в структуре с «""-контактным эгштаксиальным слоем [8]. Если даже на поверхности нет «"""-контактного слоя, углубление затвора при его достаточной глубине очень эффективно для уменьшения сопротивления истока. Структура, показанная на рис. 6.1г, может быть изютовлена селективным ионным легированием или селективным эгштаксиальным выращиванием [9, 10]. Структура сама по себе является идеальной, однако очень трудно контролировать активный промежуток между «"""-истоковым контактным слоем и затвором, если не применен один из способов самосовмещения.

Примеры внешнего вида кристаллов серийных малошумящих GaAs ПТШ показаны на рис. Ь.1а-в. Полевой транзистор с затвором длиной 1 мкм (рис. Ь.2а) имеет одну контактную площадку затвора и два зубца затвора, каждый длиной 150 мкм. Площадка затвора расположена на полуизолирующем GaAs, поэтому паразитная емкость площадки затвора незначительна. Это лишь одно из достоинств GaAs приборов на полуизолирующей подложке. Две контактные площадки в транзисторе с длиной затвора 0,5 мкм