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JP2671856B2 - Tunnel transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Tunnel transistor and manufacturing method thereof

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JP2671856B2
JP2671856B2 JP6558195A JP6558195A JP2671856B2 JP 2671856 B2 JP2671856 B2 JP 2671856B2 JP 6558195 A JP6558195 A JP 6558195A JP 6558195 A JP6558195 A JP 6558195A JP 2671856 B2 JP2671856 B2 JP 2671856B2
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JP
Japan
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layer
conductivity type
substrate
gate
drain
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寿夫 馬場
ジョセフ アンリ レゼク
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Original Assignee
NEC Corp
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はトンネルトランジスタ及
びその製造方法に係り、特に高集積化、高速動作、多機
能化が可能なトンネル現象を利用したトランジスタ及び
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a transistor using a tunnel phenomenon that enables high integration, high speed operation and multi-function, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】トランジスタの主流を占めるものは、現
在シリコン(Si)を用いたMOS型電界効果トランジ
スタ(FET)などのデバイスであるが、より高集積
化、高速な集積回路を実現するためにより高速動作可能
なGaAsなどの化合物半導体を使用し、半導体基板表
面の導電層上に直接ゲート電極を形成した構造のショッ
トキ接合型電界効果トランジスタ(MESFET:ME
tal Semiconductor FET)なども
知られている。
2. Description of the Related Art The mainstream of transistors is a device such as a MOS field effect transistor (FET) using silicon (Si) at present, but it is more and more required to realize a higher integration and a higher speed integrated circuit. A Schottky junction type field effect transistor (MESFET: ME) having a structure in which a gate electrode is directly formed on a conductive layer on the surface of a semiconductor substrate by using a compound semiconductor such as GaAs which can operate at high speed.
Tal Semiconductor FETs) are also known.

【0003】しかし、これらのトランジスタを用いた集
積回路の高速化や高集積化は、従来より素子寸法の微細
化により進められてきているが、微細化には限界があ
り、また、配線遅延の影響も無視できない。従って、こ
れらの問題を解決するためには、素子自体のより一層の
高速化と、多機能化を実現することで集積回路のトラン
ジスタ数の低減を図ることが必要とされる。
However, although speeding up and higher integration of integrated circuits using these transistors have been promoted by miniaturization of element size from the past, miniaturization has a limit and wiring delay is caused. The influence cannot be ignored. Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to reduce the number of transistors in the integrated circuit by further increasing the speed of the device itself and realizing the multifunction.

【0004】そこで、従来より高性能、多機能が実現で
きるものとして種々のトランジスタが提案されている
が、そのうち上記のMOS型FETやMESFETとは
動作原理の異なる、半導体表面におけるp+−n+ 接合で
のトンネル現象を利用したトンネルトランジスタが本発
明者などにより提案されている(例えば特開昭58−9
6766号公報:発明の名称「半導体装置」、特開平5
−41520号公報:発明の名称「半導体装置」、特願
平6−20707号:発明の名称「トンネルトランジス
タおよびその製造方法」)。この提案になるトンネルト
ランジスタは、MOS型FETの微細化の極限で問題と
なってくるトンネル効果を積極的に利用したものであ
り、微細化に適する構造と共に負性抵抗特性の利用によ
り多機能動作ができ、集積回路の高密度化を可能としよ
うとするものである。
Therefore, it is possible to realize higher performance and more functions than ever before.
Various transistors have been proposed as possible
However, what is the above-mentioned MOS type FET and MESFET?
P on the surface of a semiconductor with different operating principles+-N+ At the junction
Introduces a tunnel transistor that utilizes the tunnel phenomenon of
Proposed by the authors (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-9)
No. 6766: Title of invention “semiconductor device”
-41520 Publication: Title of Invention "Semiconductor Device", Japanese Patent Application
No. 6-20707: Title of invention "Tunnel Transis
And its manufacturing method "). The tunnel that makes this proposal
The transistor is a problem in the limit of miniaturization of MOS FET.
It is an active use of the tunnel effect
The use of negative resistance characteristics together with a structure suitable for miniaturization
Enable multi-functional operation and enable high-density integrated circuits
Trying to do it.

【0005】図3は上記の従来のトンネルトランジスタ
の一例の層構造の模式図を示す。このトンネルトランジ
スタは、基板1上にソース層2、低不純物濃度層3、ド
レイン層4、チャネル層5、絶縁層6が積層され、更に
ソース層2、ドレイン層4のそれぞれにはこれとオーミ
ック接合を形成するソース電極8、ドレイン電極9が形
成されると共に、絶縁層6上にゲート電極7が形成され
た構造である。
FIG. 3 is a schematic view of a layer structure of an example of the conventional tunnel transistor described above. In this tunnel transistor, a source layer 2, a low impurity concentration layer 3, a drain layer 4, a channel layer 5 and an insulating layer 6 are laminated on a substrate 1, and an ohmic junction is formed on each of the source layer 2 and the drain layer 4. In this structure, a source electrode 8 and a drain electrode 9 are formed, and a gate electrode 7 is formed on the insulating layer 6.

【0006】ここで、ソース層2は一導電型を有する半
導体からなり、ドレイン層4はソース層2と異なる導電
型を有し、縮退した半導体からなる。また、チャネル層
5はソース層2と同一の導電型を有する半導体からな
る。絶縁層6は禁止帯幅が広い材料からなる。
Here, the source layer 2 is made of a semiconductor having one conductivity type, and the drain layer 4 is made of a degenerate semiconductor having a conductivity type different from that of the source layer 2. The channel layer 5 is made of a semiconductor having the same conductivity type as the source layer 2. The insulating layer 6 is made of a material having a wide band gap.

【0007】この従来のトンネルトランジスタの製造方
法と動作を、基板1にi−GaAs(ここで、iは真性
又は実質的に真性と見做せるノンドープ半導体を意味す
る略号:以下同じ)、ソース層2にn+−GaAs、低
不純物濃度層3にi−GaAs、ドレイン層4にp+
GaAs、チャネル層5にn+−GaAs、絶縁層6に
i−Al 0.3Ga0.7As、ゲート電極7にアルミニウム
(Al)、ソース電極8及びドレイン電極9に金(A
u)を使用した例について説明する。
How to manufacture this conventional tunnel transistor
The method and operation are as follows: i-GaAs (where i is an intrinsic
Or, it means a non-doped semiconductor that can be regarded as substantially authentic.
Abbreviation: same as below), n in source layer 2+-GaAs, low
I-GaAs for the impurity concentration layer 3 and p for the drain layer 4+
GaAs, n in the channel layer 5+-For GaAs and insulating layer 6
i-Al 0.3Ga0.7As, aluminum for the gate electrode 7
(Al), gold (A) for the source electrode 8 and the drain electrode 9
An example using u) will be described.

【0008】まず、分子線結晶成長法(MBE:Mol
ecular Beam Epitaxy)によりn+
−GaAsソース層2、i−GaAs低不純物濃度層
3、p+−GaAsドレイン層4を連続して成長する。
次に、ドレイン領域を残すようにメサエッチングを行
い、n+−GaAsソース層2を露出させる。その後、
MBE装置内で表面の清浄化を行い、n+−GaAsチ
ャネル層5、i−Al0.3Ga0.7As絶縁層6を再成長
させる。そして最後に、Alゲート電極7をマスクに再
成長層をエッチングした後、ソース電極8及びドレイン
電極9を形成して素子を完成させる。
First, the molecular beam crystal growth method (MBE: Mol
n + by means of the Equal Beam Epitaxy)
The -GaAs source layer 2, the i-GaAs low impurity concentration layer 3, and the p + -GaAs drain layer 4 are continuously grown.
Next, mesa etching is performed so as to leave the drain region, and the n + -GaAs source layer 2 is exposed. afterwards,
The surface is cleaned in the MBE apparatus, and the n + -GaAs channel layer 5 and the i-Al 0.3 Ga 0.7 As insulating layer 6 are regrown. Finally, after etching the regrown layer using the Al gate electrode 7 as a mask, the source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed to complete the device.

【0009】この従来のトンネルトランジスタによれ
ば、ソース層2とチャネル層5は同一の導電型であるた
め、ソース電極8をアース電位とし、ドレイン電極9に
正の電圧を印加すると、チャネル層5とドレイン層4間
のn+−p+トンネル接合により、エサキダイオード(ト
ンネルダイオード)と同様に順方向バイアス時に、ドレ
イン・ソース間にトンネル効果によるトンネル電流が流
れ、電流−電圧特性に負性抵抗特性が現われる。この負
性抵抗特性はチャネル層5のキャリア濃度に依存するた
め、ゲート電圧によるチャネルのキャリア濃度の変調に
より制御される。この結果、負性抵抗特性を有するトラ
ンジスタ特性が得られる。
According to this conventional tunnel transistor, since the source layer 2 and the channel layer 5 have the same conductivity type, when the source electrode 8 is set to the ground potential and a positive voltage is applied to the drain electrode 9, the channel layer 5 is formed. By the n + -p + tunnel junction between the drain layer 4 and the drain layer 4, a tunnel current flows between the drain and the source due to the tunnel effect at the time of forward bias like the Esaki diode (tunnel diode), and the current-voltage characteristic has a negative resistance The characteristic appears. Since this negative resistance characteristic depends on the carrier concentration of the channel layer 5, it is controlled by modulating the carrier concentration of the channel by the gate voltage. As a result, transistor characteristics having negative resistance characteristics can be obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
のトンネルトランジスタは、既存の結晶成長技術を適用
することにより容易に製造することはできるが、構造が
縦型であり、集積化が容易なプレーナ構造となっていな
い。また、ゲート・ドレイン間やソース・ドレイン間、
ソース・ドレイン間の重なりが多いために寄生容量が大
きく、高速動作が阻害されるという問題がある。
However, although the above-mentioned conventional tunnel transistor can be easily manufactured by applying the existing crystal growth technique, it has a vertical structure and is easy to integrate. It does not have a planar structure. Also, between the gate and drain, between the source and drain,
Since there is a large amount of overlap between the source and drain, there is a problem that the parasitic capacitance is large and high-speed operation is hindered.

【0011】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
プレーナ構造で、かつ、寄生容量が少ないトンネルトラ
ンジスタ及びこのトンネルトランジスタを製造する製造
方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points,
An object of the present invention is to provide a tunnel transistor having a planar structure and a small parasitic capacitance, and a manufacturing method for manufacturing the tunnel transistor.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1及び2記載の本発明のトンネルトランジス
タは、基板上に設けられた第1の導電型のチャネル層
と、チャネル層上に設けられた絶縁層と、チャネル層よ
りも不純物濃度が低く設定された不純物濃度を有し、絶
縁層上に形成された第1の導電型のゲート層と、絶縁層
上に形成された第1の導電型のソース領域と、チャネル
層、絶縁層及びゲート層のそれぞれの側面に接触し、か
つ、基板上に形成された、第1の導電型とは異なる第2
の導電型を有し縮退した半導体からなるドレイン領域
と、チャネル層、ゲート層及びドレイン領域にそれぞれ
接続されたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と
を有するか、又はドレイン領域と同様にソース領域もチ
ャネル層、絶縁層及びゲート層のそれぞれの他方の側面
に接触し、かつ、基板上に形成された、前記第2の導電
型を有し縮退した半導体からなる構成としたものであ
る。
In order to achieve the above-mentioned object, a tunnel transistor of the present invention according to claims 1 and 2 has a first conductivity type channel layer provided on a substrate and a channel layer on the channel layer. An insulating layer provided on the insulating layer, a first conductive type gate layer formed on the insulating layer and having an impurity concentration lower than that of the channel layer, and a first conductive type gate layer formed on the insulating layer. A second region different from the first conductivity type formed on the substrate and in contact with each side surface of the channel layer, the insulating layer, and the gate layer of the first conductivity type source region;
Or a source region, a gate electrode and a drain electrode respectively connected to the channel layer, the gate layer and the drain region, or a source region similar to the drain region. The semiconductor layer is in contact with the other side surface of each of the channel layer, the insulating layer, and the gate layer, and is formed on the substrate by the degenerate semiconductor having the second conductivity type.

【0013】また、請求項3及び5記載の本発明のトン
ネルトランジスタの製造方法は、基板上にチャネル層、
絶縁層及び第1の導電型のゲート層とを順次に積層する
第1の工程と、第1の工程により作成された積層構造の
ドレイン領域となる部分、又はドレイン領域及びソース
領域となる部分を除去して基板を露出させる第2の工程
と、第2の工程により露出された基板上に第2の導電型
の縮退した半導体によるドレイン領域、又はドレイン領
域及びソース領域を形成する第3の工程と、ソース電
極、ゲート電極及びドレイン電極をそれぞれ形成する第
4の工程とを少なくとも含む構成としたものである。
According to the method of manufacturing a tunnel transistor of the present invention as defined in claims 3 and 5, a channel layer is formed on the substrate,
A first step of sequentially laminating an insulating layer and a gate layer of the first conductivity type, and a portion which becomes a drain region or a portion which becomes a drain region and a source region of the laminated structure formed by the first step are formed. A second step of removing and exposing the substrate, and a third step of forming a drain region or a drain region and a source region by a degenerated semiconductor of the second conductivity type on the substrate exposed by the second step. And a fourth step of forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode, respectively.

【0014】[0014]

【作用】請求項1記載の本発明のトンネルトランジスタ
では、ドレイン領域がチャネル層及びゲート層の側面に
対してセルフアライン的に形成されるため、ソース電
極、ゲート電極及びドレイン電極がそれぞれほぼ同一平
面内に位置するプレーナ構造とすることができる。
In the tunnel transistor of the present invention as set forth in claim 1, since the drain region is formed in self-alignment with the side surfaces of the channel layer and the gate layer, the source electrode, the gate electrode and the drain electrode are substantially in the same plane. It may be a planar structure located within.

【0015】また、請求項2記載の本発明のトンネルト
ランジスタでは、ドレイン領域のみならずソース領域も
チャネル層及びゲート層の側面に対してセルフアライン
的に形成されるため、ドレインのバイアス方向によらず
に負性抵抗特性が現われる、プレーナ構造とすることが
できる。
Further, in the tunnel transistor of the present invention as defined in claim 2, not only the drain region but also the source region is formed in self-alignment with the side surfaces of the channel layer and the gate layer. Instead, a planar structure can be obtained in which a negative resistance characteristic appears.

【0016】更に、上記の本発明のトンネルトランジス
タは、いずれもゲート層がチャネル層上だけに設けられ
ており、ドレイン領域上には存在しないようにできる。
Further, in any of the tunnel transistors of the present invention described above, the gate layer is provided only on the channel layer and may not be present on the drain region.

【0017】また、請求項3及び5記載の製造方法によ
れば、請求項1及び2記載の本発明のトンネルトランジ
スタを製造することができる。
According to the manufacturing method described in claims 3 and 5, the tunnel transistor of the present invention described in claims 1 and 2 can be manufactured.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図1は本発明になるトンネルトラン
ジスタの第1実施例の層構造の模式図を示す。同図中、
図3と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。図1において、基板1上にはチャネル層5と絶
縁層6が順次に積層されている。絶縁層6上にはゲート
層10及びソース領域11が形成されている。また、基
板1上にはドレイン領域12がチャネル層5、絶縁層6
及びゲート層10の側面にそれぞれ隣接して設けられて
いる。更に、ゲート層10、ソース領域11及びドレイ
ン領域12上にはゲート電極7、ソース電極8及びドレ
イン電極9が形成されている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of a layer structure of a first embodiment of a tunnel transistor according to the present invention. In the figure,
The same components as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIG. 1, a channel layer 5 and an insulating layer 6 are sequentially laminated on a substrate 1. A gate layer 10 and a source region 11 are formed on the insulating layer 6. Further, the drain region 12 is formed on the substrate 1 by the channel layer 5 and the insulating layer 6.
And adjacent to the side surfaces of the gate layer 10, respectively. Further, a gate electrode 7, a source electrode 8 and a drain electrode 9 are formed on the gate layer 10, the source region 11 and the drain region 12.

【0019】ゲート層10はチャネル層5と同一導電型
であるが、チャネル層5よりも不純物濃度が低く設定さ
れている。ドレイン領域12はチャネル層5とは反対導
電型を有し、縮退した半導体からなる。
The gate layer 10 has the same conductivity type as the channel layer 5, but the impurity concentration is set lower than that of the channel layer 5. The drain region 12 has a conductivity type opposite to that of the channel layer 5 and is made of a degenerated semiconductor.

【0020】次に、本実施例のトンネルトランジスタの
動作を、基板1にi−GaAs、チャネル層5にn+
GaAs、絶縁層6にn−Al0.3Ga0.7As、ゲート
層10及びソース領域11にn−GaAs、ドレイン領
域12にp+ −GaAs、ゲート電極7にAu、ソース
電極8にAuGe、ドレイン電極9にAuZnを例にと
って説明する。
Next, in the tunnel transistor of this embodiment,
For the operation, i-GaAs is applied to the substrate 1 and n is applied to the channel layer 5.+
GaAs, n-Al in insulating layer 60.3Ga0.7As, gate
N-GaAs, drain region in the layer 10 and the source region 11
P in area 12+ -GaAs, Au for gate electrode 7, source
For example, AuGe is used for the electrode 8 and AuZn is used for the drain electrode 9.
I will explain.

【0021】本実施例では、ドレイン領域12がゲート
層10に対してセルアライン的に形成された、高濃度の
正孔が存在する縮退した半導体であり、チャネル層5の
端とドレイン領域12の間にn+−p+トンネル接合が形
成されている。また、後述するようにソース電極8はア
ロイ処理により、少なくともソース領域11及び絶縁層
6をそれぞれ突き抜けてチャネル層5に電気的に接続さ
れている。従って、ソース電極8とチャネル層5とは同
電位となる。
In this embodiment, the drain region 12 is a degenerate semiconductor in which a high concentration of holes is present, which is formed in a cell-aligned manner with respect to the gate layer 10, and is located between the edge of the channel layer 5 and the drain region 12. An n + -p + tunnel junction is formed in the. Further, as will be described later, the source electrode 8 is electrically connected to the channel layer 5 through at least the source region 11 and the insulating layer 6 by alloying. Therefore, the source electrode 8 and the channel layer 5 have the same potential.

【0022】従って、ソース電極8をアース電位とし、
ゲート電極7に正の電圧を印加すると、このチャネル層
5とドレイン領域12の間で形成されているn+−p+
ンネル接合により、エサキダイオードと同様に順方向バ
イアス時に負性抵抗特性が現われる。
Therefore, the source electrode 8 is set to the ground potential,
When a positive voltage is applied to the gate electrode 7, due to the n + -p + tunnel junction formed between the channel layer 5 and the drain region 12, a negative resistance characteristic appears at the time of forward bias like the Esaki diode. .

【0023】なお、ゲート層10とドレイン領域12の
間にもn−p+接合が形成されているが、ゲート層10
の不純物濃度がチャネル層5の不純物濃度よりも小さく
設定されているため、ここを流れる電流はチャネル層5
・ドレイン領域12間を流れる電流よりも小さく殆ど無
視できる。従って、チャネル層5のキャリア濃度はゲー
ト電極7に接続されたゲート層10の電圧により変調さ
れ、従来のトンネルトランジスタと同様に、チャネル層
5・ドレイン領域12間のバンド間トンネル電流をゲー
ト電極7の印加電圧により制御することができる。
Although an np + junction is also formed between the gate layer 10 and the drain region 12, the gate layer 10
The impurity concentration of the channel layer 5 is set to be lower than that of the channel layer 5.
It is smaller than the current flowing between the drain regions 12 and can be almost ignored. Therefore, the carrier concentration of the channel layer 5 is modulated by the voltage of the gate layer 10 connected to the gate electrode 7, and a band-to-band tunnel current between the channel layer 5 and the drain region 12 is generated by the gate electrode 7 as in the conventional tunnel transistor. Can be controlled by the applied voltage.

【0024】本実施例の構造は、図1に示すようにソー
ス電極8、ゲート電極7及びドレイン電極9がそれぞれ
ほぼ同一平面内に位置するプレーナ構造となっているた
め、デバイス作成時のパターン描画・加工が容易であ
り、よって高集積化に適している。また、ゲート層10
がバンド間トンネル接合近傍のチャネル層5上だけに設
けられており、ドレイン領域12上には存在しないた
め、従来のトンネルトランジスタに比べてゲート容量を
大幅に低減できる。
The structure of this embodiment has a planar structure in which the source electrode 8, the gate electrode 7 and the drain electrode 9 are located in substantially the same plane as shown in FIG. -Easy to process and suitable for high integration. In addition, the gate layer 10
Is provided only on the channel layer 5 near the band-to-band tunnel junction and does not exist on the drain region 12, so that the gate capacitance can be significantly reduced as compared with the conventional tunnel transistor.

【0025】次に、本実施例の製造方法について、動作
の説明で用いた材料と同一の材料を用いて説明する。ま
ず、半絶縁性GaAs基板1上に厚さ500nmのi−
GaAs、厚さ20nmのn+−GaAs(Te=2×
1019cm-3 )によるチャネル層5、厚さ30nmのn
−Al0.3Ga0.7Asによる絶縁層6、厚さ80nmの
n−GaAs(Si=5×1018cm-3 )によるゲート
層をMBE法を適用して成長しそれらの積層構造を得
る。
Next, the operation of the manufacturing method of this embodiment will be described.
The same material as that used in the description will be used for description. Ma
On the semi-insulating GaAs substrate 1 having a thickness of 500 nm.
GaAs, 20 nm thick n+-GaAs (Te = 2x
1019cm-3 ) Channel layer 5, 30 nm thick n
-Al0.3Ga0.7Insulating layer 6 made of As, having a thickness of 80 nm
n-GaAs (Si = 5 × 1018cm-3 ) By gate
The layers are grown by applying the MBE method to obtain their laminated structure
You.

【0026】続いて、その積層構造のうちドレイン領域
12を形成するために基板上のドレイン形成領域となる
積層構造部分をエッチング除去し、その除去後の基板上
に炭素(C)ドープのp+−GaAs(C=2×1020
cm-3 )を有機金属MBE法により埋め込みドレイン領
域12を形成する。更に、上記の厚さ80nmのn−G
aAsゲート層の一部をエッチングにより除去し、ゲー
ト層10及びソース領域11を形成する。
Subsequently, the drain region in the laminated structure
To form a drain formation region on the substrate for forming 12
On the substrate after removing the laminated structure by etching
Carbon (C) -doped p+-GaAs (C = 2 × 1020
cm-3 ) Is buried by an organometallic MBE method.
Area 12 is formed. Further, the above-mentioned n-G having a thickness of 80 nm
A part of the aAs gate layer is removed by etching,
The source layer 10 and the source region 11 are formed.

【0027】次に、AuGe及びAuZnをソース領域
11上及び上記のp+−GaAsドレイン領域12上に
形成し、410℃でアロイしてソース電極8及びドレイ
ン電極9をそれぞれ形成する。これにより、ソース電極
8は少なくともソース領域11及び絶縁層6を突き抜け
てチャネル層5に接続される。最後に、Auをゲート層
10上にゲート電極7として形成してトンネルトランジ
スタの製造を完了する。
Next, AuGe and AuZn are formed on the source region 11 and the p + -GaAs drain region 12 and alloyed at 410 ° C. to form the source electrode 8 and the drain electrode 9, respectively. As a result, the source electrode 8 penetrates at least the source region 11 and the insulating layer 6 and is connected to the channel layer 5. Finally, Au is formed as the gate electrode 7 on the gate layer 10 to complete the manufacture of the tunnel transistor.

【0028】このようにして作成した本実施例のトンネ
ルトランジスタによれば、従来のトンネルトランジスタ
と同様な明瞭な負性抵抗特性を有するトランジスタ特性
が得られ、しかも負性抵抗特性のピーク電流密度として
従来構造よりも大きな104A/cm2が得られた。ま
た、本実施例のゲート容量も従来構造に比べて1/3以
下になった。
According to the tunnel transistor of the present embodiment produced in this way, transistor characteristics having clear negative resistance characteristics similar to those of conventional tunnel transistors can be obtained, and the peak current density of the negative resistance characteristics can be obtained. A larger value of 10 4 A / cm 2 than that of the conventional structure was obtained. Further, the gate capacitance of this embodiment is 1/3 or less of that of the conventional structure.

【0029】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図2は本発明になるトンネルトランジスタの第2実
施例の層構造の模式図を示す。同図において、図1及び
図3と同一構成部分には同一符号を付してある。図2に
おいて、ソース領域13はドレイン領域12と同一の導
電型を有する半導体領域である。本実施例は、ドレイン
領域12とソース領域13とが対称的に形成されている
ため、第1実施例よりも製造が容易であるという特長が
ある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic view of the layer structure of the second embodiment of the tunnel transistor according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 3 are designated by the same reference numerals. In FIG. 2, the source region 13 is a semiconductor region having the same conductivity type as the drain region 12. The present embodiment is characterized in that the drain region 12 and the source region 13 are formed symmetrically, so that it is easier to manufacture than the first embodiment.

【0030】この第2実施例の動作原理も第1実施例と
同様であり、例えばソース電極8をアース電位とし、ゲ
ート電極7に正の電圧を印加することにより、チャネル
層5とドレイン領域12の間で形成されているn+−p+
トンネル接合により、エサキダイオードと同様に順方向
バイアス時に負性抵抗特性が現われる。
The operation principle of the second embodiment is also similar to that of the first embodiment. For example, the source electrode 8 is set to the ground potential and a positive voltage is applied to the gate electrode 7, so that the channel layer 5 and the drain region 12 are formed. N + −p + formed between
Due to the tunnel junction, a negative resistance characteristic appears at the time of forward bias as in the Esaki diode.

【0031】なお、本実施例では、ドレインのバイアス
方向によらずに負性抵抗特性が現われる。これは、チャ
ネル層5とソース領域13の間と、チャネル層5とドレ
イン領域12の間にそれぞれn+−p+トンネル接合が形
成され、これら2つのトンネル接合の一方が抵抗値の低
い逆方向バイアスとなり、他方が負性抵抗特性を示す順
方向バイアスになるためである。
In this embodiment, the negative resistance characteristic appears regardless of the drain bias direction. This is because n + −p + tunnel junctions are formed between the channel layer 5 and the source region 13 and between the channel layer 5 and the drain region 12, respectively, and one of these two tunnel junctions has a low resistance value in the reverse direction. This is because it becomes a bias, and the other becomes a forward bias exhibiting a negative resistance characteristic.

【0032】次に、本実施例の製造方法について説明す
る。本実施例では、例えば基板1にi−GaAs、チャ
ネル層5にn+−GaAs、絶縁層6にn−Al0.3Ga
0.7As、ゲート層10にn−GaAs、ドレイン領域
12及びソース領域13にp+ −GaAs、ゲート電極
7にAu、ソース電極8及びドレイン電極9にAuZn
を使用するものとする。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described.
You. In this embodiment, for example, the substrate 1 is made of i-GaAs,
N on the flannel layer 5+-GaAs, n-Al in insulating layer 60.3Ga
0.7As, n-GaAs in the gate layer 10, drain region
12 and p in source region 13+ -GaAs, gate electrode
7 is Au, and source electrode 8 and drain electrode 9 are AuZn.
Shall be used.

【0033】まず、半絶縁性GaAs基板1上に厚さ5
00nmのi−GaAs、厚さ20nmのn+−GaA
s(Te=2×1019cm-3 )によるチャネル層5、厚
さ30nmのn−Al0.3Ga0.7Asによる絶縁層6、
厚さ80nmのn−GaAs(Si=5×1018
-3 )によるゲート層10をMBE法を適用して成長し
それらの積層構造を得る。
First, a semi-insulating GaAs substrate 1 having a thickness of 5 is formed.
00 nm i-GaAs, 20 nm thick n+-GaA
s (Te = 2 × 1019cm-3 ) By the channel layer 5, thickness
30 nm n-Al0.3Ga0.7Insulating layer 6 of As,
80 nm thick n-GaAs (Si = 5 × 1018c
m-3 ), The gate layer 10 is grown by applying the MBE method.
Obtain their laminated structure.

【0034】続いて、その積層構造のうちドレイン領域
12とソース領域13をそれぞれ形成するために基板上
のドレイン形成領域及びソース領域となる積層構造部分
をエッチング除去し、その除去後の基板上に炭素(C)
ドープのp+−GaAs(C=2×1020cm-3 )を有
機金属MBE法により埋め込み、ドレイン領域12とソ
ース領域13を図2に示すように形成する。
Subsequently, the drain region in the laminated structure
On the substrate to form 12 and source region 13 respectively
Part of the laminated structure that will become the drain formation region and the source region of
Is removed by etching, and carbon (C) is left on the substrate after the removal.
Dope p+-GaAs (C = 2 × 1020cm-3 )
Embedded by the machine metal MBE method and the drain region 12 and
The source region 13 is formed as shown in FIG.

【0035】次に、AuZnを上記のp+−GaAsド
レイン領域12上とp+−GaAsソース領域13上に
形成し、410℃でアロイしてドレイン電極9及びソー
ス電極8をそれぞれ形成する。最後に、Auをゲート層
10上にゲート電極7として形成して本実施例のトンネ
ルトランジスタの製造を完了する。
Next, AuZn is formed on the p + -GaAs drain region 12 and the p + -GaAs source region 13 and alloyed at 410 ° C. to form the drain electrode 9 and the source electrode 8, respectively. Finally, Au is formed as the gate electrode 7 on the gate layer 10 to complete the manufacture of the tunnel transistor of this embodiment.

【0036】このようにして作成した本実施例のトンネ
ルトランジスタによれば、ドレインバイアスの両方向に
明瞭な負性抵抗特性を有するトランジスタ特性が得ら
れ、しかも負性抵抗特性のピーク電流密度として従来構
造よりも大きな104A/cm2が得られた。また、本実
施例のゲート容量も第1実施例と同様に従来構造に比べ
て1/3以下になった。
According to the tunnel transistor of this embodiment produced in this way, transistor characteristics having clear negative resistance characteristics in both directions of the drain bias can be obtained, and the peak current density of the negative resistance characteristics can be obtained as the conventional structure. A larger value of 10 4 A / cm 2 was obtained. Further, the gate capacitance of this embodiment is 1/3 or less of that of the conventional structure as in the first embodiment.

【0037】なお、本発明は以上の実施例に限定される
ものではなく、例えば、基板などの半導体材料としては
GaAs以外に、Si、Ge、SiGe、InP、In
GaAs、GaSbなどの他の半導体でもよく、また、
基板、ソース領域、低濃度層の半導体は同種の半導体か
らなるホモ接合だけではなく、異種の半導体からなるヘ
テロ接合でもよい。また、絶縁層6としては、Al0.3
Ga0.7As以外に、GaAS、InAlAs、InP
などの絶縁性を示すその他の半導体や、SiO2、Si3
4、AlNなどの絶縁体であってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, as the semiconductor material for the substrate, other than GaAs, Si, Ge, SiGe, InP, In may be used.
Other semiconductors such as GaAs and GaSb may be used.
The semiconductor of the substrate, the source region, and the low concentration layer may be not only a homojunction made of the same kind of semiconductor but also a heterojunction made of different kinds of semiconductors. Further, as the insulating layer 6, Al 0.3
In addition to Ga 0.7 As, GaAS, InAlAs, InP
Other semiconductors that exhibit insulating properties, such as SiO 2 and Si 3
It may be an insulator such as N 4 or AlN.

【0038】更に、ゲート電極7の材料としては、Au
以外の、ゲート層10とオーミック接合を形成する他の
金属材料や低抵抗の半導体材料でもよい。また、更に、
以上の実施例ではチャネル層5の導電型はn型であるも
のとして説明したが、これをp型としてもよい(ただ
し、この場合は他の領域も実施例とは反対の導電型とす
る必要がある。)。
Further, as the material of the gate electrode 7, Au is used.
Other than these, other metal materials that form an ohmic junction with the gate layer 10 or low-resistance semiconductor materials may be used. Also,
Although the conductivity type of the channel layer 5 is described as n-type in the above embodiments, it may be p-type (however, in this case, the other regions also need to have the conductivity type opposite to that of the embodiments). There is.)

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1及び2記
載の本発明のトンネルトランジスタによれば、ソース電
極、ゲート電極及びドレイン電極がそれぞれほぼ同一平
面内に位置するプレーナ構造としたため、デバイス作成
時のパターン描画・加工が容易であり、よって高集積化
に適している。
As described above, according to the tunnel transistor of the present invention as defined in claims 1 and 2, the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode have a planar structure in which they are located in substantially the same plane. The pattern drawing and processing at the time of creation are easy, and therefore it is suitable for high integration.

【0040】また、本発明のトンネルトランジスタは、
ゲート層がチャネル層上だけに設けられており、ドレイ
ン領域上には存在しないようにしたため、従来のトンネ
ルトランジスタに比べてゲート容量を大幅に低減でき
る。
Further, the tunnel transistor of the present invention is
Since the gate layer is provided only on the channel layer and not on the drain region, the gate capacitance can be significantly reduced as compared with the conventional tunnel transistor.

【0041】また、請求項2記載の本発明のトンネルト
ランジスタによれば、ドレインのバイアス方向によらず
に負性抵抗特性が現われる、プレーナ構造とすることが
でき、ドレイン領域とソース領域とが対称的に位置する
ために製造が容易である。
Further, according to the tunnel transistor of the present invention as defined in claim 2, it is possible to form a planar structure in which a negative resistance characteristic appears regardless of the bias direction of the drain, and the drain region and the source region are symmetrical. It is easy to manufacture due to its location.

【0042】また、本発明製造方法によれば、従来のト
ンネルトランジスタと同様の明瞭な負性抵抗特性を有
し、しかも負性抵抗特性のピーク電流密度が従来よりも
大で、かつ、ゲート容量が従来に比べて小さなトンネル
トランジスタを製造することができる。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, it has the same clear negative resistance characteristic as that of the conventional tunnel transistor, the peak current density of the negative resistance characteristic is larger than that of the conventional one, and the gate capacitance is large. However, it is possible to manufacture a smaller tunnel transistor than the conventional one.

【0043】以上より、本発明によれば、微細構造の実
現と寄生容量の低減が容易であり、超高集積、超高速な
機能回路の実現ができる。
As described above, according to the present invention, it is easy to realize a fine structure and reduce the parasitic capacitance, and it is possible to realize an ultrahigh integration and ultrahigh speed functional circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の層構造を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view showing a layer structure of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例の層構造を示す模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic view showing a layer structure of a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の一例の層構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a layer structure of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 5 チャネル層 6 絶縁層 7 ゲート電極 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10 ゲート層 11、13 ソース領域 12 ドレイン領域 1 substrate 5 channel layer 6 insulating layer 7 gate electrode 8 source electrode 9 drain electrode 10 gate layers 11 and 13 source region 12 drain region

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に設けられた第1の導電型のチャ
ネル層と、 該チャネル層上に設けられた絶縁層と、 前記チャネル層よりも不純物濃度が低く設定された不純
物濃度を有し、該絶縁層上に形成された前記第1の導電
型のゲート層と、 前記絶縁層上に形成された前記第1の導電型のソース領
域と、 前記チャネル層、絶縁層及びゲート層のそれぞれの側面
に接触し、かつ、前記基板上に形成された、前記第1の
導電型とは異なる第2の導電型を有し縮退した半導体か
らなるドレイン領域と、 前記チャネル層、ゲート層及びドレイン領域にそれぞれ
接続されたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と
を有することを特徴とするトンネルトランジスタ。
1. A channel layer of a first conductivity type provided on a substrate, an insulating layer provided on the channel layer, and an impurity concentration set to be lower than that of the channel layer. A gate layer of the first conductivity type formed on the insulating layer, a source region of the first conductivity type formed on the insulating layer, and a channel layer, an insulating layer and a gate layer, respectively. A drain region made of a degenerate semiconductor having a second conductivity type different from the first conductivity type, the drain region being in contact with a side surface of the substrate, the channel layer, the gate layer, and the drain. A tunnel transistor having a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode respectively connected to the regions.
【請求項2】 基板上に設けられた第1の導電型のチャ
ネル層と、 該チャネル層上に設けられた絶縁層と、 前記チャネル層よりも不純物濃度が低く設定された不純
物濃度を有し、該絶縁層上に形成された前記第1の導電
型のゲート層と、 前記チャネル層、絶縁層及びゲート層のそれぞれの一方
の側面に接触し、かつ、前記基板上に形成された、前記
第1の導電型とは異なる第2の導電型を有し縮退した半
導体からなるドレイン領域と、 前記チャネル層、絶縁層及びゲート層のそれぞれの他方
の側面に接触し、かつ、前記基板上に形成された、前記
第2の導電型を有し縮退した半導体からなるソース領域
と、 前記ソース領域、ゲート層及びドレイン領域にそれぞれ
接続されたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と
を有することを特徴とするトンネルトランジスタ。
2. A first conductivity type channel layer provided on a substrate, an insulating layer provided on the channel layer, and an impurity concentration set to have an impurity concentration lower than that of the channel layer. A gate layer of the first conductivity type formed on the insulating layer, and one side surface of each of the channel layer, the insulating layer and the gate layer, and formed on the substrate, A drain region made of a degenerated semiconductor having a second conductivity type different from the first conductivity type, and contacting the other side surface of each of the channel layer, the insulating layer, and the gate layer, and on the substrate. A source region formed of a degenerate semiconductor having the second conductivity type, and a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode connected to the source region, the gate layer, and the drain region, respectively. When Tunnel transistor that.
【請求項3】 前記基板上に前記チャネル層、絶縁層及
び前記第1の導電型の半導体層とを順次に積層する第1
の工程と、 該第1の工程により作成された積層構造のドレイン領域
となる部分を除去して基板を露出させる第2の工程と、 該第2の工程により露出された前記基板上に前記第2の
導電型の縮退した半導体による前記ドレイン領域を形成
する第3の工程と、 前記第1の導電型の半導体層を分離して前記ゲート層及
び前記ソース領域をそれぞれ形成する第4の工程と、 前記ソース電極、ゲート電極及びドレイン電極をそれぞ
れ形成する第5の工程とを含み、請求項1記載のトンネ
ルトランジスタを製造することを特徴とするトンネルト
ランジスタの製造方法。
3. A first layer in which the channel layer, the insulating layer, and the semiconductor layer of the first conductivity type are sequentially stacked on the substrate.
And a second step of exposing the substrate by removing a portion of the laminated structure formed in the first step, which will be a drain region, and a second step on the substrate exposed by the second step. A third step of forming the drain region of the second conductivity type degenerate semiconductor, and a fourth step of separating the first conductivity type semiconductor layer to form the gate layer and the source region, respectively. And a fifth step of forming the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode, respectively, and manufacturing the tunnel transistor according to claim 1.
【請求項4】 前記第3の工程は、有機金属を用いた分
子線結晶成長方法により前記基板上に前記第2の導電型
の縮退した半導体による前記ドレイン領域を埋め込む工
程であることを特徴とする請求項3記載のトンネルトラ
ンジスタの製造方法。
4. The third step is a step of burying the drain region of the degenerate semiconductor of the second conductivity type on the substrate by a molecular beam crystal growth method using an organic metal. The method of manufacturing a tunnel transistor according to claim 3.
【請求項5】 前記基板上に前記チャネル層、絶縁層及
び前記第1の導電型のゲート層とを順次に積層する第1
の工程と、 該第1の工程により作成された積層構造のドレイン領域
となる部分とソース領域となる部分をそれぞれ除去して
基板を露出させる第2の工程と、 該第2の工程により露出された前記基板上の一方と他方
のそれぞれに前記第2の導電型の縮退した半導体による
前記ドレイン領域及び前記ソース領域を形成する第3の
工程と、 前記ソース電極、ゲート電極及びドレイン電極をそれぞ
れ形成する第4の工程とを含み、請求項2記載のトンネ
ルトランジスタを製造することを特徴とするトンネルト
ランジスタの製造方法。
5. A first layer in which the channel layer, the insulating layer, and the gate layer of the first conductivity type are sequentially stacked on the substrate.
And the second step of exposing the substrate by removing the drain region portion and the source region portion of the laminated structure formed by the first step, respectively, and the second step. And a third step of forming the drain region and the source region of the second conductive type degenerate semiconductor on each of the one side and the other side of the substrate, and forming the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode, respectively. And a fourth step for manufacturing the tunnel transistor according to claim 2.
【請求項6】 前記第3の工程は、有機金属を用いた分
子線結晶成長方法により前記基板上に前記第2の導電型
の縮退した半導体による前記ドレイン領域及び前記ソー
ス領域をそれぞれ同時に埋め込む工程であることを特徴
とする請求項5記載のトンネルトランジスタの製造方
法。
6. The third step is a step of simultaneously burying the drain region and the source region of the second conductive type degenerate semiconductor on the substrate by a molecular beam crystal growth method using an organic metal, respectively. 6. The method for manufacturing a tunnel transistor according to claim 5, wherein
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