Implications of the interface effects in the normally-off type GaAs MESFETs

The variations of I- V characteristics under substrate bias are compared for normally-on and normally-off type planar GaAs-MESFETs with long-channel. The experimental results are interpreted by superimposing to the Schottky gate space-charge region both a depleted layer at the channel-substrate interface and a depleted surface region between source and gate. This last one is only of minor influence on normally-on characteristics, but strongly reduces the normally-off current and limits the achievable positive threshold voltages. On the other hand, the carrier confinement between two space-charge layers leads to a simple theoretical model for the no-neutral channel, allowing an accurate threshold voltage control even for very thin layers.On compare, pour les types normally-on et normally-off, l'évolution des caractéristiques I- V de MESFET-GaAs de structure plane à canal long sous l'effet d'une polarisation du substrat. On montre que l'interprétation des résultats nécessite de tenir compte, en plus de la zone de charge d'espace Schottky, d'une zone déserte à l'interface canal-substrat ainsi qu'à la surface de l'espace source-grille. Cette dernière, qui n'a qu'une influence mineure pour le type normally-on, dégrade fortement le courant du FET normally-off et limite les tensions de seuil positives réalisables. D'autre part, le confinement des porteurs entre deux charges d'espace conduit à une description théorique simple du canal hors neutralité, ce qui permet un contrôle précis de la tension de seuil, même pour les couches très minces

Influence de la polarisation du substrat semi-isolant sur les propriétés électriques du transistor à effet de champ à l'arséniure de gallium et caractérisation de l'interface entre la couche active et le substrat semi-isolant

The effects of the substrate bias on the drain current and on the gate input capacitance of GaAs FET's are studied. The experimental results are explained : it is shown that a dual space charge and a positive fixed charge can develop at the N-epitaxial layer-semi-insulating substrate interface. Experimental methods for determining the technological and physical parameters of the N-layer, the interface and the substrate are proposed. It is deduced that the results obtained by using the classical C(V) profiling methods must be carefully analysed.Les évolutions du courant de drain et de la capacité de grille d'un transistor à effet de champ à grille métallique sur arséniure de gallium sont étudiées en fonction de la polarisation du substrat. Les résultats obtenus sur des composants élaborés sur une couche épitaxiée, par cracking de composés organométalliques directement sur le susbtrat semi-isolant, sont interprétés en introduisant simultanément une double charge d'espace et une charge fixe positive à l'interface entre la couche N épitaxiale et le substrat semi-isolant dopé au chrome. On propose des méthodes expérimentales appropriées à la détermination des paramètres technologiques et physiques qui caractérisent à la fois la couche N, l'interface et le substrat. On en conclut que les méthodes classiques de relevé des caractéristiques capacité-tension ne sont pas utilisables, sans ambiguïté, pour la détermination du profil de dopage des couches

Substrate and interface effects in GaAs fet's

In this paper, the experimental results describing the substrate bias effect on the Schottky gate capacitance-voltage and the DC current-voltage characteristics of GaAs FET's (N-type epilayer on semi-insulating Cr-doped substrate) are reported. These results are accounted for by the formation of a double space-charge in the N-layer and in the S.I. substrate in the vicinity of the interface. A theoretical analysis is proposed and appropriate methods for obtaining both the N active layer and the interface parameters (fixed interface charge value, deep centers density in the S.I. GaAs) are shown. The deep level charge effect on the low temperature drain current-drain voltage characteristics, is described.Dans cette communication on décrit l'effet de la polarisation du substrat sur les caractéristiques électriques du transistor à effet de champ à l'arseniure de gallium, réalisé à partir d'une couche N épitaxiée sur substrat semi-isolant compensé au chrome. Une analyse basée sur l'existence d'une double charge d'espace à l'interface semiconducteur-semi-isolant, est proposée et appliquée à la détermination des paramètres de la couche active et des paramètres de l'interface. Les propriétés des caractéristiques de courant de drain aux basses températures et celles de l'admittance de sortie en basses fréquences, sont attribuées à la réponse dynamique de cette double charge d'espace