InAIAs／In_(0.7)Ga_(0.3)As系HEMTの極低温下における超高速動作

摘要

ゲート長L_g＝50～700nmを有するIn_(0.52)Al_(0.48)As／In_(0.7)Ga_(0.3)As系HEMTのDC・RF特性を300K及び16Kにおいて評価した，予想通り，16Kに冷却することでドレイン電流I_(ds)の最大値と最大DC相互コンダクタンスgm＿maxは増大した．300Kから16Kに冷却すると，遮断周波数f_Tムは21～36％増大する．また遅延時間解析により，ゲート電極下の平均電子速度は，300Kで4．8×10~7cm／s，16Kで6，4×10~7cm／sであった．更に，多層キャップ構造を用いてソース・ドレイン抵抗を低減した30nmゲートHEMTに関して，300K，77K，16KでDC・RF特性を評価した．16Kにおいて，最高値としてドレイン電圧V_(ds)＝0．8V でf_T＝603 GHzが得られた，更に16Kでは，V_(ds)＝0．4Vという低電圧でf_T＝500GHzが得られた．これは，極低温下におけるInAlAs／InGaAs系HEMTが，低電圧高速動作が可能であることを示している．%DC and RF characteristics at 3 00 and 16 K of rnIn_(0.52)Al_(0.48)As／In_(0.7)Ga_(0.3)As HEMTs were measured in t he gate length L_g range of 50 to 700 nm. The maximum drain-source current I_(ds) and the maximum transconductance g_(m_max) increased at 16 K as expected. We observed an increase of 21 to 36% in the value of the cutoff frequency f_T- at 16 K over that at 300 K. We obtained the average electron velocity under the gate by a delay time analysis. The velocities were 4.8x 107 cm/s at 300 K and 6.4x 107 cm/s at 16 K. Furthermore, we measured f_T values at 300, 77, and 16 K of a 30-nm-gate HEMT that had a multi-layer cap structure to reduce source and drain resistances under various bias conditions. The maximum f_T was 603 GHz at 1 6 K under a drain-source voltage V_(ds) of 0.8 V. Even at a V_(ds) of 0.4 V, we obtained an f_T of 500 GHz at 16 K. This indicates that the cryogenic HEMTs are favorable for low-voltage and ultrahigh-speed operations.