JP2000114551A - Semiconductor tunnel element and manufacture thereof, and integrated circuit - Google Patents

Semiconductor tunnel element and manufacture thereof, and integrated circuit

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JP2000114551A JP10280173A JP28017398A JP2000114551A JP 2000114551 A JP2000114551 A JP 2000114551A JP 10280173 A JP10280173 A JP 10280173A JP 28017398 A JP28017398 A JP 28017398A JP 2000114551 A JP2000114551 A JP 2000114551A
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semiconductor
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semiconductor tunnel
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor tunnel element that has an excellent high-speed switching characteristic as well as can control the tunneling effect. SOLUTION: An undope AlGaAs layer 2 and an n+-GaAs high-density anode layer 3 are successively laminated on a semi-insulating GaAs substrate 1. An undope AlAs layer 4 as a tunnel layer and a metal thin film NiA 5 lattice- matched with the AlAs layer 4 are continuously epitaxially grown on the n+- GaAs layer 3. Thus, a semiconductor tunnel element is obtained. For actual use, a first electrode is formed on the NiAl layer 5 and a second electrode is formed on the n+-GaAs layer 3 exposed by etching. The obtained tunnel diode has a sharper rise of sensitivity than conventional Zener diode or Schottky diode. The electron tunnel effect is controlled by the film thickness of the tunnel layer 4 and the material of the semiconductor high-density anode layer 3.

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】この発明は、金属/半導体間
のトンネル効果を利用した半導体トンネル素子、およ
び、その半導体トンネル素子を用いた集積回路に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor tunnel device utilizing a tunnel effect between a metal and a semiconductor, and an integrated circuit using the semiconductor tunnel device.

【0002】[0002]

【従来の技術】高速スイッチング素子を実現するため
に、一般的に、高濃度n型半導体とp型半導体とを接合
して形成されたツェナーダイオードや、半導体/金属接
合を用いたショットキーダイオードが使用されている。
2. Description of the Related Art In order to realize a high-speed switching element, a Zener diode formed by joining a high-concentration n-type semiconductor and a p-type semiconductor and a Schottky diode using a semiconductor / metal junction are generally used. It is used.

【0003】上記ツェナーダイオードが高周波スイッチ
ング素子として使用される場合において、ダイオードス
イッチング素子のスイッチング時間はp−n接合におけ
る少数キャリアの寿命に依存するために、高速スイッチ
ングを実現するためには少数キャリアの寿命を短縮する
必要がある。それには、少数キャリアの蓄積効果を軽減
する必要があり、n層とp層とに高濃度ドーピングして
少数キャリアの寿命を短縮するのである。一方、金属の
ショットキー接合を利用したショットキーダイオードの
場合は、少数キャリアの蓄積効果は無いのであるが、接
触がオーミックにならないように半導体側のドーピング
濃度を低くしてドーピングするか、または、厚い高抵抗
半導体中間層を入れる必要がある。また、高速スイッチ
ング素子を実現する手法として、電子の量子効果の一つ
であるトンネル効果がある。このトンネル効果は、電子
が数原子層〜数十原子層のバリア層を十分短時間で通過
できる効果である。
In the case where the Zener diode is used as a high-frequency switching element, the switching time of the diode switching element depends on the life of the minority carrier in the pn junction. Life needs to be shortened. For this purpose, the effect of accumulating minority carriers needs to be reduced, and the n-layer and p-layer are heavily doped to shorten the life of minority carriers. On the other hand, in the case of a Schottky diode using a metal Schottky junction, although there is no minority carrier accumulation effect, doping is performed by lowering the doping concentration on the semiconductor side so that contact does not become ohmic, or It is necessary to include a thick high-resistance semiconductor intermediate layer. As a technique for realizing a high-speed switching element, there is a tunnel effect, which is one of electron quantum effects. This tunnel effect is an effect that electrons can pass through barrier layers of several to several tens of atomic layers in a sufficiently short time.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の高速スイッチング素子を実現する手法には、以下の
ような問題がある。上述のように、ツェナーダイオード
においては、少数キャリアの蓄積効果を軽減するために
n層とp層とに高濃度ドーピングするので、逆方向電流
の増大を引き起して逆方向の耐圧が低くなるという問題
がある。
However, the technique for realizing the above-mentioned conventional high-speed switching element has the following problems. As described above, in the Zener diode, the n-layer and the p-layer are heavily doped in order to reduce the accumulation effect of minority carriers, so that the reverse current increases and the reverse breakdown voltage decreases. There is a problem.

【0005】また、高速スイッチング特性が優れている
上記ショットキーダイオードにおいては、高周波直列抵
抗を小さくするとスイッチング速度が高まるため、半導
体層を高濃度にドーピングすることが望ましい。ところ
が、半導体層をあまり高濃度にドーピングすると金属/
半導体間の接触がオーミック的になるので、半導体側の
ドーピング濃度を低くしてドーピングするか、または、
厚い高抵抗半導体中間層を入れる必要がある。その結
果、金属と一定の濃度にドーピングされた半導体との間
に一定の空乏層領域が存在することになり、この空乏層
領域が電子の過渡時間を長くして、素子のスイッチング
速度を低下させるという問題がある。
In the above-mentioned Schottky diode having excellent high-speed switching characteristics, the switching speed increases when the high-frequency series resistance is reduced. Therefore, it is desirable to dope the semiconductor layer at a high concentration. However, if the semiconductor layer is doped with too high a concentration,
Since the contact between semiconductors becomes ohmic, doping with a lower doping concentration on the semiconductor side, or
It is necessary to include a thick high-resistance semiconductor intermediate layer. As a result, a certain depletion layer region exists between the metal and the semiconductor doped at a certain concentration, and this depletion layer region increases the transient time of electrons and reduces the switching speed of the device. There is a problem.

【0006】また、上記トンネル効果において、一般に
高濃度半導体材料に格子整合しない金属を付ける場合に
は、半導体に表面準位が多数形成され、昇温アロイによ
ってオーミック接触が形成されるため、半導体/金属間
のトンネル効果を制御することができないという問題が
ある。また、高濃度半導体/低濃度半導体/高濃度半導体
のような構造の場合、中間層の低濃度半導体が数原子層
〜数十原子層では不純物の拡散などでオーミックになり
やすく、トンネル効果の制御には問題がある。
In addition, in the above-mentioned tunnel effect, when a metal that does not lattice match with a high-concentration semiconductor material is generally provided, a large number of surface levels are formed in the semiconductor, and an ohmic contact is formed by a heated alloy. There is a problem that the tunnel effect between metals cannot be controlled. In the case of a structure such as a high-concentration semiconductor / a low-concentration semiconductor / a high-concentration semiconductor, the low-concentration semiconductor in the intermediate layer easily becomes ohmic due to impurity diffusion in several to several tens of atomic layers, thereby controlling the tunnel effect. Has a problem.

【0007】そこで、この発明の目的は、ショットキー
ダイオードやツェナーダイオードより優れた高速スイッ
チング特性を有すると共にトンネル効果を制御可能な半
導体トンネル素子とその製造方法、および、上記半導体
トンネル素子を用いた集積回路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor tunnel device having a high-speed switching characteristic superior to a Schottky diode or a Zener diode and capable of controlling a tunnel effect, a method of manufacturing the same, and integration using the semiconductor tunnel device. It is to provide a circuit.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る発明の半導体トンネル素子は、半導
体基板上に形成された半導体高濃度アノード層上に、半
導体トンネル層と、上記半導体高濃度アノード層および
半導体トンネル層に格子整合したカソード金属層とが、
順次積層されていることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor tunnel device comprising: a semiconductor tunnel layer formed on a semiconductor high-concentration anode layer formed on a semiconductor substrate; A high-concentration anode layer and a cathode metal layer lattice-matched to the semiconductor tunnel layer,
It is characterized by being sequentially laminated.

【0009】上記構成によれば、チャネル層としての半
導体高濃度アノード層上に形成された半導体トンネル層
とカソード金属層とのうち、上記カソード金属層は上記
半導体高濃度アノード層および半導体トンネル層に格子
整合している。したがって、上記半導体高濃度アノード
層と半導体トンネル層とで成る両半導体層と上記カソー
ド金属層との間の界面準位が大幅に低減されている。そ
して、上記半導体トンネル層の層厚を最適に選ぶことに
よって、上記半導体高濃度アノード層とカソード金属層
との間のオーミック導通を防ぎ、然も上記半導体高濃度
アノード層側の空乏領域を薄くして、上記半導体トンネ
ル層に対する立ち上がりが急峻なトンネル効果が得られ
る。
According to the above configuration, of the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer formed on the semiconductor high-concentration anode layer serving as the channel layer, the cathode metal layer is connected to the semiconductor high-concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer. Lattice matched. Therefore, the interface state between the semiconductor layer composed of the semiconductor high-concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer is greatly reduced. By optimally selecting the thickness of the semiconductor tunnel layer, ohmic conduction between the semiconductor high-concentration anode layer and the cathode metal layer is prevented, and the depletion region on the semiconductor high-concentration anode layer side is reduced. Thus, a tunnel effect in which the semiconductor tunnel layer rises steeply can be obtained.

【0010】その場合、上記半導体トンネル層の層厚を
制御することによって、上記トンネル効果の立ち上がり
電圧が制御される。また、上記半導体高濃度アノード層
の材料を変えることによって、負バイアス時の耐圧が制
御される。
In this case, the rise voltage of the tunnel effect is controlled by controlling the thickness of the semiconductor tunnel layer. Further, the breakdown voltage at the time of a negative bias is controlled by changing the material of the semiconductor high-concentration anode layer.

【0011】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
係る発明の半導体トンネル素子において、上記半導体基
板はGaAs基板であり、上記半導体高濃度アノード層は
+-GaAs層およびn+-InGaAs層の少なくとも一方
であり、上記半導体トンネル層は、AlxGa1-xAs(x=
0.3〜1)単層,InGaP単層,AlxGa1-xAs(x=0.3
〜1)/GaAs超格子層およびInGaP/GaAs超格子層
の少なくとも一つであり、上記カソード金属層はNiAl
金属層であることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor tunnel device of the first aspect, the semiconductor substrate is a GaAs substrate, and the semiconductor high-concentration anode layer is an n + -GaAs layer and n + -. At least one of the InGaAs layers, and the semiconductor tunnel layer is formed of Al x Ga 1 -x As (x =
0.3-1) Single layer, InGaP single layer, Al x Ga 1-x As (x = 0.3
1) at least one of a / GaAs superlattice layer and an InGaP / GaAs superlattice layer, wherein the cathode metal layer is NiAl
It is characterized by being a metal layer.

【0012】上記構成によれば、半導体トンネル層とし
てのAlAs単層あるいはInGaP単層上に形成されたN
iAl金属層は、上記AlAs単層との格子定数の差が約2
%である。したがって、臨界膜厚の約10nm以下では歪
緩和することなく、AlAsやGaAs等に拡散しにくく、
素子の安定性に寄与する。また、上記半導体トンネル層
としてAlxGa1-xAs(x=0.3〜1)/GaAs超格子層お
よびInGaP/GaAs超格子層の何れかを用いた場合に
も、NiAl金属層とn+-GaAs層あるいはn+-InGaA
s層との間のオーミック導通を防げると共に、バイアス
電圧を掛けた際に一層目のAlAs層あるいはInGaP単
層にしかバイアス電圧を掛けていないのと同等であるた
め、半導体トンネル層が上記AlAs単層あるいはInGa
P単層である場合と同様の低い立ち上がり電圧が得られ
る。
According to the above structure, the N formed on the AlAs single layer or the InGaP single layer as the semiconductor tunnel layer.
The difference in lattice constant between the iAl metal layer and the AlAs single layer is about 2
%. Therefore, at a critical film thickness of about 10 nm or less, the strain is not relaxed and hardly diffuses into AlAs, GaAs, or the like.
It contributes to the stability of the device. Further, even when using any of the semiconductor tunneling layer as Al x Ga 1-x As ( x = 0.3~1) / GaAs superlattice layer and InGaP / GaAs superlattice layer, and the NiAl metal layer n + -GaAs layer or n + -InGaAs
In addition to preventing ohmic conduction with the s layer, it is equivalent to applying a bias voltage to only the first AlAs layer or InGaP single layer when a bias voltage is applied. Layer or InGa
The same low rise voltage as in the case of a single P layer is obtained.

【0013】また、請求項3に係る発明は、請求項1に
係る発明の半導体トンネル素子において、上記半導体基
板はInP基板であり、上記半導体高濃度アノード層は
+-InGaAs層であり、上記半導体トンネル層は、In
AlAs単層,InAlAsP単層,InAlAs/InGaAs超格
子層およびInAlAsP/InGaAs超格子層の少なくと
も1つであり、上記カソード金属層はNiAl金属層であ
ることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor tunnel device of the first aspect, the semiconductor substrate is an InP substrate, the semiconductor high-concentration anode layer is an n + -InGaAs layer, The semiconductor tunnel layer is In
At least one of an AlAs single layer, an InAlAsP single layer, an InAlAs / InGaAs superlattice layer and an InAlAsP / InGaAs superlattice layer, wherein the cathode metal layer is a NiAl metal layer.

【0014】上記構成によれば、請求項2に係る発明の
場合と同様に、NiAl金属層とn+-InGaAs層との間
のオーミック導通を防止すると共に、バイアス電圧を掛
けた際の立ち上がり電圧が低くなる。
According to the above construction, the ohmic conduction between the NiAl metal layer and the n.sup. + -InGaAs layer is prevented, and the rising voltage when a bias voltage is applied, as in the second aspect of the invention. Becomes lower.

【0015】また、請求項4に係る発明は、請求項2あ
るいは請求項3に係る発明の半導体トンネル素子におい
て、上記カソード金属層をCoAl金属層としたことを特
徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor tunnel device according to the second or third aspect, the cathode metal layer is a CoAl metal layer.

【0016】上記構成によれば、請求項2または請求項
3に係る発明の場合と同様に、CoAl金属層とn+-In
GaAs層あるいはn+-GaAs層との間のオーミック導通
を防止すると共に、バイアス電圧をかけた際の立ち上が
り電圧が低くなる。
According to the above construction, the CoAl metal layer and the n + -In are formed in the same manner as in the second or third aspect of the invention.
Ohmic conduction between the GaAs layer and the n + -GaAs layer is prevented, and the rise voltage when a bias voltage is applied is reduced.

【0017】また、請求項5に係る発明は、請求項1に
係る発明の半導体トンネル素子において、上記半導体ト
ンネル層の膜厚は、5nm以上20nm以下であることを特
徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor tunnel device of the first aspect, the semiconductor tunnel layer has a thickness of 5 nm or more and 20 nm or less.

【0018】上記構成によれば、上記半導体トンネル層
の膜厚は20nm以下であるため、上記半導体高濃度アノ
ード層とカソード金属層との間における上記半導体高濃
度アノード層側の空乏領域が薄く、上記カソード金属層
側の電子が上記半導体高濃度アノード層側に容易にトン
ネリングできる。また、上記半導体トンネル層の膜厚は
5nm以上であるため、上記半導体高濃度アノード層とカ
ソード金属層との間の接触がオーミック的にならず、高
速スイッチング素子として機能できる。
According to the above configuration, since the thickness of the semiconductor tunnel layer is 20 nm or less, the depletion region on the side of the high-concentration anode layer between the high-concentration semiconductor layer and the cathode metal layer is thin, Electrons on the cathode metal layer side can easily tunnel to the semiconductor high-concentration anode layer side. Further, since the thickness of the semiconductor tunnel layer is 5 nm or more, the contact between the semiconductor high-concentration anode layer and the cathode metal layer does not become ohmic, and can function as a high-speed switching element.

【0019】また、請求項6に係る発明の半導体トンネ
ル素子の製造方法は、GaAs基板上に,n+-GaAs半導
体高濃度アノード層を分子線エピタキシャル成長法また
は有機金属化学気相成長法を用いて堆積する工程と、上
記n+-GaAs半導体高濃度アノード層上に,AlAs単層
およびAlAs/GaAs超格子層の少なくとも一方で成る
半導体トンネル層と,上記半導体高濃度アノード層およ
び半導体トンネル層に格子整合したNiAl金属層とを,
順次エピタキシャル成長する工程と、上記積層物をアニ
ールする工程を含むことを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor tunnel device, wherein a high concentration n + -GaAs semiconductor layer is formed on a GaAs substrate by molecular beam epitaxial growth or metal organic chemical vapor deposition. Depositing a semiconductor tunnel layer comprising at least one of an AlAs single layer and an AlAs / GaAs superlattice layer on the n + -GaAs semiconductor high-concentration anode layer; With the matched NiAl metal layer,
The method is characterized by including a step of sequentially performing epitaxial growth and a step of annealing the stacked body.

【0020】上記構成によれば、請求項2に係る発明の
半導体トンネル素子が容易に形成される。その場合、上
記半導体トンネル層とカソード金属層とは、上記半導体
高濃度アノード層上に連続的にエピタキシャル成長され
るため、上記半導体高濃度アノード層と半導体トンネル
層とで成る両半導体層と上記カソード金属層との間の界
面準位が大幅に低減される。さらに、上記半導体トンネ
ル層の厚さが容易に制御可能になる。
According to the above configuration, the semiconductor tunnel device according to the second aspect of the present invention is easily formed. In this case, since the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer are continuously epitaxially grown on the semiconductor high-concentration anode layer, both the semiconductor layer including the semiconductor high-concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer are formed. The interface states between the layers are greatly reduced. Further, the thickness of the semiconductor tunnel layer can be easily controlled.

【0021】また、請求項7に係る発明の集積回路は、
ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)および高電子移
動度トランジスタ(HEMT)の少なくとも一方が堆積さ
れたエピタキシャルウエハ上に半導体高濃度アノード層
と半導体トンネル層とが順次形成され、その半導体トン
ネル層上に,上記半導体高濃度アノード層および半導体
トンネル層に格子整合したカソード金属層が形成されて
おり、上記HBTあるいはHEMTと,上記半導体高濃
度アノード層・半導体トンネル層およびカソード金属層
とは,互いに電気的に隔離されていることを特徴として
いる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an integrated circuit comprising:
A semiconductor high-concentration anode layer and a semiconductor tunnel layer are sequentially formed on an epitaxial wafer on which at least one of a hetero bipolar transistor (HBT) and a high electron mobility transistor (HEMT) is deposited, and the semiconductor tunnel layer is formed on the semiconductor tunnel layer. A cathode metal layer lattice-matched to the high-concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer is formed, and the HBT or HEMT is electrically isolated from the high-concentration anode / semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer. It is characterized by having.

【0022】上記構成によれば、請求項1に係る発明の
半導体トンネル素子が、HBTやHEMTの素子と同一
基板上に集積化される。こうして、集積回路の製造工程
が簡略化されて、コストダウンが図られる。
According to the above configuration, the semiconductor tunnel device according to the first aspect of the present invention is integrated on the same substrate as the HBT or HEMT device. Thus, the manufacturing process of the integrated circuit is simplified, and the cost is reduced.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。この発明は、半導体材料に格
子整合したカソード金属材料を用い、上記半導体材料に
よる半導体高濃度アノード層上に、上記半導体材料によ
る半導体トンネル層と上記カソード金属層とを連続的に
エピタキシャル成長することによって、高濃度半導体層
と金属層との間に5nm〜20nmの厚さの半導体トンネル
層を形成する。そして、このトンネル層の厚さ等を制御
することによって、制御性よくトンネル効果を制御でき
る半導体トンネル素子を得るものである。その場合、金
属層/高濃度半導体層間にオーミック導通を防ぐ半導体
トンネル層をエピタキシャル成長するため、半導体層を
高い濃度でドーピングしても金属層/半導体層間はオー
ミック的にはならない。また、高濃度半導体層側の空乏
領域を薄くでき、半導体トンネル素子のスイッチング速
度を低下させることがないのである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. The present invention uses a cathode metal material lattice-matched to a semiconductor material, and continuously epitaxially grows a semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer of the semiconductor material on a semiconductor high-concentration anode layer of the semiconductor material, A semiconductor tunnel layer having a thickness of 5 nm to 20 nm is formed between the high concentration semiconductor layer and the metal layer. By controlling the thickness and the like of the tunnel layer, a semiconductor tunnel element capable of controlling the tunnel effect with good controllability is obtained. In this case, since a semiconductor tunnel layer for preventing ohmic conduction is epitaxially grown between the metal layer and the high-concentration semiconductor layer, the metal layer / semiconductor layer does not become ohmic even if the semiconductor layer is doped at a high concentration. Further, the depletion region on the side of the high-concentration semiconductor layer can be made thinner, and the switching speed of the semiconductor tunnel element does not decrease.

【0024】<第1実施の形態>図1は、本実施の形態
の半導体トンネル素子における基本構造を示す断面図で
ある。半絶縁性GaAs基板1上に、ノンドープのAlGa
Asバッファ層(膜厚:50nm)2、および、電流が流れ
るチャネル層としてのn+-GaAs高濃度アノード層(膜
厚:500nm,濃度5E18/cm3)3が、MBE法(分子
線成長法)によって順次積層形成される。n+-GaAs高
濃度アノード層3の上には、トンネル効果を果たすトン
ネル層としてのノンドープのAlAs層(膜厚:13nm)4
と、このAlAs層4に格子整合した金属薄膜NiAl(膜
厚:10nm)5とが、約150℃で連続的にエピタキシ
ャル成長されている。この場合に、金属原子の拡散長は
短いので、NiAl金属薄膜5は幅が数オングストロー
ム、長さが数ミクロンの量子細線形状になり、高温の5
00℃〜550℃でアニールすることより面内の厚さを
均一に形成することができる。
<First Embodiment> FIG. 1 is a sectional view showing a basic structure of a semiconductor tunnel device according to the present embodiment. On a semi-insulating GaAs substrate 1, a non-doped AlGa
An As buffer layer (thickness: 50 nm) 2 and an n + -GaAs high concentration anode layer (thickness: 500 nm, concentration 5E18 / cm 3 ) 3 as a channel layer through which a current flows are formed by MBE (molecular beam epitaxy). ). On the n + -GaAs high-concentration anode layer 3, a non-doped AlAs layer (thickness: 13 nm) 4 serving as a tunnel layer for performing a tunnel effect
A metal thin film NiAl (thickness: 10 nm) 5 lattice-matched to the AlAs layer 4 is continuously epitaxially grown at about 150 ° C. In this case, since the diffusion length of metal atoms is short, the NiAl metal thin film 5 has a quantum wire shape having a width of several angstroms and a length of several microns.
Annealing at 00 ° C. to 550 ° C. makes it possible to form a uniform thickness in the plane.

【0025】実際の素子形成に際しては、図4に示すよ
うに、NiAl金属薄膜5上に金属を蒸着して電極6を形
成し、NiAl金属薄膜5およびAlAs層4をn+-GaAs
高濃度アノード層3が露出するまでドライエッチングあ
るいはウエットエッチングしてからn+-GaAs高濃度ア
ノード層3上に電極7を形成する。AlAs層4の酸化防
止のために、エッチングした後のAlAs層4のサイド全
面にSiNx膜等の保護膜を形成する。
In actual element formation, as shown in FIG. 4, a metal is vapor-deposited on the NiAl metal thin film 5 to form an electrode 6, and the NiAl metal thin film 5 and the AlAs layer 4 are formed into n + -GaAs.
The electrode 7 is formed on the n + -GaAs high concentration anode layer 3 by dry etching or wet etching until the high concentration anode layer 3 is exposed. In order to prevent oxidation of the AlAs layer 4, a protective film such as a SiNx film is formed on the entire side surface of the etched AlAs layer 4.

【0026】上記構成を有する半導体トンネル素子は、
電子が数原子層の半導体をトンネルできる特性を利用し
た高速スイッチング素子である。以下、本半導体トンネ
ル素子のバンド構造に付いて説明する。図2は、本半導
体トンネル素子のバンドダイアグラム図である。尚、図
2(a)は、金属/高濃度半導体間に印加される電圧が正バ
イアスであり、図2(b)は、上記電圧がゼロバイアスで
あり、図2(c)は、上記電圧が負バイアスの場合のバン
ドダイヤグラムである。つまり、本半導体トンネル素子
に掛ける正負バイアスは、一般のショットキーダイオー
ドの場合とは逆方向である。
The semiconductor tunnel device having the above configuration is
It is a high-speed switching element that utilizes the property that electrons can tunnel through a semiconductor of several atomic layers. Hereinafter, the band structure of the semiconductor tunnel device will be described. FIG. 2 is a band diagram of the present semiconductor tunnel device. 2 (a) shows that the voltage applied between the metal and the high-concentration semiconductor is a positive bias, FIG. 2 (b) shows that the voltage is zero bias, and FIG. 2 (c) shows that the voltage is zero. Is a band diagram in the case of a negative bias. That is, the positive / negative bias applied to the present semiconductor tunnel element is in the opposite direction to that of a general Schottky diode.

【0027】図2(a)に示す正バイアスの場合には、電
子の感じるバリヤ層の厚さは半導体トンネル層4の厚さ
より更に薄くなるので、カソード金属層5/高濃度半導
体層3の間にトンネル電流が流れる。また、図2(c)の
負バイアスの場合には、低電圧時は電子が一定の厚さの
半導体トンネル層4をトンネルできないために導通しな
いが、十分大きい電圧を掛けると半導体トンネル層4の
三角バリヤの厚さをトンネルできる電流とバリヤを越え
る電流とが流れる。
In the case of the positive bias shown in FIG. 2A, the thickness of the barrier layer felt by the electrons is further smaller than the thickness of the semiconductor tunnel layer 4, so that the thickness between the cathode metal layer 5 and the high-concentration semiconductor layer 3 is increased. Tunnel current flows through In the case of the negative bias shown in FIG. 2 (c), when the voltage is low, electrons cannot tunnel through the semiconductor tunnel layer 4 having a constant thickness. A current that can tunnel through the thickness of the triangular barrier and a current that exceeds the barrier flow.

【0028】上述したように、一般にショットキーダイ
オードにおいて高濃度ドーピング半導体層にカソード金
属層を蒸着する場合、オーミック接触を防止するため
に、中間層の厚さを例えば50nm以上の電子がトンネリ
ングできない厚さにしなければならない。それに対し
て、本半導体トンネル素子においては、カソード金属層
5として半導体トンネル層4および高濃度半導体層3と
の間の格子定数差が小さい材料を選ぶことによって、半
導体トンネル層4とカソード金属層5とを連続的にエピ
タキシャル成長できる。したがって、両半導体層3,4
に格子整合したカソード金属層5を半導体層4上に連続
成長することよって、カソード金属層5/半導体層3,4
間の界面準位を大幅低減できるのである。その場合、半
導体トンネル層5の層厚を数ナノメーターに制御して成
長させることができるので、オーミック接触を防止する
と同時に低い電圧で電子がトンネルするように制御でき
る。
As described above, when a cathode metal layer is generally deposited on a highly doped semiconductor layer in a Schottky diode, in order to prevent ohmic contact, the thickness of the intermediate layer is set to, for example, a thickness of 50 nm or more where electrons cannot be tunneled. Must be done. On the other hand, in the present semiconductor tunnel element, by selecting a material having a small lattice constant difference between the semiconductor tunnel layer 4 and the high-concentration semiconductor layer 3 as the cathode metal layer 5, the semiconductor tunnel layer 4 and the cathode metal layer 5 are formed. Can be continuously epitaxially grown. Therefore, both semiconductor layers 3 and 4
Metal layer 5 / semiconductor layers 3, 4 by continuously growing cathode metal layer 5 lattice-matched to semiconductor layer 4 on semiconductor layer 4.
The interface state between them can be greatly reduced. In this case, since the semiconductor tunnel layer 5 can be grown while controlling the layer thickness to several nanometers, it is possible to prevent ohmic contact and at the same time to control the electrons to tunnel at a low voltage.

【0029】こうして、本半導体トンネル素子によれ
ば、短い過渡時間で電子が数原子層〜数十原子層をトン
ネリングするので、低い立ち上がり電圧を有する高速ス
イッチング素子を作製できるのである。スイッチング時
間は電子がこの半導体トンネル層4をトンネルする時間
に依存し、立ち上がり電圧は半導体トンネル層4の膜厚
によって制御できる。但し、上記膜厚が5nm〜20nmの
場合は立ち上がり電圧は十分小さいのであるが、5nm以
下ではカソード金属層5/半導体高濃度アノード層3間
の接触がオーミック的になるために使用できない。
As described above, according to the present semiconductor tunnel device, electrons tunnel through several atomic layers to several tens of atomic layers in a short transient time, so that a high-speed switching element having a low rising voltage can be manufactured. The switching time depends on the time for electrons to tunnel through the semiconductor tunnel layer 4, and the rising voltage can be controlled by the thickness of the semiconductor tunnel layer 4. However, when the film thickness is 5 nm to 20 nm, the rising voltage is sufficiently small. However, when the film thickness is 5 nm or less, the contact between the cathode metal layer 5 and the semiconductor high-concentration anode layer 3 becomes ohmic and cannot be used.

【0030】図3(a)に示すように、上記電極6,7間に
正バイアスを掛けた場合、図3(c)に示すように、半導
体トンネル層4の厚さを調節することによって、立ち上
がり電圧Vaを自由に制御できる。また、図3(b)に示す
ように、上記電極6,7間に負バイアスを掛けた場合、
図3(c)に示すように、逆方向耐圧Vbは、逆方向の電子
のトンネル効率、つまり半導体トンネル層4の膜厚およ
び半導体トンネル層4と半導体高濃度アノード層3との
間のバリヤ高さの差によって決まる。したがって、半導
体トンネル層4の膜厚が同じである場合、半導体高濃度
アノード層3の材料としてバリヤ高さの差の大きい材料
を選ぶことによって素子の耐圧を大きく増やすことがで
きるのである。
When a positive bias is applied between the electrodes 6 and 7 as shown in FIG. 3A, by adjusting the thickness of the semiconductor tunnel layer 4 as shown in FIG. You can freely control the rise voltage V a. When a negative bias is applied between the electrodes 6 and 7 as shown in FIG.
As shown in FIG. 3C, the reverse breakdown voltage Vb is determined by the tunneling efficiency of the electrons in the reverse direction, that is, the thickness of the semiconductor tunnel layer 4 and the barrier between the semiconductor tunnel layer 4 and the high-concentration semiconductor layer 3. It depends on the height difference. Therefore, when the thickness of the semiconductor tunnel layer 4 is the same, the withstand voltage of the element can be greatly increased by selecting a material having a large difference in barrier height as the material of the semiconductor high-concentration anode layer 3.

【0031】以上のように、本半導体トンネル素子は、
一般のダイオードに比べて二つの特徴を持つ。一つは、
電子がトンネリングできる約20nm以下の半導体トンネ
ル層4をカソード金属層5と半導体高濃度アノード層3
との間に設け、半導体トンネル層4の厚さで電子のトン
ネル効率を制御して立ち上がり電圧を制御できる点であ
る。また、もう一つは、半導体トンネル層4の厚さが一
定の場合には、バリヤ高さの差の大きい材料を半導体高
濃度アノード層3の材料として選ぶことによって逆方向
の耐圧を制御できる点である。
As described above, the present semiconductor tunnel device
It has two features compared to a general diode. one,
A semiconductor metal layer 5 and a high-concentration anode layer 3 for semiconductor are formed by a semiconductor tunnel layer 4 having a diameter of about 20 nm or less for tunneling electrons.
The point is that the rising voltage can be controlled by controlling the tunneling efficiency of electrons by the thickness of the semiconductor tunnel layer 4. Another point is that when the thickness of the semiconductor tunnel layer 4 is constant, the withstand voltage in the reverse direction can be controlled by selecting a material having a large difference in barrier height as the material of the semiconductor high-concentration anode layer 3. It is.

【0032】図4(a)は、図1に示す半導体トンネル素
子の基本構造におけるNiAl層5上に金属を蒸着して電
極6を形成し、エッチングして露出したn+-GaAs層3
上に電極7を形成して得られた半導体トンネルダイオー
ドの断面模式図である。電極6と電極7のサイズは0.
6mm×0.6mmであり、両電極6,7間の距離は3mmであ
る。この半導体トンネルダイオードの電極6に電圧−V
を印加し、電極7に電圧+Vを印加した場合の電流−電
圧特性は、図7にで示す通り非対称な特性を示す。正
電圧方向(n+-GaAs層3は正電極)では、電子がNiAl
層5側から薄いAlAs層4をトンネルしてn+-GaAs層
3へ流れる。立ち上がり電圧は、AlAs層4の厚さによ
って決まる。すなわち、AlAs層4の厚さを薄く(10n
m以下に)することにより、立ち上がり電圧を小さくでき
る。但し、5nm以下ではNiAl層5と半導体高濃度アノ
ード層であるn+-GaAs層3との間にオーミック導通が
起こるために使えない。
FIG. 4A shows an electrode 6 formed by depositing a metal on the NiAl layer 5 in the basic structure of the semiconductor tunnel device shown in FIG. 1 and etching and exposing the n + -GaAs layer 3.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor tunnel diode obtained by forming an electrode 7 thereon. The size of the electrodes 6 and 7 is 0.
6 mm × 0.6 mm, and the distance between the electrodes 6 and 7 is 3 mm. The voltage -V is applied to the electrode 6 of this semiconductor tunnel diode.
Is applied, and a voltage + V is applied to the electrode 7, the current-voltage characteristic shows an asymmetric characteristic as shown in FIG. In the positive voltage direction (n + -GaAs layer 3 is a positive electrode), electrons are NiAl.
From the layer 5 side, the thin AlAs layer 4 tunnels and flows to the n + -GaAs layer 3. The rising voltage is determined by the thickness of the AlAs layer 4. That is, the thickness of the AlAs layer 4 is reduced (10 n
m or less), the rising voltage can be reduced. However, if the thickness is 5 nm or less, the NiAl layer 5 cannot be used because ohmic conduction occurs between the n + -GaAs layer 3 which is a semiconductor high-concentration anode layer.

【0033】逆方向電圧を掛けた場合(n+-GaAs層3
は負電極)には、AlAs層4の厚さが一定の厚さ以上の
場合は電子がトンネルできないため、導通するには電子
はn+-GaAs層3とAlAs層4との間のバリヤを越えな
ければならない。この耐圧電圧は半導体の材料を変えれ
ば、例えばn+-GaAs層3をn+-InGaAs層に変えれ
ば、AlAs層4とInGaAs層との間のより大きいバリ
ヤ差が得られ、耐圧が大きくなるように制御できる。図
7にで示すように、負の方向に2V以上の電圧を掛け
た場合に流れる電流の値は、一般のショットキーダイオ
ードの場合の正方向電流と類似して、バリヤを越える電
流とトンネル電流との両者の和となる。それに比べて、
正方向の電流はトンネル電流のみであって電流の立ち上
がりが急峻であり、スイッチングの特性として優れてい
る。尚、図4(a)に示す半導体トンネルダイオードの等
価回路図を図4(b)に示す。
When a reverse voltage is applied (n + -GaAs layer 3
If the thickness of the AlAs layer 4 is more than a certain thickness, electrons cannot tunnel through the negative electrode, so that the electrons pass through the barrier between the n + -GaAs layer 3 and the AlAs layer 4 for conduction. Must cross. If the breakdown voltage is changed by changing the material of the semiconductor, for example, by changing the n + -GaAs layer 3 to the n + -InGaAs layer, a larger barrier difference between the AlAs layer 4 and the InGaAs layer is obtained, and the breakdown voltage is increased. Can be controlled as follows. As shown in FIG. 7, the value of the current flowing when a voltage of 2 V or more is applied in the negative direction is similar to the positive current in the case of a general Schottky diode, and the current exceeding the barrier and the tunnel current are similar. And the sum of the two. In comparison,
The current in the positive direction is only the tunnel current, and the current rises steeply, which is excellent as switching characteristics. FIG. 4B shows an equivalent circuit diagram of the semiconductor tunnel diode shown in FIG.

【0034】上述のように、本実施の形態においては、
チャネル層としてのn+-GaAs高濃度アノード層3上
に、トンネル層としてのAlAs層4と半導体層3,4に
格子整合したNiAl金属薄膜5を連続的にエピタキシャ
ル成長している。したがって、カソード金属層5と半導
体高濃度アノード層3との間に電子がトンネリングでき
る20nm以下の半導体トンネル層4を形成できる。その
場合、トンネル層4の厚みを5nm以上にすることによっ
て、カソード金属層5と半導体高濃度アノード層3との
間のオーミック導通を防ぐと共に、半導体高濃度アノー
ド層3側の空乏領域を薄くしてスイッチング速度を高速
にできるのである。また、半導体トンネル層4の膜厚と
半導体高濃度アノード層3の材料とを制御することによ
って、立ち上げ電圧や逆方向耐圧等のトンネル効果を制
御することができる。
As described above, in the present embodiment,
On the n + -GaAs high concentration anode layer 3 as a channel layer, an AlAs layer 4 as a tunnel layer and a NiAl metal thin film 5 lattice-matched to the semiconductor layers 3 and 4 are continuously epitaxially grown. Therefore, a semiconductor tunnel layer 4 of 20 nm or less, in which electrons can be tunneled, can be formed between the cathode metal layer 5 and the semiconductor high-concentration anode layer 3. In this case, by setting the thickness of the tunnel layer 4 to 5 nm or more, ohmic conduction between the cathode metal layer 5 and the semiconductor high-concentration anode layer 3 is prevented, and the depletion region on the semiconductor high-concentration anode layer 3 side is reduced. Thus, the switching speed can be increased. Further, by controlling the thickness of the semiconductor tunnel layer 4 and the material of the semiconductor high-concentration anode layer 3, it is possible to control a tunnel effect such as a start-up voltage and a reverse breakdown voltage.

【0035】すなわち、本実施の形態によれば、構造が
簡単で製造コストが低く、通常のツェナーダイオードや
ショットキーダイオードより立ち上がりが急峻で電子の
トンネル効果を制御可能なトンネルダイオードを作成す
ることができるのである。
That is, according to the present embodiment, it is possible to produce a tunnel diode which has a simple structure, is low in manufacturing cost, has a sharper rise than ordinary zener diodes and Schottky diodes, and can control electron tunnel effect. You can.

【0036】<第2実施の形態>本実施の形態における
半導体トンネルダイオードの模式図を図5(a)に示す。
第1実施の形態の場合と同様に、半絶縁性GaAs基板上
に、ノンドープのAlGaAsバッファ層、n+-GaAs高
濃度アノード層13、ノンドープのAlAs層(トンネル
層)14、NiAl金属薄膜15を順次形成して、半導体
トンネル素子を形成する。そして、本実施の形態におい
ては、NiAl金属薄膜15およびAlAs層14における
電極16,17が形成される個所の間の部分をn+-GaA
s高濃度アノード層13までエッチングして両電極形成
個所を隔離する。その後、NiAl金属薄膜15上におけ
る上記隔離された個所にオーミック金属からなる電極1
6と電極17とを蒸着して設ける。そうした後に、第1
実施の形態の場合と同様に、AlAs層14の酸化を防ぐ
ために、エツチング後のサイド全面にSiNx膜等の保護
膜を形成する。
<Second Embodiment> A schematic diagram of a semiconductor tunnel diode according to the present embodiment is shown in FIG.
As in the first embodiment, a non-doped AlGaAs buffer layer, an n + -GaAs high-concentration anode layer 13, a non-doped AlAs layer (tunnel layer) 14, and a NiAl metal thin film 15 are formed on a semi-insulating GaAs substrate. The semiconductor tunnel devices are formed sequentially. In this embodiment, the portion between the positions where the electrodes 16 and 17 are formed in the NiAl metal thin film 15 and the AlAs layer 14 is defined as n + -GaA.
Etching is performed up to the s high-concentration anode layer 13 to isolate the portions where both electrodes are formed. Thereafter, the electrode 1 made of an ohmic metal is placed on the NiAl metal thin film 15 at the isolated place.
6 and the electrode 17 are provided by vapor deposition. After that, the first
As in the case of the embodiment, in order to prevent oxidation of the AlAs layer 14, a protective film such as a SiNx film is formed on the entire side surface after the etching.

【0037】上記電極16に電圧−Vを印加し、電極1
7に電圧+Vを印加した場合、図7にで示すように対
称的且つ非線形的なトンネルダイオードの電流−電圧特
性が得られる。電子は負の電極16およびNiAl金属薄
膜15からAlAs層14をトンネリングして、n+-Ga
As高濃度アノード層13を通り、AlAs層14を経由
してNiAl金属薄膜15および正の電極17に流れる。
本実施の形態における半導体トンネルダイオードは、両
電極16,17間の構成が対称的であるために電流−電
圧曲線も完全に対称的になって、つまり第1実施の形態
に示した半導体トンネルダイオード二つのバックツーバ
ック直列連結の特性を有する素子であると言える。ま
た、立ち上がり電圧はAlAs層14の厚さを変えること
によって制御できる。図5(b)に、本半導体トンネルダ
イオードの等価回路図を示す。
When a voltage -V is applied to the electrode 16, the electrode 1
When a voltage + V is applied to 7, a symmetric and non-linear current-voltage characteristic of the tunnel diode is obtained as shown in FIG. The electrons tunnel through the AlAs layer 14 from the negative electrode 16 and the NiAl metal thin film 15 to form n + -Ga
It flows to the NiAl metal thin film 15 and the positive electrode 17 through the As high concentration anode layer 13 and the AlAs layer 14.
In the semiconductor tunnel diode of the present embodiment, the current-voltage curve is completely symmetrical because the configuration between the two electrodes 16 and 17 is symmetrical, that is, the semiconductor tunneling diode shown in the first embodiment. It can be said that the device has two back-to-back serial connection characteristics. The rising voltage can be controlled by changing the thickness of the AlAs layer 14. FIG. 5B shows an equivalent circuit diagram of the present semiconductor tunnel diode.

【0038】<第3実施の形態>本実施の形態における
半導体トンネルダイオードの模式図を図6(a)に示す。
第1実施の形態の場合と同様に、半絶縁性GaAs基板上
に、ノンドープのAlGaAsバッファ層、n+-GaAs高
濃度アノード層23、ノンドープのAlAs層(トンネル
層)24、NiAl金属薄膜25を順次形成して、半導体
トンネル素子を形成する。そして、本実施の形態におい
ては、そのままNiAl金属薄膜25上にオーミック金属
からなる電極26と電極27とを蒸着して設ける。
<Third Embodiment> FIG. 6A is a schematic view of a semiconductor tunnel diode according to the present embodiment.
As in the first embodiment, a non-doped AlGaAs buffer layer, an n + -GaAs high-concentration anode layer 23, a non-doped AlAs layer (tunnel layer) 24, and a NiAl metal thin film 25 are formed on a semi-insulating GaAs substrate. The semiconductor tunnel devices are formed sequentially. In the present embodiment, the electrode 26 and the electrode 27 made of ohmic metal are provided on the NiAl metal thin film 25 by vapor deposition.

【0039】上記電極26に電圧−Vを印加し、電極2
7に電圧+Vを印加した場合の電流−電圧特性は、図7
にで示すようになる。電圧Vが約−4Vから4+Vの
間では、電流はNiAl金属薄膜25中を流れ、電流−電
圧特性はNiAl薄膜のオーミック特性を示す。したがっ
て、一般のオームの法則に従い、電流−電圧曲線は線形
的である。そして、−4V以下または+4V以上の電圧
を掛けた場合は、電子の一部が負の電極26からAlAs
層24をトンネリングし、下側のn+-GaAs高濃度アノ
ード層23を経由して正の電極27に流れる。つまり、
−4V以下または+4V以上の電圧を印加すると、電子
は負の電極26から一部はNiAl金属薄膜25を通過し
て正の電極27へ流れるが、他の一部はAlAs層24を
トンネリングしてn+-GaAs濃度アノード層23をバイ
パスし、AlAs層24およびNiAl金属薄膜25を経由
して、正の電極27に流れる。これは、図7にで示す
曲線中の電圧が約−4V以下および4V以上の非線形部
分に当たる。
When a voltage -V is applied to the electrode 26, the electrode 2
7 shows a current-voltage characteristic when a voltage + V is applied to FIG.
As shown in. When the voltage V is between about -4V and 4 + V, the current flows through the NiAl metal thin film 25, and the current-voltage characteristics show the ohmic characteristics of the NiAl thin film. Thus, according to the general Ohm's law, the current-voltage curve is linear. When a voltage of −4 V or less or a voltage of +4 V or more is applied, some of the electrons are transferred from the negative electrode 26 to AlAs.
The layer 24 is tunneled and flows to the positive electrode 27 via the lower n + -GaAs high concentration anode layer 23. That is,
When a voltage of -4 V or less or +4 V or more is applied, some of the electrons flow from the negative electrode 26 through the NiAl metal thin film 25 to the positive electrode 27, while the other part tunnels through the AlAs layer 24. It flows to the positive electrode 27 via the AlAs layer 24 and the NiAl metal thin film 25, bypassing the n + -GaAs concentration anode layer 23. This corresponds to a non-linear portion where the voltage in the curve shown in FIG.

【0040】図6(a)に示すように電極26,27を設け
た場合は、上述のように、電流が増えても電圧は増える
ことなく自動的に電流を分流して、電圧を制限する素子
の機能を有する。制限電圧はAlAs層24の厚さで調整
できる。つまり、本実施の形態における半導体トンネル
ダイオードは、第2実施の形態における半導体トンネル
ダイオードとNiAl抵抗とを並列連結した特性を有する
素子となる。したがって、本半導体トンネルダイオード
は、図6(b)に示すような等価回路図で表現できる。
When the electrodes 26 and 27 are provided as shown in FIG. 6A, the voltage is limited by automatically shunting the current without increasing the voltage even if the current increases, as described above. It has the function of an element. The limiting voltage can be adjusted by the thickness of the AlAs layer 24. That is, the semiconductor tunnel diode according to the present embodiment is an element having a characteristic in which the semiconductor tunnel diode according to the second embodiment and the NiAl resistor are connected in parallel. Therefore, the present semiconductor tunnel diode can be represented by an equivalent circuit diagram as shown in FIG.

【0041】<第4実施の形態>次に、この発明の半導
体トンネル素子を用いた各種集積回路の例に付いて説明
する。図8および図9は、GaAs基板の上にHBTやH
EMT等の能動素子を堆積したエピタキシャルウエハに
おける半導体高濃度アノード層の上に、図1に示した半
導体トンネル層と上記両半導体層に格子整合するカソー
ド金属薄膜とを連続的にエピタキシャル成長したもので
ある。
<Fourth Embodiment> Next, examples of various integrated circuits using the semiconductor tunnel element of the present invention will be described. FIGS. 8 and 9 show HBT and H on a GaAs substrate.
A semiconductor tunnel layer shown in FIG. 1 and a cathode metal thin film lattice-matched to the two semiconductor layers are continuously epitaxially grown on a high-concentration semiconductor layer of an epitaxial wafer on which active elements such as EMT are deposited. .

【0042】図8においては、GaAs基板31上に形成
されたHBT38をエッチングやイオン注入等のプロセ
スによって隔離し、GaAs基板31上におけるHBT3
8とは隔離された領域に、ノンドープのAlGaAsバッ
ファ層32、n+-GaAs高濃度アノード層33、ノンド
ープのAlAs層(トンネル層)34、NiAl金属薄膜35
を順次形成する。そして、第1実施の形態と同様に、N
iAl金属薄膜35上に電極36を形成する一方、エッチ
ングして露出したn+-GaAs高濃度アノード層33上に
電極37を形成して半導体トンネルダイオード39を形
成する。
In FIG. 8, the HBT 38 formed on the GaAs substrate 31 is isolated by a process such as etching or ion implantation, and the HBT 38 on the GaAs substrate 31 is separated.
8, a non-doped AlGaAs buffer layer 32, an n + -GaAs high-concentration anode layer 33, a non-doped AlAs layer (tunnel layer) 34, a NiAl metal thin film 35
Are sequentially formed. Then, similarly to the first embodiment, N
An electrode 36 is formed on the iAl metal thin film 35, and an electrode 37 is formed on the n + -GaAs high concentration anode layer 33 which is exposed by etching to form a semiconductor tunnel diode 39.

【0043】また、図9においては、GaAs基板41上
に形成されたHEMT49をエッチングやイオン注入等
のプロセスによって隔離し、GaAs基板41上における
上記HEMT49とは隔離された領域に、ノンドープの
AlGaAsバッファ層42、n+-GaAs高濃度アノード
層43、ノンドープのAlAs層 (トンネル層) 44、N
iAl金属薄膜45を順次形成する。そして、第2実施の
形態と同様に、NiAl金属薄膜45およびAlAs層44
をn+-GaAs高濃度アノード層43までエッチングして
両電極形成個所を隔離し、この隔離されたNiAl金属薄
膜45上にオーミック金属からなる電極46と電極47
を蒸着して設ける。また、露出したn+-GaAs高濃度ア
ノード層43上に電極48を設ける。こうして、半導体
トンネルダイオード50を形成する。この場合における
上記半導体トンネルダイオード50は、電極46と電極
47との間に電圧を印加することによって第2実施の形
態の半導体トンネルダイオードと同様に機能させる一
方、電極46と電極48との間に電圧を印加することに
よって第1実施の形態の半導体トンネルダイオードと同
様に機能させることができるのである。
In FIG. 9, the HEMT 49 formed on the GaAs substrate 41 is isolated by a process such as etching or ion implantation. Layer 42, n + -GaAs high concentration anode layer 43, non-doped AlAs layer (tunnel layer) 44, N
An iAl metal thin film 45 is sequentially formed. Then, similarly to the second embodiment, the NiAl metal thin film 45 and the AlAs layer 44 are formed.
Is etched to the n + -GaAs high-concentration anode layer 43 to isolate the portions where both electrodes are formed, and the electrodes 46 and 47 made of an ohmic metal are placed on the isolated NiAl metal thin film 45.
Is provided by vapor deposition. Further, an electrode 48 is provided on the exposed n + -GaAs high concentration anode layer 43. Thus, the semiconductor tunnel diode 50 is formed. The semiconductor tunnel diode 50 in this case functions similarly to the semiconductor tunnel diode of the second embodiment by applying a voltage between the electrode 46 and the electrode 47, while the semiconductor tunnel diode 50 is provided between the electrode 46 and the electrode 48. By applying a voltage, the same function as the semiconductor tunnel diode of the first embodiment can be obtained.

【0044】さらに、上述のように、高速スイッチング
トンネルダイオード39,50や電気抵抗等の素子を、
HBT38やHEMT49の素子と同一基板上に集積化
したものを、更に増幅回路または論理回路を含むマイク
ロ波、ミリ波モノリシック集積回路に組み込むことも可
能である。以上のように、本実施の形態においては、H
BT38やHEMT49の素子と同一基板上において、
高速スイッチングトンネルダイオードのエピタキシャル
成長が可能である。そのために、HBT38やHEMT
49との集積化が可能となり、回路製造工程が減るため
にコストを抑えることが可能となる。
Further, as described above, elements such as high-speed switching tunnel diodes 39 and 50 and electric resistance
A device integrated with the elements of the HBT 38 and the HEMT 49 on the same substrate can be further incorporated into a microwave or millimeter-wave monolithic integrated circuit including an amplification circuit or a logic circuit. As described above, in the present embodiment, H
On the same substrate as the BT38 and HEMT49 elements,
Epitaxial growth of a high-speed switching tunnel diode is possible. Therefore, HBT38 and HEMT
49, and the cost can be reduced because the number of circuit manufacturing steps is reduced.

【0045】上記各実施の形態における半導体トンネル
ダイオードは、他に、低い入力インピータンスのダイオ
ード素子、大面積で高い電圧の制御が可能な素子、電流
分流素子、電流−電圧の対称性と非線形性を利用した高
周波変換素子等への応用が考えられる。また、この半導
体トンネルダイオードを用いて、単一なあるいは均一な
大面積の素子が作製可能である。
The semiconductor tunnel diode according to each of the above-described embodiments includes a diode element having a low input impedance, an element capable of controlling a large area and a high voltage, a current shunt element, current-voltage symmetry and nonlinearity. Application to a high-frequency conversion element or the like utilizing the method can be considered. Further, a single or uniform large-area element can be manufactured using this semiconductor tunnel diode.

【0046】尚、上記各実施の形態においては、上記A
lGaAsバッファ層2,32,42およびn+-GaAs高濃
度アノード層3,13,23,33,43をMBE法によっ
て形成している。しかしながら、この発明はこれに限定
されるものではなく、MOCVD法によって形成しても
差し支えない。
In each of the above embodiments, the above A
The lGaAs buffer layers 2, 32, 42 and the n + -GaAs high concentration anode layers 3, 13, 23, 33, 43 are formed by MBE. However, the present invention is not limited to this, and may be formed by the MOCVD method.

【0047】また、上記各実施の形態においては、上記
半導体高濃度アノード層をn+-GaAsで構成している
が、n+-InGaAs層で構成してもよいしn+-GaAs層
とn+-InGaAs層との2層構造で構成しても差し支え
ない。さらに、半導体トンネル層をAlAs単層で構成し
ているが、AlxGa1-xAs(x=0.3〜1)単層,InGaP
単層,AlxGa1-xAs(x=0.3〜1)/GaAs超格子層および
InGaP/GaAs超格子層の少なくとも一つで構成すれ
ばよい。また、上記各実施の形態においては、半導体基
板をGaAsで構成し、半導体高濃度アノード層をn+-G
aAsで構成し、半導体トンネル層をAlAsで構成してい
るが、半導体基板をInPで構成し、半導体高濃度アノ
ード層をn+-InGaAsで構成し、半導体トンネル層を
InAlAs単層,InAlAsP単層,InAlAs/InGaAs
超格子層およびInAlAsP/InGaAs超格子層の少な
くとも1つで構成しても差し支えない。また、上記各実
施の形態においては、カソード金属薄膜をNiAlで構成
しているが、CoAlで構成しても差し支えない。
In each of the above embodiments, the semiconductor high-concentration anode layer is formed of n + -GaAs, but may be formed of an n + -InGaAs layer or an n + -GaAs layer and an n + -GaAs layer. It may have a two-layer structure with a + -InGaAs layer. Further, the semiconductor tunnel layer is composed of a single layer of AlAs, but a single layer of Al x Ga 1-x As (x = 0.3 to 1), InGaP
Single layer, may be composed of at least one of Al x Ga 1-x As ( x = 0.3~1) / GaAs superlattice layer and InGaP / GaAs superlattice layer. In each of the above embodiments, the semiconductor substrate is made of GaAs, and the semiconductor high-concentration anode layer is made of n + -G
aAs, the semiconductor tunnel layer is made of AlAs, the semiconductor substrate is made of InP, the semiconductor high-concentration anode layer is made of n + -InGaAs, and the semiconductor tunnel layers are a single layer of InAlAs and a single layer of InAlAsP. , InAlAs / InGaAs
It may be composed of at least one of a superlattice layer and an InAlAsP / InGaAs superlattice layer. In each of the above embodiments, the cathode metal thin film is made of NiAl, but may be made of CoAl.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1に係
る発明の半導体トンネル素子は、半導体高濃度アノード
層上に、半導体トンネル層と上記両半導体層に格子整合
したカソード金属層とを順次積層しているので、上記両
半導体層と上記カソード金属層との間の界面準位が大幅
に低減されている。したがって、上記半導体トンネル層
の層厚を数原子層〜数十原子層になるようにすることに
よって、上記半導体高濃度アノード層とカソード金属層
との間のオーミック導通を防ぎ、且つ、上記半導体高濃
度アノード層側の空乏領域を薄くできる。したがって、
上記半導体トンネル層における電流の立ち上がりが急峻
なトンネル現象を実現できる。
As is apparent from the above description, the semiconductor tunnel device according to the first aspect of the present invention comprises a semiconductor tunnel layer and a cathode metal layer lattice-matched to the two semiconductor layers on a semiconductor high-concentration anode layer. Due to the lamination, the interface state between the two semiconductor layers and the cathode metal layer is greatly reduced. Therefore, by setting the thickness of the semiconductor tunnel layer to several atomic layers to several tens of atomic layers, ohmic conduction between the semiconductor high concentration anode layer and the cathode metal layer is prevented, and The depletion region on the side of the concentration anode layer can be made thin. Therefore,
A tunnel phenomenon in which the rise of current in the semiconductor tunnel layer is steep can be realized.

【0049】その場合に、上記半導体トンネル層の層厚
を制御することによって、上記トンネリングの立ち上が
り電圧を制御できる。さらに、上記半導体高濃度アノー
ド層の材料を変えることによって、負バイアス時の耐圧
を制御できる。
In this case, the rising voltage of the tunneling can be controlled by controlling the thickness of the semiconductor tunnel layer. Further, the breakdown voltage at the time of a negative bias can be controlled by changing the material of the semiconductor high-concentration anode layer.

【0050】すなわち、この発明によれば、既存のショ
ットキーダイオード等よりも電流の立ち上がりが急峻で
あり、ツェナーダイオードよりも安定性が良く、ショツ
トキーダイオードと同等或いはそれ以上の高周波数特性
を有し、製造コストが低く、構造が簡単な半導体スイッ
チング素子を得ることができる。
That is, according to the present invention, the rise of the current is steeper than that of the existing Schottky diode or the like, the stability is better than the Zener diode, and the high frequency characteristic is equal to or higher than that of the Schottky diode. In addition, a semiconductor switching element having a low manufacturing cost and a simple structure can be obtained.

【0051】また、請求項2に係る発明の半導体トンネ
ル素子における上記の半導体基板はGaAs基板であり、
上記半導体高濃度アノード層はn+-GaAs層およびn+-
InGaAs層の少なくとも一方であり、上記半導体トン
ネル層は、AlxGa1-xAs(x=0.3〜1)単層,InGaP
単層,AlxGa1-xAs(x=0.3〜1)/GaAs超格子層お
よびInGaP/GaAs超格子層の少なくとも一つであ
り、上記カソード金属層はNiAl金属層であるので、上
記カソード金属層と半導体トンネル層との格子定数の差
を約2%にできる。したがって、上記半導体トンネル層
の層厚を最適に制御することによって、上記カソード金
属層と半導体高濃度アノード層との間のオーミック導通
を防止できると共に、トンネル効果を制御でき、低い立
ち上がり電圧を得ることができる。
In the semiconductor tunnel device according to the second aspect of the present invention, the semiconductor substrate is a GaAs substrate,
The semiconductor high-concentration anode layer includes an n + -GaAs layer and an n + -
At least one of InGaAs layers, and the semiconductor tunnel layer is a single layer of Al x Ga 1-x As (x = 0.3 to 1), InGaP
Monolayer, at least one of Al x Ga 1-x As ( x = 0.3~1) / GaAs superlattice layer and InGaP / GaAs superlattice layer, since the cathode metal layer is NiAl metal layer, The difference in lattice constant between the cathode metal layer and the semiconductor tunnel layer can be reduced to about 2%. Therefore, by optimally controlling the thickness of the semiconductor tunnel layer, it is possible to prevent ohmic conduction between the cathode metal layer and the high-concentration anode layer of the semiconductor, to control the tunnel effect, and to obtain a low rise voltage. Can be.

【0052】また、請求項3に係る発明の半導体トンネ
ル素子における上記の半導体基板はInP基板であり、
上記半導体高濃度アノード層はn+-InGaAs層であ
り、上記半導体トンネル層は、InAlAs単層,InAl
AsP単層,InAlAs/InGaAs超格子層およびInAl
AsP/InGaAs超格子層の少なくとも1つであり、上
記カソード金属層はNiAl金属層であるので、上記カソ
ード金属層と半導体トンネル層との格子定数の差を約2
%にできる。したがって、請求項2に係る発明の場合と
同様に、上記半導体トンネル層の層厚を最適に制御する
ことによって、上記カソード金属層と半導体高濃度アノ
ード層との間のオーミック導通を防止できると共に、ト
ンネル効果を制御でき、低い立ち上がり電圧を得ること
ができる。
In the semiconductor tunnel device according to the third aspect of the present invention, the semiconductor substrate is an InP substrate,
The semiconductor high-concentration anode layer is an n + -InGaAs layer, and the semiconductor tunnel layer is an InAlAs single layer, InAlAl.
AsP monolayer, InAlAs / InGaAs superlattice layer and InAl
Since the cathode metal layer is at least one of an AsP / InGaAs superlattice layer and the cathode metal layer is a NiAl metal layer, the difference in lattice constant between the cathode metal layer and the semiconductor tunnel layer is about 2%.
%. Therefore, similarly to the case of the invention according to claim 2, by optimally controlling the thickness of the semiconductor tunnel layer, ohmic conduction between the cathode metal layer and the semiconductor high-concentration anode layer can be prevented, The tunnel effect can be controlled, and a low rising voltage can be obtained.

【0053】また、請求項4に係る発明の半導体トンネ
ル素子は、請求項2あるいは請求項3に係る発明の半導
体トンネル素子における上記カソード金属層をCoAl金
属層としたので、上記カソード金属層と半導体トンネル
素子との格子定数の差を約2%にできる。したがって、
請求項2あるいは請求項3に係る発明と同様に、上記半
導体トンネル層の層厚を最適に制御することによって、
上記カソード金属層と半導体高濃度アノード層との間の
オーミック導通を防止できると共に、トンネル効果を制
御でき、低い立ち上がり電圧を得ることができる。
In the semiconductor tunnel device according to the fourth aspect of the present invention, the cathode metal layer in the semiconductor tunnel device according to the second or third aspect is a CoAl metal layer. The difference in lattice constant from the tunnel element can be reduced to about 2%. Therefore,
Similarly to the invention according to claim 2 or 3, by optimally controlling the thickness of the semiconductor tunnel layer,
Ohmic conduction between the cathode metal layer and the semiconductor high-concentration anode layer can be prevented, the tunnel effect can be controlled, and a low rise voltage can be obtained.

【0054】また、請求項5に係る発明の半導体トンネ
ル素子における上記半導体トンネル層の膜厚は20nm以
下であるので、上記半導体高濃度アノード層とカソード
金属層との間における上記半導体高濃度アノード層側の
空乏領域を薄くでき、上記カソード金属層側の電子が上
記半導体高濃度アノード層側に容易にトンネリングでき
る。さらに、上記半導体トンネル層の膜厚は5nm以上で
あるので、上記半導体高濃度アノード層とカソード金属
層との間の接触がオーミック的にならず、高速スイッチ
ング素子として機能できる。
In the semiconductor tunnel device according to the fifth aspect of the present invention, the thickness of the semiconductor tunnel layer is 20 nm or less, so that the semiconductor high concentration anode layer between the semiconductor high concentration anode layer and the cathode metal layer is formed. The depletion region on the side can be made thinner, and electrons on the cathode metal layer side can easily tunnel to the semiconductor high concentration anode layer side. Further, since the thickness of the semiconductor tunnel layer is 5 nm or more, the contact between the semiconductor high-concentration anode layer and the cathode metal layer does not become ohmic, and can function as a high-speed switching element.

【0055】また、請求項6に係る発明の半導体トンネ
ル素子の製造方法は、GaAs基板上にn+-GaAs半導体
高濃度アノード層をMBE法またはMOCVD法を用い
て堆積する工程と、上記n+-GaAs半導体高濃度アノー
ド層上に、AlAs単層およびAlAs/GaAs超格子層の
少なくとも一方で成る半導体トンネル層と、上記半導体
層に格子整合したNiAl金属層とを、順次エピタキシャ
ル成長する工程と、上記積層物をアニールする工程を含
んでいるので、請求項2に係る発明の半導体トンネル素
子を容易に形成できる。
[0055] A method of manufacturing a semiconductor tunneling device of the invention according to claim 6 includes the steps of depositing using MBE method or MOCVD method n + -GaAs semiconductor high concentration anode layer on a GaAs substrate, the n + A step of sequentially epitaxially growing a semiconductor tunnel layer comprising at least one of an AlAs single layer and an AlAs / GaAs superlattice layer and a NiAl metal layer lattice-matched to the semiconductor layer on the -GaAs semiconductor high concentration anode layer; Since the method includes the step of annealing the laminate, the semiconductor tunnel device according to the second aspect of the present invention can be easily formed.

【0056】その場合、上記半導体トンネル層とカソー
ド金属層とは、上記半導体高濃度アノード層上に連続的
にエピタキシャル成長されるので、上記半導体高濃度ア
ノード層と半導体トンネル層とで成る両半導体層と上記
カソード金属層との間の界面準位を大幅に低減できる。
さらに、上記半導体トンネル層の厚さを容易に制御でき
る。
In this case, the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer are continuously epitaxially grown on the semiconductor high-concentration anode layer. The interface state with the cathode metal layer can be greatly reduced.
Further, the thickness of the semiconductor tunnel layer can be easily controlled.

【0057】また、請求項7に係る発明の集積回路は、
HBTおよびHEMTの少なくとも一方が堆積されたエ
ピタキシャルウエハ上に半導体高濃度アノード層と半導
体トンネル層とが順次形成され、その半導体トンネル層
上に上記両半導体層に格子整合したカソード金属層が形
成されており、上記HBTあるいはHEMTと、上記半
導体高濃度アノード層,半導体トンネル層およびカソー
ド金属層とは、互いに電気的に隔離されているので、上
記HBTやHEMTの素子と同一基板上に請求項1に係
る発明の半導体トンネル素子を集積化できる。したがっ
て、集積回路の製造工程を簡略化して、コストダウンを
図ることができる。
Further, the integrated circuit of the invention according to claim 7 is:
A semiconductor high-concentration anode layer and a semiconductor tunnel layer are sequentially formed on an epitaxial wafer on which at least one of HBT and HEMT is deposited, and a cathode metal layer lattice-matched to the two semiconductor layers is formed on the semiconductor tunnel layer. The HBT or HEMT is electrically isolated from the high-concentration anode layer, the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer of the semiconductor, so that the HBT or HEMT is formed on the same substrate as the HBT or HEMT device. The semiconductor tunnel device of the invention can be integrated. Therefore, the manufacturing process of the integrated circuit can be simplified, and the cost can be reduced.

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

【図1】 この発明の半導体トンネル素子における基本
構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a basic structure of a semiconductor tunnel device of the present invention.

【図2】 図1に示す半導体トンネル素子のバンドダイ
ヤグラム図である。
FIG. 2 is a band diagram of the semiconductor tunnel device shown in FIG.

【図3】 図1に示す半導体トンネル素子の電流−電圧
特性図である。
FIG. 3 is a current-voltage characteristic diagram of the semiconductor tunnel device shown in FIG.

【図4】 図1に示す半導体トンネル素子から得られた
半導体トンネルダイオードの断面模式図とその等価回路
図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a semiconductor tunnel diode obtained from the semiconductor tunnel element shown in FIG. 1 and an equivalent circuit diagram thereof.

【図5】 図4とは異なる半導体トンネルダイオードの
断面模式図とその等価回路図である。
5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor tunnel diode different from FIG. 4 and an equivalent circuit diagram thereof.

【図6】 図4および図5とは異なる半導体トンネルダ
イオードの断面模式図とその等価回路図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor tunnel diode different from FIGS. 4 and 5, and an equivalent circuit diagram thereof.

【図7】 図4〜図6に示す半導体トンネルダイオード
の電流−電圧特性図である。
FIG. 7 is a current-voltage characteristic diagram of the semiconductor tunnel diode shown in FIGS. 4 to 6;

【図8】 図4に示す半導体トンネルダイオードをHB
Tと集積化した場合の模式図である。
FIG. 8 shows a semiconductor tunnel diode shown in FIG.
It is a schematic diagram at the time of integrating with T.

【図9】 図5に示す半導体トンネルダイオードをHE
MTと集積化した場合の模式図である。
FIG. 9 shows an example in which the semiconductor tunnel diode shown in FIG.
It is a schematic diagram at the time of integrating with MT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,41…半絶縁性GaAs基板、 2,32,42…ノンドープAlGaAs層、 3,13,23,33,43…n+-GaAs高濃度アノード
層、 4,14,24,34,44…AlAs層(トンネル層)、 5,15,25,35,45…NiAl金属薄膜、 6,7,16,17,26,27,36,37,46,47,48
…電極、 38…HBT、 49…HEM
T。
1,31,41: semi-insulating GaAs substrate, 2,32,42 ... non-doped AlGaAs layer, 3,13,23,33,43 ... n + -GaAs high concentration anode layer, 4,14,24,34,44 ... AlAs layer (tunnel layer), 5,15,25,35,45 ... NiAl metal thin film, 6,7,16,17,26,27,36,37,46,47,48
... electrodes, 38 ... HBT, 49 ... HEM
T.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/73 H01L 29/80 E 29/778 21/338 29/812 27/095 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01L 29/73 H01L 29/80 E 29/778 21/338 29/812 27/095

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された半導体高濃度
アノード層上に、半導体トンネル層と、上記半導体高濃
度アノード層および半導体トンネル層に格子整合したカ
ソード金属層とが、順次積層されていることを特徴とす
る半導体トンネル素子。
A semiconductor tunnel layer and a cathode metal layer lattice-matched to the semiconductor high-concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer are sequentially stacked on a semiconductor high-concentration anode layer formed on a semiconductor substrate. A semiconductor tunnel element characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体トンネル素子に
おいて、 上記半導体基板は、GaAs基板であり、 上記半導体高濃度アノード層は、n+-GaAs層およびn
+-InGaAs層の少なくとも一方であり,上記半導体ト
ンネル層は、AlxGa1-xAs(x=0.3〜1)単層,InGa
P単層,AlxGa1-xAs(x=0.3〜1)/GaAs超格子層
およびInGaP/GaAs超格子層の少なくとも一つであ
り、 上記カソード金属層は、NiAl金属層であることを特徴
とする半導体トンネル素子。
2. The semiconductor tunnel device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a GaAs substrate, and the semiconductor high-concentration anode layer is an n + -GaAs layer and an n + -GaAs layer.
+ -InGaAs layer, and the semiconductor tunnel layer is a single layer of Al x Ga 1 -x As (x = 0.3 to 1), InGa
A P single layer, at least one of an Al x Ga 1-x As (x = 0.3-1) / GaAs super lattice layer and an InGaP / GaAs super lattice layer, and the cathode metal layer is a NiAl metal layer A semiconductor tunnel element characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体トンネル素子に
おいて、 上記半導体基板は、InP基板であり、 上記半導体高濃度アノード層は、n+-InGaAs層であ
り、 上記半導体トンネル層は、InAlAs単層,InAlAsP
単層,InAlAs/InGaAs超格子層およびInAlAsP/
InGaAs超格子層の少なくとも1つであり、 上記カソード金属層は、NiAl金属層であることを特徴
とする半導体トンネル素子。
3. The semiconductor tunnel device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is an InP substrate, the semiconductor high-concentration anode layer is an n + -InGaAs layer, and the semiconductor tunnel layer is an InAlAs single layer. Layer, InAlAsP
Single layer, InAlAs / InGaAs superlattice layer and InAlAsP /
A semiconductor tunnel device, which is at least one of an InGaAs superlattice layer, and wherein the cathode metal layer is a NiAl metal layer.
【請求項4】 請求項2あるいは請求項3に記載の半導
体トンネル素子において、 上記カソード金属層を、CoAl金属層としたことを特徴
とする半導体トンネル素子。
4. The semiconductor tunnel device according to claim 2, wherein said cathode metal layer is a CoAl metal layer.
【請求項5】 請求項1に記載の半導体トンネル素子に
おいて、 上記半導体トンネル層の膜厚は、5nm以上20nm以下で
あることを特徴とする半導体トンネル素子。
5. The semiconductor tunnel device according to claim 1, wherein said semiconductor tunnel layer has a thickness of 5 nm or more and 20 nm or less.
【請求項6】 GaAs基板上に、n+-GaAs半導体高濃
度アノード層を分子線エピタキシャル成長法あるいは有
機金属化学気相成長法を用いて堆積する工程と、 上記n+-GaAs半導体高濃度アノード層上に、AlAs単
層及びAlAs/GaAs超格子層の少なくとも一方で成る
半導体トンネル層と、上記半導体高濃度アノード層およ
び半導体トンネル層に格子整合したNiAl金属層とを、
順次エピタキシャル成長する工程と、 上記積層物をアニールする工程を含むことを特徴とする
半導体トンネル素子の製造方法。
6. A GaAs substrate, n + -GaAs semiconductor height and step of concentration anode layer is deposited using molecular beam epitaxy or metal organic chemical vapor deposition, the n + -GaAs semiconductor high-concentration anode layer A semiconductor tunnel layer comprising at least one of an AlAs single layer and an AlAs / GaAs superlattice layer, and a NiAl metal layer lattice-matched to the semiconductor high-concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer.
A method for manufacturing a semiconductor tunnel device, comprising: a step of sequentially performing epitaxial growth; and a step of annealing the laminate.
【請求項7】 ヘテロバイポーラトランジスタおよび高
電子移動度トランジスタの少なくとも一方が堆積された
エピタキシャルウエハ上に半導体高濃度アノード層と半
導体トンネル層とが順次形成され、 その半導体トンネル層上に、上記半導体高濃度アノード
層および半導体トンネル層に格子整合したカソード金属
層が形成されており、 上記ヘテロバイポーラトランジスタあるいは高電子移動
度トランジスタと、上記半導体高濃度アノード層,半導
体トンネル層およびカソード金属層とは、互いに電気的
に隔離されていることを特徴とする集積回路。
7. A semiconductor high-concentration anode layer and a semiconductor tunnel layer are sequentially formed on an epitaxial wafer on which at least one of a hetero-bipolar transistor and a high electron mobility transistor is deposited, and the semiconductor tunnel layer is formed on the semiconductor tunnel layer. A cathode metal layer lattice-matched to the concentration anode layer and the semiconductor tunnel layer is formed. The hetero bipolar transistor or the high electron mobility transistor and the semiconductor high concentration anode layer, the semiconductor tunnel layer and the cathode metal layer are mutually separated. An integrated circuit characterized by being electrically isolated.
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CN112564646A (en) * 2019-09-26 2021-03-26 株式会社村田制作所 Unit assembly and power amplifier module

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