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JPH08186272A - Tunnel transistor - Google Patents

Tunnel transistor

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Publication number
JPH08186272A
JPH08186272A JP33888294A JP33888294A JPH08186272A JP H08186272 A JPH08186272 A JP H08186272A JP 33888294 A JP33888294 A JP 33888294A JP 33888294 A JP33888294 A JP 33888294A JP H08186272 A JPH08186272 A JP H08186272A
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JP
Japan
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drain
region
type
source
channel region
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JP33888294A
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Japanese (ja)
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JP2643890B2 (en
Inventor
Toshio Baba
寿夫 馬場
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH08186272A publication Critical patent/JPH08186272A/en
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE: To enlarge peak/valley ratio in N-type negative resistance characteristic and to control diffusion current at a gate. CONSTITUTION: In a surface area of a semiinsulation GaAs substrate 11, an n<+> -type GaAs source area 12 and p<+> -type InGaAs drain area 13 are formed. On a channel area, an n-type AlGaAs electron supply layer 14 is provided, and on tap of it a gate electrode 15 is farmed. On the source and drain areas, a source electrode 16 and a drain electrode 17 are formed. So that n<+> -p<+> tunnel joint is formed between channel drain, and, since the drain area becomes narrow forbidden band width, tunnel current is increased, so that peak/valley ratio is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電界効果型のトンネルト
ランジスタに関し、特に、大きなピーク・バレー比を有
する負性抵抗特性が得られ、動作マージンの広いトンネ
ルトランジスタの構造に関するものである。このトンネ
ルトランジスタは超高集積回路の基本素子として利用さ
れる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect type tunnel transistor, and more particularly to a structure of a tunnel transistor having a large peak-to-valley ratio, a negative resistance characteristic and a wide operating margin. This tunnel transistor is used as a basic element of an ultra-high integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】高性能な半導体集積回路を実現するため
には、高性能・多機能のトランジスタが必要である。多
機能が実現できるものとしては、半導体表面におけるp
+ −n+ 接合でのトンネル現象を利用する、通常のSi
MOSFETやGaAs MESFETとは動作原理
の異なる電界効果型のトンネルトランジスタが提案され
ている。
2. Description of the Related Art In order to realize a high-performance semiconductor integrated circuit, high-performance and multifunctional transistors are required. One that can realize multiple functions is p on the semiconductor surface.
Ordinary Si that utilizes the tunneling phenomenon at the + -n + junction
A field-effect tunnel transistor having an operation principle different from that of a MOSFET or a GaAs MESFET has been proposed.

【0003】このデバイスについては、例えば、本出願
人の出願に係る特開昭58−96766号公報(特公平
6−12821)や特開平5−41520号公報などに
記載されている。このトランジスタはMOSFET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を実現することができ、
集積回路の高密度化が可能になる。
This device is described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-96766 (Japanese Patent Publication No. 6-12821) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-41520, which are filed by the present applicant. This transistor positively utilizes the tunnel effect, which is a problem in the limit of miniaturization of MOSFETs, and can realize a multifunctional operation by utilizing a negative resistance characteristic together with a structure suitable for miniaturization.
It is possible to increase the density of an integrated circuit.

【0004】図4は、従来のこの種のトンネルトランジ
スタの模式断面図である。同図において、31は半絶縁
性GaAs基板、32はn+ 型GaAsソース領域、3
3はp+ 型GaAsドレイン領域、34は、ノンドープ
のAl0.5 Ga0.5 Asからなる真性AlGaAs絶縁
層、35はAlからなるゲート電極、36、37は、A
uからなり、それぞれソース領域、ドレイン領域にオー
ミック接触するソース電極とドレイン電極である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional tunnel transistor of this type. In the figure, 31 is a semi-insulating GaAs substrate, 32 is an n + -type GaAs source region, 3
3 is a p + type GaAs drain region, 34 is an intrinsic AlGaAs insulating layer made of undoped Al 0.5 Ga 0.5 As, 35 is a gate electrode made of Al, and 36 and 37 are A
and a source electrode and a drain electrode which are in ohmic contact with the source region and the drain region, respectively.

【0005】図5は、図4に示した従来のトンネルトラ
ンジスタのゲート下の基板表面に形成されるチャネル領
域とドレイン領域間のバンド図であり、Ecは伝導帯
端、Evは価電子帯端、Efはフェルミレベル、Ecf
はチャネル領域のフェルミレベルからドレイン領域の伝
導帯までのエネルギー差、Evfはドレイン領域のフェ
ルミレベルからチャネル領域の価電子帯までのエネルギ
ー差である。
FIG. 5 is a band diagram between a channel region and a drain region formed on the substrate surface below the gate of the conventional tunnel transistor shown in FIG. 4, where Ec is the conduction band edge and Ev is the valence band edge. , Ef is Fermi level, Ecf
Is the energy difference from the Fermi level of the channel region to the conduction band of the drain region, and Evf is the energy difference from the Fermi level of the drain region to the valence band of the channel region.

【0006】次に、図4、図5を参照してこの従来のト
ンネルトランジスタの動作について説明する。ソース電
極36をアース電位とし、ゲート電極35には電圧を印
加せず、ドレイン電極37に正の電圧を印加すると、n
+ 型GaAsソース領域32とp+ 型GaAsドレイン
領域33との間は基板を介して順方向バイアスになる。
このバイアス方向は逆方向バイアスに比べドレイン電流
が流れ易いが、キャリアの拡散電流が顕著とならない電
圧以下(GaAsで0.7V以下)にしておけば、ほと
んど電流は流れない。
Next, the operation of this conventional tunnel transistor will be described with reference to FIGS. When the source electrode 36 is set to the ground potential, no voltage is applied to the gate electrode 35, and a positive voltage is applied to the drain electrode 37, n
A forward bias is applied between the + type GaAs source region 32 and the p + type GaAs drain region 33 via the substrate.
In this bias direction, the drain current flows more easily than in the reverse bias, but if the diffusion current of carriers is not more significant (0.7 V or less for GaAs), almost no current will flow.

【0007】次に、ゲート電極35に大きな正の電圧を
印加すると、ソース・ドレイン間の基板表面のポテンシ
ャルが下げられてポテンシャル井戸が形成され、1012
cm-2程度の電子が蓄積したチャネル領域が形成され
る。その結果、このチャネル領域は電子濃度が大きいた
め縮退した半導体となり、等価的にn+ 型GaAsとな
る。このため、n+ 型GaAsソース領域32とチャネ
ル領域は完全な導通状態となる。
[0007] Next, the application of a large positive voltage to the gate electrode 35, a potential well is formed is lowered the potential of the substrate surface between the source and drain, 10 12
A channel region where electrons of about cm −2 are accumulated is formed. As a result, this channel region becomes a degenerated semiconductor due to a high electron concentration, and is equivalent to n + -type GaAs. Therefore, the n + -type GaAs source region 32 and the channel region are brought into a complete conduction state.

【0008】一方、チャネル領域とドレイン領域(p+
型GaAs)との間は図5に示すようにエサキダイオー
ド(トンネルダイオード)と同様の接合(トンネル接
合)が形成される。ソース・ドレイン間に小さな順方向
電圧を印加すると、チャネル領域の伝導帯の電子がドレ
イン領域の価電子帯の空の状態にトンネルするようにな
るため、順方向電圧に応じて増加する電流が流れる。
On the other hand, a channel region and a drain region (p +
Type GaAs), a junction (tunnel junction) similar to an Esaki diode (tunnel diode) is formed as shown in FIG. When a small forward voltage is applied between the source and the drain, electrons in the conduction band of the channel region tunnel to an empty state of the valence band of the drain region, so that a current increases according to the forward voltage. .

【0009】ソース・ドレイン間電圧が増加すると、こ
の伝導帯と価電子帯のエネルギー的な重なりが少なくな
ってくるため、電流は一旦減少する。さらに電圧を増加
すると、チャネル領域の伝導帯の電子やドレイン領域の
正孔が熱的にポテンシャル障壁(Ecf、Evf)を乗
り越えるようになり、再び電流(拡散電流)が増加す
る。この時、ドレイン領域はチャネル領域よりも大きな
縮退度となるように設計しておく必要があるため、Ec
fがEvfより大きくなっており(50meV〜100
meV)、拡散電流としては主に正孔電流が流れる。
When the source-drain voltage increases, the energy overlap between the conduction band and the valence band decreases, so that the current once decreases. When the voltage is further increased, electrons in the conduction band in the channel region and holes in the drain region thermally cross the potential barrier (Ecf, Evf), and the current (diffusion current) increases again. At this time, since the drain region needs to be designed to have a greater degree of degeneracy than the channel region, Ec
f is larger than Evf (50 meV-100
meV), a hole current mainly flows as a diffusion current.

【0010】したがって、電流−電圧特性にはN型の負
性抵抗特性が現れる。トンネル電流の大きさは半導体チ
ャネル層に誘起される電子の濃度に依存するため、この
負性抵抗特性はゲート電極に印加する電圧により制御さ
れることになり、ゲート制御可能な双安定回路などの機
能を有するトランジスタが得られる。
Therefore, an N-type negative resistance characteristic appears in the current-voltage characteristic. Since the magnitude of the tunnel current depends on the concentration of electrons induced in the semiconductor channel layer, this negative resistance characteristic is controlled by the voltage applied to the gate electrode. A transistor having a function is obtained.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のトンネ
ルトランジスタでは、ドレイン領域からチャネル領域へ
の正孔による大きな拡散電流が流れるため、負性抵抗特
性の谷電流(バレー電流)が大きくなっており、負性抵
抗特性の性能指標となるピーク・バレー比が小さくなっ
ている。また、この正孔電流はほとんどゲート電圧によ
り制御されない。このような理由から、この素子を用い
た機能回路の動作マージンが狭くなり、回路設計が困難
であった。
In the above-mentioned conventional tunnel transistor, since a large diffusion current due to holes flows from the drain region to the channel region, the valley current (valley current) of the negative resistance characteristic is large. The peak-valley ratio, which is a performance index of the negative resistance characteristic, is small. This hole current is hardly controlled by the gate voltage. For this reason, the operating margin of the functional circuit using this element is narrowed, making it difficult to design the circuit.

【0012】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、第1に、ピーク・バレー比を高める
ことであり、第2に、拡散電流に対するゲート電圧の制
御性を向上させることであって、このことにより、より
性能の高いトンネルトランジスタを提供しようとするも
のである。
The present invention has been made in view of this point, and its purpose is to firstly increase the peak-valley ratio, and secondly, to improve the controllability of the gate voltage with respect to the diffusion current. This is intended to provide a tunnel transistor with higher performance.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ノンドープまたは低不純物濃度の
第1導電型のチャネル領域と、前記チャネル領域の一方
の端部に接して設けられた第1導電型のソース領域と、
前記チャネル領域の他方の端部に接して設けられた、該
チャネル領域のバンドギャップよりも狭いバンドギャッ
プの半導体材料により形成され、第2導電型の不純物が
高濃度にドープされて縮退したバンド構造を持つドレイ
ン領域と、前記チャネル領域の上に設けられたキャリア
供給層および/または絶縁層と、前記キャリア供給層ま
たは前記絶縁層の上に形成されたゲート電極と、前記ソ
ース領域上および前記ドレイン領域上にそれぞれ設けら
れたソース電極およびドレイン電極と、を有することを
特徴とするトンネルトランジスタ、提供される。
According to the present invention, there is provided a non-doped or low-impurity-concentration first-conductivity-type channel region provided in contact with one end of the channel region. A first conductivity type source region;
A band structure formed in contact with the other end of the channel region and made of a semiconductor material having a bandgap narrower than the bandgap of the channel region, the band structure being degenerated by being highly doped with an impurity of the second conductivity type. A drain region, a carrier supply layer and / or an insulating layer provided on the channel region, a gate electrode formed on the carrier supply layer or the insulating layer, and on the source region and the drain. A tunnel transistor having a source electrode and a drain electrode respectively provided on the region is provided.

【0014】[0014]

【作用】本発明のトンネルトランジスタにおいては、ド
レイン領域にチャネル領域よりもバンドギャップ幅の狭
い半導体を用いるため、トンネル電流が増加して正孔に
よる拡散電流が相対的に減少し、大きなピーク・バレー
比が得られる。また、ドレイン領域にチャネル領域より
もバンドギャップ幅の狭い半導体を用いたことにより、
拡散電流における電子電流の比率が高くなり、結果的
に、ゲート電圧による拡散電流に対する制御性が高ま
る。
In the tunnel transistor of the present invention, a semiconductor having a narrower bandgap than the channel region is used for the drain region. Therefore, the tunnel current increases, the diffusion current due to holes relatively decreases, and a large peak valley occurs. The ratio is obtained. Also, by using a semiconductor having a narrower bandgap width than the channel region in the drain region,
The ratio of the electron current to the diffusion current increases, and as a result, the controllability of the diffusion current by the gate voltage increases.

【0015】[0015]

【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。 [第1の実施例]図1は、本発明の第1の実施例の層構
造を示す断面図である。図1において、11は半絶縁性
GaAs基板、12はn+ 型GaAsソース領域、13
は、アクセプタ濃度が5×1019cm-3でIn0.15Ga
0.85Asからなるp+ 型InGaAsドレイン領域、1
4は、n型のAl0.5 Ga0.5 Asからなるn型AlG
aAs電子供給層、15はAlからなるゲート電極、1
6、17は、Auからなり、それぞれソース領域、ドレ
イン領域にオーミック接触するソース電極とドレイン電
極である。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a cross-sectional view showing the layer structure of the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is a semi-insulating GaAs substrate, 12 is an n + type GaAs source region, 13
Is In 0.15 Ga with an acceptor concentration of 5 × 10 19 cm -3.
P + type InGaAs drain region composed of 0.85 As, 1
4 is an n-type AlG composed of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As
aAs electron supply layer, 15 is a gate electrode made of Al, 1
Reference numerals 6 and 17 denote a source electrode and a drain electrode which are made of Au and are in ohmic contact with the source region and the drain region, respectively.

【0016】図2は、本実施例のトンネルトランジスタ
のゲート下の基板表面に形成されるチャネル領域とドレ
イン領域間のバンド図であり、Ecは伝導帯端、Evは
価電子帯端、Efはフェルミレベル、Ecfはチャネル
領域のフェルミレベルからドレイン領域の伝導帯までの
エネルギー差、Evfはドレイン領域のフェルミレベル
からチャネル領域の価電子帯までのエネルギー差であ
る。
FIG. 2 is a band diagram between the channel region and the drain region formed on the substrate surface under the gate of the tunnel transistor of the present embodiment. Ec is the conduction band edge, Ev is the valence band edge, and Ef is The Fermi level, Ecf, is the energy difference from the Fermi level of the channel region to the conduction band of the drain region, and Evf is the energy difference from the Fermi level of the drain region to the valence band of the channel region.

【0017】次に、図1、図2を参照して、本実施例の
トンネルトランジスタの動作について説明する。本実施
例の従来例との相違点は、第1に、ドレイン領域のバン
ドギャップ幅がチャネル領域(基板)のそれより狭くな
っていることであり、第2に、ゲート下に選択ドープヘ
テロ接合が形成されている点である。この第2の特徴に
より、ゲート電極に電圧を印加しない状態で、チャネル
領域はすでに電子が蓄積したディプリーション状態にな
っている。そして、ここに蓄積される電子の濃度はゲー
ト電極15に印加される電圧によって制御される。
Next, the operation of the tunnel transistor of this embodiment will be described with reference to FIGS. The difference between this example and the conventional example is that, firstly, the bandgap width of the drain region is narrower than that of the channel region (substrate), and secondly, the selective doping heterojunction is formed under the gate. It is the point that is formed. According to the second feature, the channel region is already in a depletion state in which electrons are accumulated in a state where no voltage is applied to the gate electrode. The concentration of electrons accumulated here is controlled by the voltage applied to the gate electrode 15.

【0018】p+ 型InGaAsドレイン領域(In
0.15Ga0.85As)13のバンドギャップ幅は約1.2
eVと、チャネル領域(GaAs)のそれよりも約0.
2eV小さくなっている。このため、チャネル・ドレイ
ン間のトンネル確率は従来のドレインにGaAsを用い
た場合よりも大幅に大きくなり、トンネル電流が増大す
る。一方、正孔による拡散電流はEvfに依存するが、
この大きさは従来例の場合とほとんど同じであるため、
正孔による拡散電流は変わらない。したがって、相対的
にトンネル電流に比べて正孔による拡散電流が減少する
ことになり、ピーク・バレー比が向上する。
A p + type InGaAs drain region (In
The band gap width of 0.15 Ga 0.85 As) 13 is about 1.2
eV and about 0. 5 than that of the channel region (GaAs).
It is 2 eV smaller. For this reason, the tunnel probability between the channel and the drain becomes much larger than the case where GaAs is used for the conventional drain, and the tunnel current increases. On the other hand, the diffusion current due to holes depends on Evf,
Since this size is almost the same as the case of the conventional example,
The diffusion current due to holes does not change. Therefore, the diffusion current due to holes is relatively reduced as compared with the tunnel current, and the peak-valley ratio is improved.

【0019】また、チャネル領域の縮退度はゲート電圧
で変化するが最大50meV程度である。このため、狭
バンドギャップドレイン領域の縮退度が0.1eV程度
であってもEcfはEvfよりも50meV程度小さく
なり、拡散電流はチャネル領域からの電子電流が主とな
る。このような状況ではバレー電流が電子の拡散電流に
よって決められるようになるが、もともと正孔電流に隠
されていた電流成分であるため、ピーク・バレー比は従
来例よりも大きい。
The degree of degeneration of the channel region varies with the gate voltage, but is about 50 meV at the maximum. Therefore, even if the degeneracy of the narrow band gap drain region is about 0.1 eV, Ecf becomes smaller than Evf by about 50 meV, and the diffusion current is mainly an electron current from the channel region. In such a situation, the valley current is determined by the electron diffusion current. However, since the valley current is a current component originally hidden by the hole current, the peak valley ratio is larger than that of the conventional example.

【0020】而して、電子による拡散電流はチャネル領
域のキャリア濃度に依存しており、そして上述したよう
にキャリア濃度はゲート電圧によって制御可能であるた
め、この電流はゲート電圧により制御されることにな
る。このように、本願発明のトンネルトランジスタで
は、トンネル電流ばかりでなく拡散電流もゲート電極に
よる制御が可能となり、負性抵抗特性を有するトランジ
スタ特性全体をゲートで制御できることになる。
Since the diffusion current due to the electrons depends on the carrier concentration in the channel region, and the carrier concentration can be controlled by the gate voltage as described above, this current is controlled by the gate voltage. become. As described above, in the tunnel transistor of the present invention, not only the tunnel current but also the diffusion current can be controlled by the gate electrode, and the entire transistor characteristics having negative resistance characteristics can be controlled by the gate.

【0021】次に、本発明の第1の実施例の製造方法に
ついて説明する。まず、半絶縁性GaAs基板上に厚さ
500nmのノンドープGaAsをMBE(Molecular
Beam Epitaxy)法により成長させた。ソース領域をエッ
チングで堀り、そこにSeドープのn+ 型GaAsを気
相成長(VPE)法により埋め込んだ。次に、ドレイン
領域をエッチングしてそこにZnドープのp+ 型In
0.15Ga0.85AsをVPE法により埋め込んだ。ソース
領域は、埋め込み法に代えイオン注入などの不純物導入
法によって形成するようにしてもよい。また、VPE法
に代え有機金属気相成長(MOCVD)法を用いてソー
ス領域やドレイン領域を埋め込むようにしてもよい。
Next, the manufacturing method of the first embodiment of the present invention will be described. First, non-doped GaAs having a thickness of 500 nm is formed on a semi-insulating GaAs substrate by MBE (Molecular).
Beam Epitaxy) was used for the growth. The source region was dug by etching, and Se-doped n + -type GaAs was buried therein by a vapor phase epitaxy (VPE) method. Next, the drain region is etched, and Zn-doped p + -type In
0.15 Ga 0.85 As was embedded by the VPE method. The source region may be formed by an impurity introduction method such as ion implantation instead of the embedding method. Further, the source region and the drain region may be buried by using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method instead of the VPE method.

【0022】さらに、この構造の上に30nmのn型A
0.5 Ga0.5 AsをMBE法により形成した。続い
て、ゲート電極となるAl膜を蒸着し、このAl膜およ
びn型Al0.5 Ga0.5 Asをゲート形状に加工した。
最後に、Au電極をn+ 型GaAsソース領域上および
+ 型InGaAsドレイン領域上に形成して本実施例
の構造を完成させた。
Further, a 30 nm n-type A
1 0.5 Ga 0.5 As was formed by the MBE method. Subsequently, an Al film serving as a gate electrode was deposited, and this Al film and n-type Al 0.5 Ga 0.5 As were processed into a gate shape.
Finally, an Au electrode was formed on the n + -type GaAs source region and the p + -type InGaAs drain region to complete the structure of the present embodiment.

【0023】ゲート幅10μmの素子において、負性抵
抗特性のピーク・バレー比として従来デバイスよりも数
倍大きな15が得られ、また、トンネル電流および拡散
電流がゲート電圧で制御されたトランジスタ特性が得ら
れた。
In an element having a gate width of 10 μm, the peak-to-valley ratio of the negative resistance characteristic is 15 which is several times larger than that of the conventional device, and the transistor characteristic in which the tunnel current and the diffusion current are controlled by the gate voltage is obtained. Was done.

【0024】[第2の実施例]図3は、本発明の第2の
実施例の層構造を示す模式図である。図3において、2
1は半絶縁性GaAs基板、22はn+ 型GaAsソー
ス層、28はノンドープGaAsチャネル層、23はp
型のIn0.15Ga0.85Asからなるp+ 型InGaAs
ドレイン層、24は、n型のAl0.5 Ga0.5 Asから
なるn型AlGaAs電子供給層、25はAlからなる
ゲート電極、26、27は、Auからなり、それぞれソ
ース層、ドレイン層にオーミック接触するソース電極と
ドレイン電極である。
[Second Embodiment] FIG. 3 is a schematic view showing the layer structure of the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, 2
1 is a semi-insulating GaAs substrate, 22 is an n + type GaAs source layer, 28 is an undoped GaAs channel layer, and 23 is p
Type In 0.15 Ga 0.85 As composed of p + type InGaAs
A drain layer, 24 is an n-type AlGaAs electron supply layer made of n-type Al 0.5 Ga 0.5 As, 25 is a gate electrode made of Al, and 26 and 27 are made of Au, which make ohmic contact with the source layer and the drain layer, respectively. A source electrode and a drain electrode.

【0025】この第2の実施例のトンネルトランジスタ
の動作は第1の実施例の場合と同様である。この構造
は、その作成過程で複数の再成長工程を経なくても良い
ため、作成が容易になるとともに、トンネル接合界面に
おける不純物の取り込みが少なくなるという利点があ
る。特に、後者により一層のピーク・バレー比の向上を
図ることができる。
The operation of the tunnel transistor of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Since this structure does not need to undergo a plurality of re-growth steps in its manufacturing process, it has advantages that it can be easily manufactured and that impurities are less taken in at the tunnel junction interface. In particular, the latter can further improve the peak-valley ratio.

【0026】次に、この第2の実施例の作製方法につい
て説明する。まず、半絶縁性GaAs基板上に、MBE
法により、ソース層となるn+ 型GaAs層を500n
mの厚さに、チャネル層となるノンドープGaAs層を
100nmの膜厚に、ドレイン層となるp+ 型In0.15
Ga0.85Asを200nmの膜厚にそれぞれ連続的に成
長させた。ソース層までエッチングしてn+ −i−p+
構造の側面を露出させ、MBE法によりn型Al0.5
0.5 Asを30nmの厚さに再成長させた。続いて、
ゲート電極となるAl膜を蒸着してこのAl膜およびn
型Al0.5 Ga0.5 Asをゲート形状に加工した。最後
に、Au電極をn+ 型GaAsソース層上およびp+
InGaAsドレイン層上に形成して本実施例の構造を
完成させた。
Next, the manufacturing method of the second embodiment will be described. First, an MBE is placed on a semi-insulating GaAs substrate.
The n + -type GaAs layer serving as the source layer is
m, a non-doped GaAs layer serving as a channel layer having a thickness of 100 nm, and ap + -type In 0.15 serving as a drain layer.
Ga 0.85 As was continuously grown to a thickness of 200 nm. Etching up to the source layer and n + -ip +
The side surface of the structure is exposed and n-type Al 0.5 G is formed by the MBE method.
a 0.5 As was regrown to a thickness of 30 nm. continue,
An Al film serving as a gate electrode is deposited and this Al film and n
A mold Al 0.5 Ga 0.5 As was processed into a gate shape. Finally, an Au electrode was formed on the n + -type GaAs source layer and the p + -type InGaAs drain layer to complete the structure of the present example.

【0027】ゲート幅10μmの素子において、トンネ
ル電流および拡散電流がゲート電圧で制御されたトラン
ジスタ特性が得られ、そして負性抵抗特性のピーク・バ
レー比としては第1の実施例よりも大きな20が得られ
た。
In a device having a gate width of 10 μm, transistor characteristics in which the tunnel current and the diffusion current are controlled by the gate voltage are obtained, and the peak-to-valley ratio of the negative resistance characteristic is 20 which is larger than that of the first embodiment. Obtained.

【0028】[実施例の変更]以上好ましい実施例につ
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内におい
て各種の変更が可能である。例えば、実施例では、基板
や狭バンドギャップ幅のドレイン領域などの半導体材料
としてGaAsやIn0.15Ga0.85Asしか示さなかっ
たが、Si、Ge、SiGe、InP、InGaAs、
GaSbなどの他の半導体材料を用いても同様の効果を
得ることができる。
[Modifications of Embodiments] The preferred embodiments have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. . For example, in the embodiments, only GaAs or In 0.15 Ga 0.85 As has been shown as a semiconductor material for a substrate or a drain region having a narrow band gap width. However, Si, Ge, SiGe, InP, InGaAs,
Similar effects can be obtained by using other semiconductor materials such as GaSb.

【0029】また、基板、ソース領域(層)、チャネル
領域(層)の半導体は必ずしもホモ接合を形成する同種
の半導体である必要はなく、ヘテロ接合を形成する異種
の半導体であってもよい。また、電子供給層としては、
n型AlGaAsに代え、n型のInAlAs、In
P、GaP、AlGaPなど他の半導体材料を用いても
よい。また、電子供給層に代え、ノンドープのAlGa
As、InAlAs、InP、GaPなどの絶縁性を示
す半導体や、SiO2 、Si34 、AlN、Al2
3 などの絶縁体を用いていわゆるMIS(Metal-Insula
tor-Semiconductor )FET構造に構成してもよい。さ
らに、n型の半導体層と絶縁体とを組み合わせてMIS
S(Metal-Insulator-Semiconductor-Semiconductor )
FET構造としてもよい。
The semiconductors of the substrate, the source region (layer), and the channel region (layer) do not necessarily have to be the same type of semiconductor that forms a homojunction, but may be heterogeneous semiconductors that form a heterojunction. Also, as the electron supply layer,
Instead of n-type AlGaAs, n-type InAlAs, In
Other semiconductor materials such as P, GaP, and AlGaP may be used. Also, instead of the electron supply layer, non-doped AlGa
Insulating semiconductors such as As, InAlAs, InP, and GaP, and SiO 2 , Si 3 N 4 , AlN, and Al 2 O
MIS (Metal-Insula) using an insulator such as 3
tor-Semiconductor) An FET structure may be used. Further, the MIS is formed by combining an n-type semiconductor layer and an insulator.
S (Metal-Insulator-Semiconductor-Semiconductor)
An FET structure may be used.

【0030】ゲート電極材料としてはAlしか示さなか
ったが、ショットキー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、ソースおよびドレイ
ン電極はAuしか示さなかったが、ソースおよびドレイ
ン領域とオーミック接合を形成する他の金属材料や低抵
抗半導体材料でもよい。
Although only Al is shown as a gate electrode material, other metal materials or low-resistance semiconductor materials that form a Schottky junction may be used. Further, although the source and drain electrodes have only shown Au, other metal materials or low resistance semiconductor materials which form ohmic junctions with the source and drain regions may be used.

【0031】上記実施例では、ソースおよびチャネルの
伝導型がn型のものしか示さなかったが、これらの領域
がp型となるように全ての領域の伝導型を反対にした構
造でも本発明が適用できることは明かである。
In the above embodiment, only the n-type conductivity type of the source and the channel is shown. However, the present invention can be applied to a structure in which the conductivity types of all the regions are reversed so that these regions become p-type. It is clear that it can be applied.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による電界
効果型トンネルトランジスタは、チャネル領域−ドレイ
ン領域間にn+ −p+ 接合を形成するとともにドレイン
領域のバンドギャップ幅をチャネル領域の半導体層のそ
れよりも狭くしたものであるので、トンネル電流が増加
し、また拡散電流における電子の比率を高めることがで
きる。したがって、本発明によれば、大きなピーク・バ
レー比が得られるとともに、ゲート電圧による拡散電流
の制御が可能となり、動作マージンの大きな機能回路の
実現が可能となる。
As described above, in the field effect tunnel transistor according to the present invention, the n + -p + junction is formed between the channel region and the drain region, and the band gap width of the drain region is set to the semiconductor layer of the channel region. Since it is narrower than that, the tunnel current can be increased and the ratio of electrons in the diffusion current can be increased. Therefore, according to the present invention, a large peak-to-valley ratio can be obtained, the diffusion current can be controlled by the gate voltage, and a functional circuit having a large operation margin can be realized.

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

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

【図2】図1の実施例のチャネル領域−ドレイン領域間
のバンド図。
FIG. 2 is a band diagram between the channel region and the drain region of the embodiment of FIG.

【図3】本発明の第2の実施例を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】従来例の断面図。FIG. 4 is a sectional view of a conventional example.

【図5】図4の従来例のチャネル領域−ドレイン領域間
のバンド図。
FIG. 5 is a band diagram between a channel region and a drain region in the conventional example of FIG. 4;

【符号の説明】 11、21、31 半絶縁性GaAs基板 12、32 n+ 型GaAsソース領域 22 n+ 型GaAsソース層 13 p+ 型InGaAsドレイン領域 23 p+ 型InGaAsドレイン層 33 p+ 型GaAsドレイン領域 14、24 n型AlGaAs電子供給層 34 真性AlGaAs絶縁層 15、25、35 ゲート電極 16、26、36 ソース電極 17、27、37 ドレイン電極 28 ノンドープGaAsチャネル層 Ec 伝導帯端 Ev 価電子帯端 Ef フェルミレベル Ecf 伝導帯端−フェルミレベル間エネルギー Evf 価電子帯端−フェルミレベル間エネルギー[Explanation of Codes] 11, 21, 31 Semi-insulating GaAs substrate 12, 32 n + type GaAs source region 22 n + type GaAs source layer 13 p + type InGaAs drain region 23 p + type InGaAs drain layer 33 p + type GaAs Drain region 14, 24 n-type AlGaAs electron supply layer 34 intrinsic AlGaAs insulating layer 15, 25, 35 gate electrode 16, 26, 36 source electrode 17, 27, 37 drain electrode 28 non-doped GaAs channel layer Ec conduction band edge Ev valence band Edge Ef Fermi level Ecf Conduction band edge-Fermi level energy Evf Valence band Edge-Fermi level energy

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 29/812

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノンドープまたは低不純物濃度の第1導
電型のチャネル領域と、前記チャネル領域の一方の端部
に接して設けられた第1導電型のソース領域と、前記チ
ャネル領域の他方の端部に接して設けられた、該チャネ
ル領域のバンドギャップよりも狭いバンドギャップの半
導体材料により形成され、第2導電型の不純物が高濃度
にドープされて縮退したバンド構造を持つドレイン領域
と、前記チャネル領域の上に設けられたキャリア供給層
および/または絶縁層と、前記キャリア供給層または前
記絶縁層の上に形成されたゲート電極と、前記ソース領
域上および前記ドレイン領域上にそれぞれ設けられたソ
ース電極およびドレイン電極と、を有することを特徴と
するトンネルトランジスタ。
1. A non-doped or low impurity concentration first conductivity type channel region, a first conductivity type source region provided in contact with one end of the channel region, and the other end of the channel region. A drain region which is formed of a semiconductor material having a bandgap narrower than the bandgap of the channel region, the drain region having a degenerate band structure doped with a second conductivity type impurity at a high concentration, A carrier supply layer and / or an insulating layer provided on the channel region, a gate electrode formed on the carrier supply layer or the insulating layer, and a source region and a drain region, respectively. A tunnel transistor having a source electrode and a drain electrode.
【請求項2】 前記ソース領域および前記ドレイン領域
が、前記チャネル領域を構成しているノンドープまたは
低不純物濃度の第1導電型の半導体基板の表面領域内に
形成されていることを特徴とする請求項1記載のトンネ
ルトランジスタ。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said source region and said drain region are formed in a surface region of a non-doped or low-impurity-concentration first conductivity type semiconductor substrate constituting said channel region. Item 7. The tunnel transistor according to Item 1.
【請求項3】 半導体基板上に、前記ソース領域、前記
チャネル領域および前記ドレイン領域がこの順に積層さ
れ、前記キャリア供給層または前記絶縁層が前記チャネ
ル領域の側面に形成されていることを特徴とする請求項
1記載のトンネルトランジスタ。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the source region, the channel region, and the drain region are stacked in this order on the semiconductor substrate, and the carrier supply layer or the insulating layer is formed on a side surface of the channel region. The tunnel transistor according to claim 1, wherein
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