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JP2817718B2 - Tunnel transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Tunnel transistor and manufacturing method thereof

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JP2817718B2
JP2817718B2 JP8204774A JP20477496A JP2817718B2 JP 2817718 B2 JP2817718 B2 JP 2817718B2 JP 8204774 A JP8204774 A JP 8204774A JP 20477496 A JP20477496 A JP 20477496A JP 2817718 B2 JP2817718 B2 JP 2817718B2
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Japan
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layer
tensile stress
drain
conductivity type
semiconductor
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哲也 植村
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NEC Corp
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高集積化、高速動
作、多機能化が可能な、トンネル現象利用のトランジス
タに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transistor utilizing a tunnel phenomenon, which can be highly integrated, operate at high speed, and have multiple functions.

【0002】[0002]

【従来の技術】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、多機能性を有するトランジスタと
してトンネルトランジスタが知られている。本出願人
は、例えば特願平6−339126に、少ない素子数で
機能回路を構成でき、高集積化が可能可能にするトンネ
ルトランジスタについて提案している。このトンネルト
ランジスタの構造と動作を、その構造図を元に簡単に説
明する。
2. Description of the Related Art A tunnel transistor is known as a multifunctional transistor utilizing a tunnel phenomenon at a p + -n - junction on a semiconductor surface. The present applicant has proposed, for example, in Japanese Patent Application No. Hei 6-339126, a tunnel transistor which can constitute a functional circuit with a small number of elements and enables high integration. The structure and operation of the tunnel transistor will be briefly described based on the structure diagram.

【0003】図3は、特願平6−339126に記載さ
れたトンネルトランジスタの一例を示す構造模式図であ
る。このトンネルトランジスタは、半導体基板1に半絶
縁性GaAs、緩衝層2にi−Al0.5Ga0.5As層
(ここでiは真性または実質的に真性とみなせるノンド
ープ半導体を意味する略号。以下同様。)、緩衝層13
にi−GaAs層、ドレイン層4に縮退したp+−Ga
As層、ソース層5に縮退したn+−GaAs層、チャ
ネル層6に縮退したn+−GaAs層、ゲート絶縁層7
にi−Al0.5Ga0.5As、ゲート電極8にAl膜、ド
レイン電極9にAuZn/Au膜、ソース電極10にA
uGe/Au膜を用いて構成されている。
FIG. 3 is a schematic structural view showing an example of a tunnel transistor described in Japanese Patent Application No. 6-339126. The tunnel transistor is semi-insulating GaAs semiconductor substrate 1, the buffer layer 2 i-Al 0.5 Ga 0.5 As layer (abbreviation i here means a non-doped semiconductor that can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic. Forth.) , Buffer layer 13
The p + -Ga degenerated into the i-GaAs layer and the drain layer 4
As layer, n + -GaAs layer degenerate source layer 5, n + -GaAs layer degenerated to the channel layer 6, the gate insulating layer 7
I-Al 0.5 Ga 0.5 As, an Al film on the gate electrode 8, an AuZn / Au film on the drain electrode 9, and an A film on the source electrode 10.
It is configured using a uGe / Au film.

【0004】このトランジスタを動作させるのに、ソー
ス電極10をアース電位とし、ソース・ドレイン間に電
圧を印加する。ソース領域5とチャネル層6はともに同
一の導電型を示すため、完全な導通状態となっている。
一方、チャネル層6とドレイン領域4との間は江崎ダイ
オード(トンネルダイオード)と同様の接合(トンネル
接合)が形成され、結果としてソース・ドレイン間には
トンネル効果による電流(トンネル電流)が流れる。特
にドレイン電極9に正の電圧を印加すると、江崎ダイオ
ードが順方向バイアスになるため、その電流電圧特性に
は微分負性抵抗が現れる。トンネル電流の大きさはチャ
ネルに誘起される電子の濃度に依存するため、この負性
抵抗はゲート電極に印加電圧により制御されることにな
り、様々な機能を有するトランジスタの動作が得られ
る。
In order to operate this transistor, the source electrode 10 is set to the ground potential, and a voltage is applied between the source and the drain. Since both the source region 5 and the channel layer 6 have the same conductivity type, they are completely conducting.
On the other hand, a junction (tunnel junction) similar to an Ezaki diode (tunnel diode) is formed between the channel layer 6 and the drain region 4, and as a result, a current (tunnel current) flows between the source and the drain due to a tunnel effect. In particular, when a positive voltage is applied to the drain electrode 9, the Esaki diode becomes forward-biased, and a differential negative resistance appears in the current-voltage characteristics. Since the magnitude of the tunnel current depends on the concentration of electrons induced in the channel, the negative resistance is controlled by the voltage applied to the gate electrode, so that the operation of the transistor having various functions can be obtained.

【0005】トンネル電流密度を大きくするにはチャネ
ル領域もしくはドレイン領域の不純物添加量を高くする
必要があるが、不純物濃度の上限は結晶性や固溶限界に
より限られ、必ずしも十分に電流密度を大きくできない
場合があった。
[0005] To increase the tunnel current density, it is necessary to increase the amount of impurities added to the channel region or the drain region. However, the upper limit of the impurity concentration is limited by the crystallinity and the solid solution limit. In some cases, it was not possible.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、さらに高電
流密度動作が可能なトンネルトランジスタを提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tunnel transistor which can operate at a higher current density.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に、第1導電型半導体のドレイン層、第2導電型半導体
のソース層および第2導電型半導体のチャネル層を有
し、該ドレイン層とチャネル層がバンド間トンネリング
接合を形成しているトンネルトランジスタにおいて、前
記ドレイン層またはチャネル層のいずれかのp型の導電
型を示す半導体層(以下、p型導電型層という。)の上
または下面の少なくとも一方に接して、該層に対して引
っ張り応力を有する層(以下、引っ張り応力層とい
う。)を設けたことを特徴とするトンネルトランジスタ
に関する。
According to the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a drain layer of a first conductivity type semiconductor, a source layer of a second conductivity type semiconductor, and a channel layer of a second conductivity type semiconductor. In a tunnel transistor in which a layer and a channel layer form an interband tunneling junction, a semiconductor layer having a p-type conductivity of either the drain layer or the channel layer (hereinafter, referred to as a p-type conductivity type layer). Alternatively, the present invention relates to a tunnel transistor provided with a layer having a tensile stress with respect to at least one of the lower surfaces (hereinafter, referred to as a tensile stress layer).

【0008】本発明の、p−n接合のバンド間トンネリ
ング接合を有するトンネルトランジスタでは、p−n接
合のp型の導電型を示す半導体層(p型導電型層)は、
その下層もしくは上層から引っ張り応力を受け歪んだ状
態にある。
In the tunnel transistor having a pn junction band-to-band tunneling junction according to the present invention, the semiconductor layer (p-type conductivity type layer) of the pn junction exhibiting the p-type conductivity is:
It is in a distorted state under a tensile stress from the lower or upper layer.

【0009】p型導電型層が引っ張り歪みを加えられる
と、軽い正孔に基づく価電子帯のエネルギー端が低下
し、軽い正孔の濃度が増加する。電子と正孔の有効質量
から得られる還元有効質量が小さい方が、バンド間トン
ネル電流が大きくなるので、軽い正孔濃度の増加によ
り、トンネル電流が増加する。
When a tensile strain is applied to the p-type conductivity type layer, the energy edge of the valence band based on light holes decreases, and the concentration of light holes increases. Since the smaller the reduced effective mass obtained from the effective mass of electrons and holes, the larger the interband tunnel current, the tunnel current increases with a light increase in hole concentration.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の引っ張り応力層は、p型
導電型層に引っ張り歪みを加えることができる種々の材
料で形成することができる。例えばSiのp型導電型層
に対してSiO2のような酸化物の層を用いることがで
きる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The tensile stress layer of the present invention can be formed of various materials capable of applying tensile strain to a p-type conductivity type layer. For example, an oxide layer such as SiO 2 can be used for a p-type conductivity type layer of Si.

【0011】しかし特に、前記の引っ張り応力層を、前
記p型導電型層の格子定数より大きい格子定数を有する
半導体で形成することが好ましい。
However, it is particularly preferable that the tensile stress layer is formed of a semiconductor having a lattice constant larger than the lattice constant of the p-type conductivity type layer.

【0012】この場合、引っ張り応力層の格子定数とp
型導電型層の格子定数の差が小さすぎると、p型導電型
層内部の引っ張り歪みが小さすぎて軽い正孔濃度が十分
でなく、大きすぎると良質の結晶が得られないので、
「(引っ張り応力層の格子定数−p型導電型層の格子定
数)/p型導電型層の格子定数」の値は、通常0.2〜
10%、好ましくは1〜5%である。
In this case, the lattice constant of the tensile stress layer and p
If the difference between the lattice constants of the p-type conductivity type layers is too small, the tensile strain inside the p-type conductivity type layer is too small and the light hole concentration is not sufficient, and if it is too large, good quality crystals cannot be obtained.
The value of “(lattice constant of tensile stress layer−lattice constant of p-type conductivity type layer) / lattice constant of p-type conductivity type layer” is usually 0.2 to
It is 10%, preferably 1 to 5%.

【0013】引っ張り歪みが加わる組み合わせは、用い
られるp型導電型層に対して、格子定数が上記の範囲の
半導体層を、その他絶縁性、結晶性等を考慮して適宜選
んで引っ張り応力層として用いることができる。
The combination in which tensile strain is applied is such that a semiconductor layer having a lattice constant in the above-mentioned range is appropriately selected in consideration of insulation properties, crystallinity and the like with respect to the p-type conductivity type layer to be used as a tensile stress layer. Can be used.

【0014】例えば、GaAs系化合物半導体のp型半
導体層に対しては、引っ張り応力層としてInGaAs
系の化合物半導体を用いることができるが、これに限定
されるものではなく、その他の材料系の組み合わせを用
いることもできる。
For example, for a p-type semiconductor layer of a GaAs compound semiconductor, InGaAs is used as a tensile stress layer.
Although a compound semiconductor of a system can be used, the present invention is not limited to this, and a combination of other material systems can also be used.

【0015】また、引っ張り応力層はp型導電型層の下
層として、また構成上可能であれば上層として、あるい
は下層と上層の両方に設けることができる。下層と上層
の両方に設けた場合は、より大きな効果が期待できる。
Further, the tensile stress layer can be provided as a lower layer of the p-type conductivity type layer, or as an upper layer if possible, or as both a lower layer and an upper layer. When provided in both the lower layer and the upper layer, a greater effect can be expected.

【0016】引っ張り応力層は、p−n接合の近傍に設
けてあればよいが、構造上可能であって悪影響がなけれ
ば、例えばn型の半導体層の下層部分等のその他の部分
に渡って設けられていても構わない。
The tensile stress layer may be provided in the vicinity of the pn junction. However, if the tensile stress layer is structurally possible and has no adverse effect, the tensile stress layer may be formed over other portions such as the lower portion of the n-type semiconductor layer. It may be provided.

【0017】また、本発明では、引っ張り応力層、ドレ
イン層、ソース層またはチャネル層と、必要に応じて緩
衝層を設けることができる。
Further, in the present invention, a tensile stress layer, a drain layer, a source layer or a channel layer and, if necessary, a buffer layer can be provided.

【0018】また、ドレイン層、ソース層およびチャネ
ル層が形成される表面は、絶縁性になっていることが好
ましい。例えば引っ張り応力層を形成し、この表面にこ
れらの層を形成する場合は、少なくとも表面が絶縁性の
引っ張り応力層を用いることが好ましい。また、例え
ば、引っ張り応力層をp型導電層の上面に形成し、緩衝
層の表面にドレイン層、ソース層およびチャネル層を形
成する場合は、少なくとも表面が絶縁性の緩衝層を用い
ることが好ましい。
The surface on which the drain layer, the source layer and the channel layer are formed is preferably insulative. For example, when a tensile stress layer is formed and these layers are formed on the surface, it is preferable to use a tensile stress layer having at least an insulating surface. Further, for example, in the case where a tensile stress layer is formed on the upper surface of the p-type conductive layer and a drain layer, a source layer, and a channel layer are formed on the surface of the buffer layer, it is preferable to use a buffer layer having at least an insulating surface. .

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明について実施例を示す図面を参
照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing embodiments.

【0020】[実施例1]図1は本発明の第1の実施例
を示す断面図である。このトランジスタは、半導体基板
1として半絶縁性GaAs基板を用い、i−Al0.5
0.5Asの緩衝層2を設け、この上に引っ張り応力層
3としてi−In0.2Ga0.8As層を用い、ドレイン層
4に縮退したp+−GaAs層、ソース層5に縮退した
+−GaAs層、チャネル層6に縮退した厚さ12n
m程度のn+−GaAs層、ゲート絶縁層7にi−Al
0.3Ga0.7As、ゲート電極8にAl膜、ドレイン電極
9にAuZn/Au膜、ソース電極10にAuGe/A
u膜を用いて図のように積層して構成されている。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention. This transistor uses a semi-insulating GaAs substrate as a semiconductor substrate 1 and has an i-Al 0.5 G
The buffer layer 2 of a 0.5 As provided, using the i-In 0.2 Ga 0.8 As layer as a stress layer 3 tensile thereon, p + -GaAs layer degenerated to the drain layer 4, and degenerate source layer 5 n + - GaAs layer, channel layer 6 has degenerated thickness 12n
m of about n + -GaAs layer, a gate insulating layer 7 i-Al
0.3 Ga 0.7 As, an Al film on the gate electrode 8, an AuZn / Au film on the drain electrode 9, and an AuGe / A on the source electrode 10.
It is configured by laminating as shown in the figure using a u film.

【0021】本発明の第1の実施例のトランジスタにお
いても、ドレイン層4とチャネル層6の間にバンド間ト
ンネル接合が形成され、チャネル濃度をゲート電圧で制
御することにより、微分負性抵抗特性を有するトランジ
スタ動作が得られる。このとき、引っ張り応力層3は下
地の層と格子整合していないが、歪みが緩和するまでそ
の膜厚を十分厚くする。その結果、ドレイン層4となる
+−GaAs層の格子定数は下地の引っ張り応力層3
のそれよりも小さいため、引っ張り歪みが加わり、軽い
正孔濃度が増加し、トンネル電流が増加する。
Also in the transistor according to the first embodiment of the present invention, an interband tunnel junction is formed between the drain layer 4 and the channel layer 6, and the differential negative resistance characteristic is controlled by controlling the channel concentration by the gate voltage. Is obtained. At this time, the tensile stress layer 3 is not lattice-matched with the underlying layer, but its thickness is sufficiently increased until the strain is relaxed. As a result, the lattice constant of the p + -GaAs layer serving as the drain layer 4 is reduced by the underlying tensile stress layer 3
, A tensile strain is applied, the light hole concentration increases, and the tunnel current increases.

【0022】この実施例のトランジスタの製造方法は次
のようにして行う。まず、GaAs基板1上の(10
0)面上に500nmのi−Al0.5Ga0.5Asの緩衝
層2と200nmのi−In0.2Ga0.8Asの引っ張り
応力層3の積層構造、ドレイン層4となる厚さ20nm
のp+−GaAs層(濃度5×1019cm-3のBeをド
ーパントとして含んでいる。)を分子線エピタキシー
(MBE)法により基板温度520℃でそれぞれ形成す
る。ドレインとなる部分以外のp+−GaAs層を除去
してドレイン層4を形成した後、ソース部分に厚さ20
nmのn+−GaAsのソース層5(濃度1×1019
-3のSiをドーパントとして含んでいる。)を選択的
に成長させた。さらに、チャネル層となる厚さ12nm
のn+−GaAs層(濃度1×1019cm-3のSiをド
ーパントとして含んでいる。)、ゲート絶縁層になる厚
さ20nmのi−Al0.3Ga0.7As層を全面に成長さ
せ、厚さ50nmのAl膜を蒸着した後、ゲート電極形
状にAl膜およびその下のi−Al0.3Ga0.7As層お
よびn+−GaAs層を加工し、ゲート電極8、ゲート
絶縁層7およびチャネル層6を形成した。最後にリフト
オフ法により、AuZn/Auからなるドレイン電極9
およびAuGe/Au多層膜からなるソース電極10を
形成した。
The method of manufacturing the transistor of this embodiment is performed as follows. First, (10) on the GaAs substrate 1
0) A laminated structure of a buffer layer 2 of 500 nm i-Al 0.5 Ga 0.5 As and a tensile stress layer 3 of 200 nm of i-In 0.2 Ga 0.8 As on the surface, and a thickness of 20 nm to be a drain layer 4
Respectively formed at a substrate temperature of 520 ° C. by the p + -GaAs layer (concentration 5 × 10 19 cm -3 of Be containing as a dopant.) The molecular beam epitaxy (MBE) method. After removing the p + -GaAs layer other than the portion serving as the drain to form the drain layer 4, the source portion has a thickness of 20 μm.
nm n + -GaAs source layer 5 (concentration 1 × 10 19 c
It contains m- 3 Si as a dopant. ) Was selectively grown. Further, a thickness of 12 nm serving as a channel layer
N + -GaAs layer (containing 1 × 10 19 cm −3 of Si as a dopant) and a 20-nm-thick i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer serving as a gate insulating layer are grown on the entire surface. After depositing an Al film having a thickness of 50 nm, the Al film and the underlying i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer and n + -GaAs layer are processed into a gate electrode shape, and the gate electrode 8, the gate insulating layer 7, and the channel layer 6 are formed. Was formed. Finally, a drain electrode 9 made of AuZn / Au is formed by a lift-off method.
And a source electrode 10 made of an AuGe / Au multilayer film.

【0023】この構造のデバイスにより、微分負性抵抗
特性のピーク電流密度は従来構造に比ベ、およそ1桁増
加した。
With the device having this structure, the peak current density of the differential negative resistance characteristic is increased by about one digit as compared with the conventional structure.

【0024】[実施例2]次に本発明の第2の実施例に
ついて図2を参照して説明する。この実施例では、ドレ
イン層4の上部にさらにドレイン層よりも格子定数の大
きな引っ張り応力層3bを挿入し、下側の引っ張り応力
層3aと上側の引っ張り応力層3bの両方によってドレ
イン層を歪ませる構造となっている。これにより、第1
の実施例よりもドレイン層の歪みを大きくすることがで
き、結果として第1の実施例よりもさらに電流密度が増
大する。
Embodiment 2 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a tensile stress layer 3b having a larger lattice constant than the drain layer is inserted above the drain layer 4, and the drain layer is distorted by both the lower tensile stress layer 3a and the upper tensile stress layer 3b. It has a structure. Thereby, the first
The strain in the drain layer can be made larger than in the first embodiment, and as a result, the current density further increases as compared with the first embodiment.

【0025】この実施例のトランジスタの製造方法は次
のようにして行う。まず、GaAs基板1上の(10
0)面上に500nmのi−Al0.5Ga0.5Asの緩衝
層2と200nmのi−In0.2Ga0.8Asの引っ張り
応力層3aの積層構造、ドレイン層4となる厚さ20n
mのp+−GaAs層(濃度5×1019cm-3のBeを
ドーパントとして含んでいる。)、引っ張り応力層3b
となる厚さ30nmのi−In0.2Ga0.8As層を分子
線エピタキシー(MBE)法により基板温度520℃で
それぞれ形成する。ドレインとなる部分以外のi−In
0.2Ga0.8As層およびp+−GaAs層を除去しさら
にドレイン電極を形成する部分のi−In0 .2Ga0.8
s層を除去してドレイン層4と引っ張り応力層3bを形
成した後、ソース部分に厚さ20nmのn+−GaAs
のソース層5(濃度1×1019cm- 3のSiをドーパン
トとして含んでいる。)を選択的に成長させた。さら
に、チャネル層となる厚さ12nmのn+−GaAs層
(濃度1×1019cm-3のSiをドーパントとして含ん
でいる。)、ゲート絶縁層になる厚さ20nmのi−A
0.3Ga0.7As層7を全面に成長させ、厚さ50nm
のAl膜を蒸着した後、ゲート電極形状にAl膜および
その下のi−Al0.3Ga0.7As層およびn+−GaA
s層を加工し、ゲート電極8、ゲート絶縁層7およびチ
ャネル層6を形成した。最後にリフトオフ法により、A
uZn/Auからなるドレイン電極9およびAuGe/
Au多層膜からなるソース電極10を形成した。
The method of manufacturing the transistor of this embodiment is performed as follows. First, (10) on the GaAs substrate 1
0) A stacked structure of a buffer layer 2 of 500 nm i-Al 0.5 Ga 0.5 As and a tensile stress layer 3 a of 200 nm of i-In 0.2 Ga 0.8 As on the surface, and a thickness of 20 n serving as a drain layer 4
m p + -GaAs layer (containing 5 × 10 19 cm −3 concentration of Be as a dopant), tensile stress layer 3b
An i-In 0.2 Ga 0.8 As layer having a thickness of 30 nm is formed at a substrate temperature of 520 ° C. by a molecular beam epitaxy (MBE) method. I-In other than the part to be drain
0.2 Ga 0.8 As layer and p + -GaAs layer to form a further drain electrode removed portion of the i-In 0 .2 Ga 0.8 A
After removing the s layer to form the drain layer 4 and the tensile stress layer 3b, a 20 nm thick n + -GaAs
Source layer 5 (concentration 1 × 10 19 cm -. Which contains Si of 3 as a dopant) were selectively grown. Further, a 12 nm-thick n + -GaAs layer (containing Si at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 as a dopant) serving as a channel layer, and a 20 nm-thick i-A serving as a gate insulating layer.
10.3 Ga 0.7 As layer 7 is grown on the entire surface and has a thickness of 50 nm.
After depositing an Al film, an Al film and an underlying i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer and an n + -GaAs
The s layer was processed to form a gate electrode 8, a gate insulating layer 7, and a channel layer 6. Finally, by lift-off method, A
drain electrode 9 made of uZn / Au and AuGe /
A source electrode 10 made of an Au multilayer film was formed.

【0026】この構造のデバイスにより、微分負性抵抗
特性のピーク電流密度は従来構造に比ベ、およそ1桁増
加した。
With the device having this structure, the peak current density of the differential negative resistance characteristic is increased by about one digit compared to the conventional structure.

【0027】[実施例3]次に本発明の第3の実施例に
ついて図1を参照して説明する。この実施例では、実施
例1の、ドレイン層、ソース層およびチャネル層を構成
する半導体の導電性を逆にした。このようにするとチャ
ネル層がp型の導電型となるので、チャネル層に引っ張
り歪みを加え、その正孔濃度の増加をはかった。これに
より、第1の実施例と印加する電圧の極性を逆にするこ
とで、同様の特性が得られ、相補的素子を実現すること
ができる。
Embodiment 3 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, the conductivity of the semiconductor constituting the drain layer, the source layer, and the channel layer of Example 1 was reversed. In this case, the channel layer becomes a p-type conductivity type, so that tensile strain was applied to the channel layer to increase the hole concentration. Thus, by reversing the polarity of the voltage applied to the first embodiment, similar characteristics can be obtained, and a complementary element can be realized.

【0028】この実施例の製造方法は次のようにして行
う。まず、GaAs基板1上の(100)面上に500
nmのi−Al0.5Ga0.5Asの緩衝層2と200nm
のi−In0.2Ga0.8Asの引っ張り応力層3の積層構
造、ドレイン層4となる厚さ20nmのn+−GaAs
層(濃度1×1019cm-3のSiをド一パントとして含
んでいる。)を分子線エピタキシー(MBE)法により
基板温度520℃でそれぞれ形成する。ドレインとなる
部分以外のn+−GaAs層を除去しドレイン層4を形
成した後、ソース部分に厚さ20nmのp+−GaAs
のソース層5(濃度5×1019cm-3のBeをドーパン
トとして含んでいる。)を選択的に成長させた。さら
に、チャネル層となる厚さ10nmのp+−GaAs層
(濃度1×1019cm-3のBeをドーパントとして含ん
でいる。)、ゲート絶縁層となる厚さ20nmのi−A
0.3Ga0.7As層を全面に成長させ、厚さ50nmの
Al膜を蒸着した後、ゲート電極形状にA1膜およびそ
の下のi−Al0.3Ga0.7As層およびp+−GaAs
層を加工し、ゲート電極8、ゲート絶縁層7およびチャ
ネル層6を形成した。最後にリフトオフ法により、Au
Ge/Auからなるドレイン電極8およびAuZn/A
u多層膜からなるソース電極9を形成した。この構造の
デバイスにより、第1の実施例と相補的特性が得られ、
かつ、微分負性抵抗特性のピーク電流密度は従来構造に
比ベ、およそ1桁増加した。
The manufacturing method of this embodiment is performed as follows. First, on the (100) plane of the GaAs substrate 1, 500
i-Al 0.5 Ga 0.5 As buffer layer 2 of 200 nm
Lamination structure of i-In 0.2 Ga 0.8 As tensile stress layer 3 and 20 nm thick n + -GaAs to be drain layer 4
Layers (containing Si having a concentration of 1 × 10 19 cm -3 as a dopant) are formed at a substrate temperature of 520 ° C. by a molecular beam epitaxy (MBE) method. After removing the n + -GaAs layer other than the portion serving as the drain to form the drain layer 4, a 20 nm thick p + -GaAs is formed on the source portion.
(Containing Be at a concentration of 5 × 10 19 cm −3 as a dopant) was selectively grown. Further, a 10 nm-thick p + -GaAs layer (containing Be at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 as a dopant) serving as a channel layer, and a 20 nm-thick i-A serving as a gate insulating layer.
After growing an l 0.3 Ga 0.7 As layer on the entire surface and depositing an Al film having a thickness of 50 nm, the gate electrode is formed into an Al film, an i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer under the Al film, and ap + -GaAs layer.
The layers were processed to form a gate electrode 8, a gate insulating layer 7, and a channel layer 6. Finally, by lift-off method, Au
Drain electrode 8 made of Ge / Au and AuZn / A
A source electrode 9 made of a u multilayer film was formed. With the device having this structure, characteristics complementary to those of the first embodiment can be obtained.
In addition, the peak current density of the differential negative resistance characteristic is increased by about one digit compared to the conventional structure.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明により、高い電流密度を持った負
性抵抗特性を有したトンネルトランジスタを提供できる
ので、高速で室温動作が可能で、且つ低消費電力で、超
高密度集積が可能なトンネルデバイス集積回路の実現が
可能である。
According to the present invention, a tunnel transistor having a negative resistance characteristic having a high current density can be provided. Therefore, high-speed operation at room temperature, low power consumption, and ultra-high density integration are possible. It is possible to realize a tunnel device integrated circuit.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】従来例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 緩衝層 3 引っ張り応力層 3a 引っ張り応力層(下側) 3b 引っ張り応力層(上側) 4 ドレイン層 5 ソース層 6 チャネル層 7 ゲート絶縁層 8 ゲート電極 9 ドレイン電極 10 ソース電極 13 緩衝層 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 buffer layer 3 tensile stress layer 3a tensile stress layer (lower side) 3b tensile stress layer (upper side) 4 drain layer 5 source layer 6 channel layer 7 gate insulating layer 8 gate electrode 9 drain electrode 10 source electrode 13 buffer layer

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29/80-29 / 812

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、第1導電型半導体のド
レイン層、第2導電型半導体のソース層および第2導電
型半導体のチャネル層を有し、該ドレイン層とチャネル
層がバンド間トンネリング接合を形成しているトンネル
トランジスタにおいて、 前記ドレイン層またはチャネル層のいずれかのp型の導
電型を示す半導体層(以下、p型導電型層という。)の
上または下面の少なくとも一方に接して、該層に対して
引っ張り応力を有する層(以下、引っ張り応力層とい
う。)を設けたことを特徴とするトンネルトランジス
タ。
1. A semiconductor substrate having a drain layer of a first conductivity type semiconductor, a source layer of a second conductivity type semiconductor, and a channel layer of a second conductivity type semiconductor, wherein the drain layer and the channel layer are inter-band tunneling. In a tunnel transistor forming a junction, at least one of an upper surface and a lower surface of a semiconductor layer having a p-type conductivity (hereinafter, referred to as a p-type conductivity type layer) of one of the drain layer and the channel layer is provided. And a layer having a tensile stress with respect to the layer (hereinafter referred to as a tensile stress layer).
【請求項2】 前記の引っ張り応力層は、前記p型導電
型層の格子定数より大きい格子定数を有する半導体で形
成されている請求項1記載のトンネルトランジスタ。
2. The tunnel transistor according to claim 1, wherein said tensile stress layer is formed of a semiconductor having a lattice constant larger than a lattice constant of said p-type conductivity type layer.
【請求項3】 半導体基板上に、第1導電型半導体のド
レイン層、第2導電型半導体のソース層および第2導電
型半導体のチャネル層を形成し、該ドレイン層とチャネ
ル層間をバンド間トンネリング接合とするトンネルトラ
ンジスタの製造方法において、 前記p型導電型層の上または下面の少なくとも一方に接
して、引っ張り応力層を設け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 drain layer of a first conductivity type semiconductor, a source layer of a second conductivity type semiconductor, and a channel layer of a second conductivity type semiconductor are formed on a semiconductor substrate, and inter-band tunneling is performed between the drain layer and the channel layer. A method for manufacturing a tunnel transistor to be a junction, wherein a tensile stress layer is provided in contact with at least one of an upper surface and a lower surface of the p-type conductivity type layer.
【請求項4】 前記の引っ張り応力層は、前記p型導電
型層の格子定数より大きい格子定数を有する半導体で形
成されている請求項3記載のトンネルトランジスタの製
造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the tensile stress layer is formed of a semiconductor having a lattice constant larger than a lattice constant of the p-type conductivity type layer.
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