JP2630252B2 - トンネルトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
トンネルトランジスタおよびその製造方法Info
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Description
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。
トンネル現象を利用し、通常のSiMOSFETやGa
As MESFETとは動作原理の異なるトランジスタ
としてトンネルトランジスタが提案されている。このデ
バイスについては例えば、植村による特願平6−020
707号明細書に記載されている。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ア
バランシーやトンネル効果を積極的に利用したものであ
り、高集積化を可能にする。この従来のトンネルトラン
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。
造模式図である。この従来のトンネルトランジスタは、
縮退していない基板1と、一導電型を有し縮退している
第1の半導体2と、縮退していない第2の半導体3と、
第1の半導体2と反対の導電型を有する第3の半導体4
と、第2の半導体3上に設けられた第5の半導体6と、
第5の半導体6上に設けられた第6の半導体7と、第6
の半導体7上に設けられたゲート電極8と、第1の半導
体2とオーミック接触を形成するソース電極9と、第3
の半導体4とオーミック接触を形成するドレイン電極1
0とから構成されている。
ついて、基板1に半絶縁性GaAs、第1の半導体2に
n+ −GaAs、第2の半導体3にアンドープGaA
s、第3の半導体4にp+ −GaAs、第5の半導体6
にn+ −GaAs、第7の半導体7にi−Al0.3 Ga
0.7 As、ゲート電極8にAl、ソース電極9にAuG
e、ドレイン電極10にAuZnを用いた例について説
明する。
半導体2,3,4に接しているが、第3の半導体4に接
している部分は完全に空乏化するように第5の半導体6
のキャリア濃度と厚さを適当に選ぶ。このとき、第3の
半導体4と第2の半導体3上に第5の半導体6との間に
バンド間トンネル接合が形成され、その電流電圧特性に
負性抵抗特性が得られる。メサエッチングにより第3の
半導体4がトンネル接合部で先鋭化しているため、電界
集中が生じ、大きなトンネル電流が流れる。第2の半導
体3上の第5の半導体6はチャネルとして作用し、ソー
スの第1の半導体2に接する。ゲート電圧により、第5
の半導体6のキャリア濃度を変化させることで、トンネ
ル電流を変調でき、トランジスタ動作が得られる。
ジスタでは、図からわかるように、メサ上部において、
第3の半導体と第5の半導体との接合ができ、この部分
を通して、バンド間トンネル電流以外の余分な電流が流
れる。この結果、負性抵抗特性におけるバレイ電流が増
加し、そのピーク電流対バレイ電流の比(P/V比)は
減少し、機能素子としての応用が困難になる。
を従来の構造に比べ増加したトンネルトランジスタを提
供することにある。
トランジスタの製造方法を提供することにある。
ジスタは、基板上の一部に、一導電型を有する縮退した
第1の半導体と、縮退していない第2の半導体と、前記
第1の半導体と反対の導電型を有し縮退した第3の半導
体と、縮退していない第4の半導体との積層構造を有
し、少なくとも前記第2の半導体の露出表面に第1の半
導体と同一の導電型を有し、前記第2の半導体よりも禁
止帯幅が同じもしくは狭い材料からなる縮退した第5の
半導体と、前記第5の半導体の層上に前記第5の半導体
よりも禁止帯幅の広い第6の半導体層と、前記第6の半
導体の層上にショットキー接合を有する電極と、前記第
1の半導体と第3の半導体にそれぞれオーミック接合を
形成する一対の電極とを有することを特徴としている。
方法は、基板上に、一導電型を有する縮退した第1の半
導体と、縮退していない第2の半導体と、前記第1の半
導体と反対の導電型を有し縮退した第3の半導体と、縮
退していない第4の半導体とを積層する工程と、ドレイ
ン領域をメサ形状に残し、前記第1の半導体の一部を露
出させる工程と、以上の構造の表面に、チャネル層とな
る第5の半導体を形成する工程と、前記第5の半導体上
に、ゲート絶縁層となる第6の半導体を形成する工程
と、前記第6の半導体上にゲート電極を形成する工程
と、前記露出された第1の半導体上にソース電極を形成
する工程と、前記第3の半導体上に、ドレイン電極を形
成する工程と、を含むことを特徴としている。
る第3の半導体と第5の半導体との間に電流障壁層とな
る第4の半導体を挿入することにより、この間を流れる
リーク電流を減らし、P/V比の増加をはかれる。
に説明する。
る。図1において図2と同じ記号は図2と同等物で同一
機能を果たすものである。
一部に一導電型を有する縮退した第1の半導体2と、縮
退していない第2の半導体3と、第1の半導体2と反対
の導電型を有し縮退した第3の半導体4と、縮退してい
ない第4の半導体5との積層構造を有し、第1,第2,
第3,第4の半導体2,3,4,5の露出表面に、第1
の半導体2と同一の導電型を有し、第2の半導体3より
も禁止帯幅が同じもしくは狭い材料からなる縮退した第
5の半導体6と、第5の半導体6上に第5の半導体6よ
りも禁止帯幅の広い第6の半導体7と、第6の半導体7
上に設けられたゲート電極8と、第1の半導体2とオー
ミック接触を形成するソース電極9と、第3の半導体4
とオーミック接触を形成するドレイン電極10とを有し
ている。
第1の半導体2にn+ −GaAs、第2の半導体3にア
ンドープGaAs、第3の半導体4にp+ −GaAs、
第4の半導体5にアンドープGaAs、第5の半導体6
にn+ −GaAs、第6の半導体7にアンドープAl
0.3 Ga0.7 As、ゲート電極8にAl、ソース電極9
にAuGe、ドレイン電極10にAuZnを用いる。
び第4の半導体2.3,4,5に接しているが、第3の
半導体4に接している部分は完全に空乏化するように第
5の半導体6のキャリア濃度と厚さを適当に選ぶ。この
とき、第3の半導体4と第2の半導体3上の第5の半導
体6との間にバンド間トンネル接合が形成される。メサ
エッチングにより第3の半導体4がトンネル接合部で先
鋭化しているため、電界集中が生じ、大きなトンネル電
流が流れる。第2の半導体3上の第5の半導体6はチャ
ネルとして作用し、ソースの第1の半導体2に接する。
ゲート電圧により、第5の半導体6のキャリア濃度を変
化させることができ、トンネル電流を変調できる。ここ
で、第4の半導体5が第3の半導体4と第5の半導体6
との間に挿入されていることにより、この部分を流れる
電流成分は抑制され、ソース・ドレイン間にはメサ側面
に形成されたバンド間接合を流れる電流成分のみとな
る。この結果、負性抵抗特性を劣化させる要因であるリ
ーク電流が少なくなり、特性が向上する。
は、次のようにして作製する。
装置に導入し、基板上に分子線エピタキシャル法により
第1の半導体2から第4の半導体5として、n+ −Ga
As(1×1019cm-3,300nm)、アンドープG
aAs(200nm)、p+−GaAs(1×1020c
m-3,100nm)、アンドープGaAs(50nm)
を、基板温度520℃で順次成長する。
エッチングによりドレイン領域をメサ形状に残し、第1
の半導体2であるn+ −GaAsの一部を露出させる。
有機洗浄によるクリーニングを行った後、再び試料をM
BE装置に導入し、図5に示すように、形成した構造表
面にチャネル層となる第5の半導体6のn+ −GaAs
(1×1019cm-3,1.2nm)、およびゲート絶縁
層となる第6の半導体7のアンドープAl0.3 Ga0.7
As(40nm)を再成長させる。その後、第6の半導
体7上にAlを蒸着し、ショットキー接合を形成し、ゲ
ート電極とする。
6,第5,第4の半導体7,6,5層をゲート電極8の
形状にエッチングする。
り、AuGeを第1の半導体2のn+ −GaAs上に形
成し、アロイすることでソース電極9とする。最後にリ
フトオフによりドレイン電極10であるAuZnを第3
の半導体4であるp+ −GaAs上に形成し、トンネル
トランジスタの作製を完了する。
バイアス下でゲート電圧に依存した負性抵抗特性を示し
た。従来の構造に比べ、バレイ電流の抑制の結果、P/
V比はおよそ3倍程度増加した。
体、第5の半導体の導電型としてn型、第3の半導体と
してp型のものしか示さなかったが、これらの導電型を
逆にしても同様の動作が得られる。第4の半導体として
はリーク電流を抑制できる層であれば、他の材料でもよ
い。また、第5の半導体をチャネル層とした構造につい
て示したが、第5の半導体として、第2の半導体よりも
その禁止帯幅が広く、かつ第1の半導体と同じ導電型を
示すイオン化不純物を含有した層を用い、第2の半導体
表面にチャネル層が形成される構造のトランジスタに適
用することも可能である。さらに、用いる材料として、
GaAs/AlGaAs系以外にも、SiGe/Si、
Ge/GaAs、InGaAs/InAlAs、GaS
b/AlGaSbなど他の半導体でも本発明が適用でき
ることは明らかである。
より、その負性抵抗特性のP/V比は従来の構造に比
べ、およそ3倍に増加した。
す断面模式図である。
る。
断面模式図である。
断面模式図である。
断面模式図である。
断面模式図である。
断面模式図である。
Claims (5)
- 【請求項1】基板上の一部に、一導電型を有する縮退し
た第1の半導体と、縮退していない第2の半導体と、前
記第1の半導体と反対の導電型を有し縮退した第3の半
導体と、縮退していない第4の半導体との積層構造を有
し、少なくとも前記第2の半導体の露出表面に第1の半
導体と同一の導電型を有し、前記第2の半導体よりも禁
止帯幅が同じもしくは狭い材料からなる縮退した第5の
半導体と、前記第5の半導体の層上に前記第5の半導体
よりも禁止帯幅の広い第6の半導体層と、前記第6の半
導体の層上にショットキー接合を有する電極と、前記第
1の半導体と第3の半導体にそれぞれオーミック接合を
形成する一対の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。 - 【請求項2】基板上の一部に、一導電型を有する縮退し
た第1の半導体と、縮退していない第2の半導体と、前
記第1の半導体と反対の導電型を有し縮退した第3の半
導体と、リーク電流を抑制する層との積層構造を有し、
少なくとも前記第2の半導体の露出表面に第1の半導体
と同一の導電型を有し、前記第2の半導体よりも禁止帯
幅が同じもしくは狭い材料からなる縮退した第5の半導
体と、前記第5の半導体の層上に前記第5の半導体より
も禁止帯幅の広い第6の半導体層と、前記第6の半導体
の層上にショットキー接合を有する電極と、前記第1の
半導体と第3の半導体にそれぞれオーミック接合を形成
する一対の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。 - 【請求項3】前記基板は半絶縁性GaAs、前記第1の
半導体はn+ −GaAs、前記第2の半導体はアンドー
プGaAs、前記第3の半導体はp+ −GaAs、前記
第4の半導体はアンドープGaAs、前記第5の半導体
はn+ −GaAs、前記第6の半導体はアンドープAl
0.3 Ga0.7 Asであ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。 - 【請求項4】基板上に、一導電型を有する縮退した第1
の半導体と、縮退していない第2の半導体と、前記第1
の半導体と反対の導電型を有し縮退した第3の半導体
と、縮退していない第4の半導体とを積層する工程と、 ドレイン領域をメサ形状に残し、前記第1の半導体の一
部を露出させる工程と、 以上の構造の表面に、チャネル層となる第5の半導体を
形成する工程と、 前記第5の半導体上に、ゲート絶縁層となる第6の半導
体を形成する工程と、 前記第6の半導体上にゲート電極を形成する工程と、 前記露出された第1の半導体上にソース電極を形成する
工程と、 前記第3の半導体上に、ドレイン電極を形成する工程
と、を含むことを特徴とするトンネルトランジスタの製
造方法。 - 【請求項5】基板上に、一導電型を有する縮退した第1
の半導体と、縮退していない第2の半導体と、前記第1
の半導体と反対の導電型を有し縮退した第3の半導体
と、リーク電流を抑制する層とを積層する工程と、 ドレイン領域をメサ形状に残し、前記第1の半導体の一
部を露出させる工程と、 以上の構造の表面に、チャネル層となる第5の半導体を
形成する工程と、 前記第5の半導体上に、ゲート絶縁層となる第6の半導
体を形成する工程と、 前記第6の半導体上にゲート電極を形成する工程と、 前記露出された第1の半導体上にソース電極を形成する
工程と、 前記第3の半導体上に、ドレイン電極を形成する工程
と、を含むことを特徴とするトンネルトランジスタの製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8705994A JP2630252B2 (ja) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | トンネルトランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8705994A JP2630252B2 (ja) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | トンネルトランジスタおよびその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH07297408A JPH07297408A (ja) | 1995-11-10 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8705994A Expired - Fee Related JP2630252B2 (ja) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | トンネルトランジスタおよびその製造方法 |
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KR102142155B1 (ko) * | 2014-03-21 | 2020-08-10 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 단일층 플로팅 게이트 비휘발성 메모리 소자 및 제조 방법 |
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1994
- 1994-04-26 JP JP8705994A patent/JP2630252B2/ja not_active Expired - Fee Related
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