JPH0648689B2 - 垂直形バリステイツク・トランジスタ - Google Patents
垂直形バリステイツク・トランジスタInfo
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- JPH0648689B2 JPH0648689B2 JP63059571A JP5957188A JPH0648689B2 JP H0648689 B2 JPH0648689 B2 JP H0648689B2 JP 63059571 A JP63059571 A JP 63059571A JP 5957188 A JP5957188 A JP 5957188A JP H0648689 B2 JPH0648689 B2 JP H0648689B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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- H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
-
- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 この発明は、トランジスタに関するものであり、特に垂
直動作式の多層バリスティック（ＴＨＥＴＡ）トランジ
スタに関するものである。
直動作式の多層バリスティック（ＴＨＥＴＡ）トランジ
スタに関するものである。
Ｂ．従来技術 トランジスタの発明以来、製造業者、研究者および利用
者は、絶えず改良を求めてデイスの寸法を縮小し、動作
速度を増大させてきた。垂直形トランジスタでは、電荷
キャリアが１つの垂直層から隣接する層に移る。このよ
うな垂直形デバイスの速度は、電子等の電荷キャリア
が、デバイスの１つの層から隣接の層へ移動するのに要
する時間に依存する。
者は、絶えず改良を求めてデイスの寸法を縮小し、動作
速度を増大させてきた。垂直形トランジスタでは、電荷
キャリアが１つの垂直層から隣接する層に移る。このよ
うな垂直形デバイスの速度は、電子等の電荷キャリア
が、デバイスの１つの層から隣接の層へ移動するのに要
する時間に依存する。
ある種の半導体化合物、特に第III族と第Ｖ族の元素の
化合物、中でもガリウム砒素化合物は、電子等の電荷キ
ャリアが最小の電子散乱で移動することができる。この
種の電荷の移動を、通常“バリスティック”という。
Ｔ．Ｅ．ベル（Trudy E.Bell）、“バリスティック動作
の探求（The Quest For Ballistic Action）”、ＩＥＥ
Ｅスペクトラム（IEEE Spectrum）、１９８６年２月、
ｐ．３６を参照されたい。
化合物、中でもガリウム砒素化合物は、電子等の電荷キ
ャリアが最小の電子散乱で移動することができる。この
種の電荷の移動を、通常“バリスティック”という。
Ｔ．Ｅ．ベル（Trudy E.Bell）、“バリスティック動作
の探求（The Quest For Ballistic Action）”、ＩＥＥ
Ｅスペクトラム（IEEE Spectrum）、１９８６年２月、
ｐ．３６を参照されたい。
一般に、トランジスタは垂直構造と水平構造に大別され
る。水平構造では、電荷キャリアはソースで発生し、チ
ャネルを介して横方向に、ソースから水平方向にずれた
位置にあるドレインに向かって移動する。チャネルの上
にゲートがある。ゲート上の電圧が、ソースからドレイ
ンへの電荷キャリアの水平移動を制御する。
る。水平構造では、電荷キャリアはソースで発生し、チ
ャネルを介して横方向に、ソースから水平方向にずれた
位置にあるドレインに向かって移動する。チャネルの上
にゲートがある。ゲート上の電圧が、ソースからドレイ
ンへの電荷キャリアの水平移動を制御する。
ガリウム砒素と、アルミニウム・ガリウム砒素から製造
した垂直トランジスタは、バリスティック電子移動を示
すもので、元来この発明の発明者の１人によって提案さ
れたものである。モルデハイ・ヘイブラム（Mordehai H
eiblum）の論文、“トンネル熱電子伝達増幅器（Tunnel
ing Hot Electron Transfer Amplifiers）”、２４ソリ
ッド・ステート・エレクトロニクス（24 Solid State E
lectronics）、１９８１年、ｐ．３４３を参照された
い。この提案以来、垂直形のトンネル熱電子伝達増幅器
ＴＨＥＴＡ（Tunneling Hot Electron Transfer Amplif
ier）が製造され、このようなデバイスでの電子のバリ
スティック・トランスポートが直接観察されるようにな
った。ヘイブラム等の論文、“トンネル熱電子伝達増幅
器、電流ゲインを有する熱電子ＧａＡｓデバイス（Tunn
eling Hot Electron Transfer Amplifier：Ａ Hot-Ele
ctron GaAs Device With Current Gain）”、アプライ
ド・フィジックス・レターズ（Applied Physics Letter
s）、４７、１９８５年１１月、ｐ．１１０５〜１１０
７、ヘイブラム等の論文、“ＧａＡｓ中のバリスティッ
ク・トランスポートの直接観測（Direct Observation o
f Ballistic Transport in GaAs）”、フィジカル・レ
ビュー・オブ・レターズ（Physical Review of Letter
s）、５５、Ｎｏ．２０、１９８５年１１月、ｐ．２２
００〜２２０３を参照されたい。
した垂直トランジスタは、バリスティック電子移動を示
すもので、元来この発明の発明者の１人によって提案さ
れたものである。モルデハイ・ヘイブラム（Mordehai H
eiblum）の論文、“トンネル熱電子伝達増幅器（Tunnel
ing Hot Electron Transfer Amplifiers）”、２４ソリ
ッド・ステート・エレクトロニクス（24 Solid State E
lectronics）、１９８１年、ｐ．３４３を参照された
い。この提案以来、垂直形のトンネル熱電子伝達増幅器
ＴＨＥＴＡ（Tunneling Hot Electron Transfer Amplif
ier）が製造され、このようなデバイスでの電子のバリ
スティック・トランスポートが直接観察されるようにな
った。ヘイブラム等の論文、“トンネル熱電子伝達増幅
器、電流ゲインを有する熱電子ＧａＡｓデバイス（Tunn
eling Hot Electron Transfer Amplifier：Ａ Hot-Ele
ctron GaAs Device With Current Gain）”、アプライ
ド・フィジックス・レターズ（Applied Physics Letter
s）、４７、１９８５年１１月、ｐ．１１０５〜１１０
７、ヘイブラム等の論文、“ＧａＡｓ中のバリスティッ
ク・トランスポートの直接観測（Direct Observation o
f Ballistic Transport in GaAs）”、フィジカル・レ
ビュー・オブ・レターズ（Physical Review of Letter
s）、５５、Ｎｏ．２０、１９８５年１１月、ｐ．２２
００〜２２０３を参照されたい。
Ｃ．発明が解決しようとする問題点 ＴＨＥＴＡデバイスを実用的に製作することは難しい。
ベース電極は非常に薄い層で、エミッタの下に設けられ
る。オーム接点をベースに取り付けると、ベース中に拡
散する。ベース材料は、通常高度にドーピングしたガリ
ウム砒素の層で構成される空気に露出したベース領域
は、空乏層を有する。ベースが非常に薄いため、空乏層
によりベース抵抗が大幅に増大する。これにより、デバ
イスの出力回路と入力回路の間の結合が増大し、周波数
性能が阻害される。ＧａＡｓにオーム接点を形成するに
は、通常金属をＧａＡｓに拡散させるが、これによりベ
ースへかなりの深さまで浸透が生じる。これによって、
ベースとコレクタの短絡を生じ、このためデバイスが動
作しないことがある。比較的浅い接触技術を用いて、こ
の問題を克服しようとする試みが行なわれている。この
ような浅い接点は、必要とされる導体の性能を常に得る
ことができず、また製作が困難である。
ベース電極は非常に薄い層で、エミッタの下に設けられ
る。オーム接点をベースに取り付けると、ベース中に拡
散する。ベース材料は、通常高度にドーピングしたガリ
ウム砒素の層で構成される空気に露出したベース領域
は、空乏層を有する。ベースが非常に薄いため、空乏層
によりベース抵抗が大幅に増大する。これにより、デバ
イスの出力回路と入力回路の間の結合が増大し、周波数
性能が阻害される。ＧａＡｓにオーム接点を形成するに
は、通常金属をＧａＡｓに拡散させるが、これによりベ
ースへかなりの深さまで浸透が生じる。これによって、
ベースとコレクタの短絡を生じ、このためデバイスが動
作しないことがある。比較的浅い接触技術を用いて、こ
の問題を克服しようとする試みが行なわれている。この
ような浅い接点は、必要とされる導体の性能を常に得る
ことができず、また製作が困難である。
したがって、この発明の目的は、従来より容易に製造で
きる垂直形バリスティック・トランジスタを提供するこ
とにある。この発明の他の目的は、エミッタ電極が形成
されるベース層上の薄い層の上に取り付けたオーム接触
性のベース接点を有するトランジスタを提供することに
ある。
きる垂直形バリスティック・トランジスタを提供するこ
とにある。この発明の他の目的は、エミッタ電極が形成
されるベース層上の薄い層の上に取り付けたオーム接触
性のベース接点を有するトランジスタを提供することに
ある。
Ｄ．問題点を解決するための手段 この発明は、垂直動作式多層バリスティック・トランジ
スタ、すなわちＴＨＥＴＡトランジスタを提供するもの
である。このトランジスタを製作する過程で、導電性の
エミッタ材料の層が、ベース電極上に残される。この層
は薄く、電気的キャリアが不足するため、ベースとエミ
ッタ構造の短絡を生じない。ベースのオーム接点は、こ
のエミッタ層上に付着させる。このようなエミッタ層を
設けると、空気に露出された表面領域に通常付随する空
乏領域が事実上持ち上がる。この追加の層は、より厚い
オーム接点をベース内に形成するほどに厚い。この層に
より、ベース層への確実な電気接続が得られる。
スタ、すなわちＴＨＥＴＡトランジスタを提供するもの
である。このトランジスタを製作する過程で、導電性の
エミッタ材料の層が、ベース電極上に残される。この層
は薄く、電気的キャリアが不足するため、ベースとエミ
ッタ構造の短絡を生じない。ベースのオーム接点は、こ
のエミッタ層上に付着させる。このようなエミッタ層を
設けると、空気に露出された表面領域に通常付随する空
乏領域が事実上持ち上がる。この追加の層は、より厚い
オーム接点をベース内に形成するほどに厚い。この層に
より、ベース層への確実な電気接続が得られる。
このような解決方法は、エミッタが通常、導電性である
ため、異例の方法である。したがって、エミッタ層オー
ム接点を付着させると、エミッタ材料を通じてベースの
オーム接点とエミッタの間に直流通路があるように見え
るため、エミッタとベースが短絡すると考えられがちで
ある。しかし、この発明では、空乏化現象はデバイスに
対して有利に作用する。空乏領域は、エミッタ層中に、
ベースのオーム接点とエミッタ接点との間に形成され
る。この領域は、周囲、すなわち空気に露出し、電荷キ
ャリア、すなわち電子が欠乏する。したがって、エミッ
タ層を通る導電路があるように見えるが、空乏化現象の
ためにベースのオーム接点が、エミッタから事実上絶縁
される。
ため、異例の方法である。したがって、エミッタ層オー
ム接点を付着させると、エミッタ材料を通じてベースの
オーム接点とエミッタの間に直流通路があるように見え
るため、エミッタとベースが短絡すると考えられがちで
ある。しかし、この発明では、空乏化現象はデバイスに
対して有利に作用する。空乏領域は、エミッタ層中に、
ベースのオーム接点とエミッタ接点との間に形成され
る。この領域は、周囲、すなわち空気に露出し、電荷キ
ャリア、すなわち電子が欠乏する。したがって、エミッ
タ層を通る導電路があるように見えるが、空乏化現象の
ためにベースのオーム接点が、エミッタから事実上絶縁
される。
この発明のＴＨＥＴＡデバイスは、一般に、ドーピング
したガリウム砒素およびアルミニウム・ガリウム砒素の
層を順次付着させることにより製作する。他の第III族
と第Ｖ族の元素も使用可能である。製作は、分子線エピ
タキシャル装置を用いた層のエピタキシャル付着によっ
て行なう。エミッタ材料の一部は、反応性イオン・エッ
チング等の適当な方法で除去される。必要があれば、エ
ミッタ層上面に、空乏化可能層の厚みを示す深さに、ア
ルミニウム砒素の“ストップ層”を付着させてもよい。
エミッタ層をエッチングして、エミッタ電極を形成させ
る。エッチングは、ストップ層が露出したときに終了す
る。空乏化可能なエミッタ層の深さは、エッチング中に
行なう光学干渉計を用いた測定で決定することができ
る。
したガリウム砒素およびアルミニウム・ガリウム砒素の
層を順次付着させることにより製作する。他の第III族
と第Ｖ族の元素も使用可能である。製作は、分子線エピ
タキシャル装置を用いた層のエピタキシャル付着によっ
て行なう。エミッタ材料の一部は、反応性イオン・エッ
チング等の適当な方法で除去される。必要があれば、エ
ミッタ層上面に、空乏化可能層の厚みを示す深さに、ア
ルミニウム砒素の“ストップ層”を付着させてもよい。
エミッタ層をエッチングして、エミッタ電極を形成させ
る。エッチングは、ストップ層が露出したときに終了す
る。空乏化可能なエミッタ層の深さは、エッチング中に
行なう光学干渉計を用いた測定で決定することができ
る。
ベース上に設けた薄いベース上に設けた薄い過剰の空乏
化可能なエミッタ層上に、十分な厚みのベース金属接点
を付着させる。このベース接点は、この空乏化可能なエ
ミッタ層と合金をつくり、ベース層の一部に浸透する。
周囲の空気（または金属）とガリウム砒素との境界面に
よるキャリアの空乏化は周知の現象であり、ガリウム砒
素層のドーピング濃度に依存する。ベース接点は、エミ
ッタ電極と間隔を置いて形成される。この間隔は、ベー
ス接点とエミッタ電極の間に電荷キャリアが不足する領
域を形成するのに十分なものである。エミッタ層は、空
乏化領域の垂直境界面の相対的深さを有効に持ち上げ
る。したがって、ベース電極中の空乏化が、ベース電流
を遮断するほどベース電極中に拡張することはない。
化可能なエミッタ層上に、十分な厚みのベース金属接点
を付着させる。このベース接点は、この空乏化可能なエ
ミッタ層と合金をつくり、ベース層の一部に浸透する。
周囲の空気（または金属）とガリウム砒素との境界面に
よるキャリアの空乏化は周知の現象であり、ガリウム砒
素層のドーピング濃度に依存する。ベース接点は、エミ
ッタ電極と間隔を置いて形成される。この間隔は、ベー
ス接点とエミッタ電極の間に電荷キャリアが不足する領
域を形成するのに十分なものである。エミッタ層は、空
乏化領域の垂直境界面の相対的深さを有効に持ち上げ
る。したがって、ベース電極中の空乏化が、ベース電流
を遮断するほどベース電極中に拡張することはない。
このように、この発明によれば、十分な厚みのベース接
点を用いて、ベース電極との確実な電気的接続を得るこ
とができる。
点を用いて、ベース電極との確実な電気的接続を得るこ
とができる。
Ｅ．実施例 従来技術の垂直バリスティック・トランジスタ５を第２
図に示す。ｎ＋型にドーピングしたガリウム砒素（Ｇａ
Ａｓ）のエミッタ電極１０を、ドーピングしないアルミ
ニウム・ガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）を含むエミッタ
・トンネル・バリア１１に付着させる。エミッタ電極１
０の厚みは通常２０００オングストローム、エミッタ・
トンネル・バリア１１の厚みは通常１００オングストロ
ームである。トンネル・バリア１１の下にはｎ＋型にド
ーピングしたガリウム砒素のベース電極１２がある。こ
のようなベースは厚みが公称１０００オングストローム
以下である。このベースの下には、ドーピングしないア
ルミニウム・ガリウム砒素のコレクタ・トンネル・バリ
ア１３があり、その厚みも約１０００オングストローム
である。デバイスの最も下の層は、ｎ＋型の（１００）
の結晶配向のＧａＡｓ基板上に付着させた適当な厚み、
たとえば１０，０００オングストロームのｎ＋型にドー
ピングしたガリウム砒素のコレクタ１４である。
図に示す。ｎ＋型にドーピングしたガリウム砒素（Ｇａ
Ａｓ）のエミッタ電極１０を、ドーピングしないアルミ
ニウム・ガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）を含むエミッタ
・トンネル・バリア１１に付着させる。エミッタ電極１
０の厚みは通常２０００オングストローム、エミッタ・
トンネル・バリア１１の厚みは通常１００オングストロ
ームである。トンネル・バリア１１の下にはｎ＋型にド
ーピングしたガリウム砒素のベース電極１２がある。こ
のようなベースは厚みが公称１０００オングストローム
以下である。このベースの下には、ドーピングしないア
ルミニウム・ガリウム砒素のコレクタ・トンネル・バリ
ア１３があり、その厚みも約１０００オングストローム
である。デバイスの最も下の層は、ｎ＋型の（１００）
の結晶配向のＧａＡｓ基板上に付着させた適当な厚み、
たとえば１０，０００オングストロームのｎ＋型にドー
ピングしたガリウム砒素のコレクタ１４である。
合金エミッタ接点１７をエミッタ電極１０に付着させ、
周知のように拡散させる。比較的浅い合金ベース接点１
６をベース１２に付着させる。コレクタ接点１５は、コ
レクタ１４に付着させる。
周知のように拡散させる。比較的浅い合金ベース接点１
６をベース１２に付着させる。コレクタ接点１５は、コ
レクタ１４に付着させる。
エミッタ１０とベース１２の間にトンネル・バリア１１
を形成させるアルミニウム・ガリウム砒素は比較的薄
く、エミッタ１０またはベース１２の厚みの約１０％し
かない。しかし、アルミニウム・ガリウム砒素合金の電
子バンド・ギャップは、その両側のちらのガリウム砒素
層よりも著しく高い。すなわち、価電子を伝導帯に引き
上げるのに必要なエネルギーの量は、エミッタ１０また
はベース１２中よりも、エミッタ・トンネル・バリア層
１１中のほうが著しく高い。実際に、エミッタ・トンネ
ル・バリア１１は、いわゆる電子の発射装置として働
く。
を形成させるアルミニウム・ガリウム砒素は比較的薄
く、エミッタ１０またはベース１２の厚みの約１０％し
かない。しかし、アルミニウム・ガリウム砒素合金の電
子バンド・ギャップは、その両側のちらのガリウム砒素
層よりも著しく高い。すなわち、価電子を伝導帯に引き
上げるのに必要なエネルギーの量は、エミッタ１０また
はベース１２中よりも、エミッタ・トンネル・バリア層
１１中のほうが著しく高い。実際に、エミッタ・トンネ
ル・バリア１１は、いわゆる電子の発射装置として働
く。
トランジスタ５で、電荷のキャリアは電子である。エミ
ッタ接点１７を介してエミッタ１０に適当な電圧を印加
すると、エミッタ１０の電子のポテンシャルが上昇す
る。電子のポテンシャルがバリア層１１の伝導レベルを
超えると、電子はバリア層１１を通ってトンネル現象が
始まり、ベース１２へ移動する。ベース１２に達する電
子は、ベース１２中の値電子よりもポテンシャル・エネ
ルギーがはるかに高い。すなわち、トンネル・バリアか
らの電子は、いわゆるバリスティック状態で移動する。
換言すれば、電子はベース１２を構成する原子からの妨
害を全く、またはわずかしか受けずに、ベース中を通過
する。
ッタ接点１７を介してエミッタ１０に適当な電圧を印加
すると、エミッタ１０の電子のポテンシャルが上昇す
る。電子のポテンシャルがバリア層１１の伝導レベルを
超えると、電子はバリア層１１を通ってトンネル現象が
始まり、ベース１２へ移動する。ベース１２に達する電
子は、ベース１２中の値電子よりもポテンシャル・エネ
ルギーがはるかに高い。すなわち、トンネル・バリアか
らの電子は、いわゆるバリスティック状態で移動する。
換言すれば、電子はベース１２を構成する原子からの妨
害を全く、またはわずかしか受けずに、ベース中を通過
する。
動作時には、エミッタ１０からの十分なエネルギーを持
つバリスティック電子は、中間層１１ないし１３を通過
して、コレクタ１４に到達する。すべての電子が完全に
通過する必要はなく、望ましくもない。エミッタ・コレ
クタ電流を制御できることが、トランジスタの動作にと
って重要である。ベース１２はこのような制御を可能に
する。
つバリスティック電子は、中間層１１ないし１３を通過
して、コレクタ１４に到達する。すべての電子が完全に
通過する必要はなく、望ましくもない。エミッタ・コレ
クタ電流を制御できることが、トランジスタの動作にと
って重要である。ベース１２はこのような制御を可能に
する。
エミッタ１０を離れたが、コレクタ１４に到達できなか
った電子は、ベース１２中に蓄積する。これらの電子を
除去しなければ、エミッタ１０とコレクタ１４の間のポ
テンシャル障壁が増大し、バリスティック動作は終了す
る。したがって、ベース１２の抵は、比較的低いことが
望ましい。このように、ベース１２に印加した電圧は、
エミッタ１０を離れた電子が遭遇するポテンシャル障壁
を上昇、低下または変化させるのに用いられる。
った電子は、ベース１２中に蓄積する。これらの電子を
除去しなければ、エミッタ１０とコレクタ１４の間のポ
テンシャル障壁が増大し、バリスティック動作は終了す
る。したがって、ベース１２の抵は、比較的低いことが
望ましい。このように、ベース１２に印加した電圧は、
エミッタ１０を離れた電子が遭遇するポテンシャル障壁
を上昇、低下または変化させるのに用いられる。
第２図の従来技術のデバイス５は、ベース抵抗が高いこ
と、オーム接触が不完全なことの２つの問題がある。ベ
ース抵抗は、ベースのオーム接点１６とエミッタ１０の
間に延びる空乏領域２０のため、非常に高くなる。この
ような空乏領域は、隣接する異なる材料層の間の境界に
生じる自然現象である。第２図のデバイスの場合、周囲
の空気１８と、空気１８に露出するベース１２の表面１
９との境界面で、ベース１２の露出面の下の領域２０の
電荷キャリアを不足させる。このような空乏化により、
ベースの抵抗が増大する。ベース抵抗が増大すると、上
述のようにバリスティック移動に悪影響を与える。
と、オーム接触が不完全なことの２つの問題がある。ベ
ース抵抗は、ベースのオーム接点１６とエミッタ１０の
間に延びる空乏領域２０のため、非常に高くなる。この
ような空乏領域は、隣接する異なる材料層の間の境界に
生じる自然現象である。第２図のデバイスの場合、周囲
の空気１８と、空気１８に露出するベース１２の表面１
９との境界面で、ベース１２の露出面の下の領域２０の
電荷キャリアを不足させる。このような空乏化により、
ベースの抵抗が増大する。ベース抵抗が増大すると、上
述のようにバリスティック移動に悪影響を与える。
ベース１２の厚みが１０００オングストローム以下であ
るため、ベース１２の上に浅いベース・オーム接点１６
を正しく付着させることは難しい。接点１６が深過ぎる
と、ベース１２とコレクタ１４の短絡を生じることがあ
る。ベース１２の厚みを増大しても、いずれの問題の解
決にもならず、かえって、ベースの抵抗は増大し、ベー
ス１２を通過するバリスティック電子の数は減少する。
るため、ベース１２の上に浅いベース・オーム接点１６
を正しく付着させることは難しい。接点１６が深過ぎる
と、ベース１２とコレクタ１４の短絡を生じることがあ
る。ベース１２の厚みを増大しても、いずれの問題の解
決にもならず、かえって、ベースの抵抗は増大し、ベー
ス１２を通過するバリスティック電子の数は減少する。
第１図に示すこの発明のトランジスタ５０は、第２図の
従来技術のトランジスタ５に付随する問題を克服するも
のである。垂直形トランジスタは、破線で示したエミッ
タ１００を有する。エミッタ１００は、ストップ層１０
２上に付着させた上部エミッタ層１０３と合金を形成す
るオーム接点１５０を含む。ストップ層１０２は、キャ
リアの空乏化可能エミッタ層１０１の上面を示す。層１
０１の破線１００内の部分１０４により、エミッタ１０
０が完成する。空乏化可能エミッタ層１０１は、上部エ
ミッタ層１０３の下にある。エミッタ・トンネル・バリ
ア１１０は、エミッタ１００と空乏化可能エミッタ層１
０１とを、ベース電極１２０から分離する。ベース１２
０の下に、コレクタ・トンネル・バリア１３０がコレク
タ１４０上に形成されている。金属のベース接点１６０
は、キャリアの空乏化可能エミッタ層１０１の上に、エ
ミッタ電極１００から離れて付着させる。コレクタの金
属接点１７０は、コレクタ１４０上に付着させる。
従来技術のトランジスタ５に付随する問題を克服するも
のである。垂直形トランジスタは、破線で示したエミッ
タ１００を有する。エミッタ１００は、ストップ層１０
２上に付着させた上部エミッタ層１０３と合金を形成す
るオーム接点１５０を含む。ストップ層１０２は、キャ
リアの空乏化可能エミッタ層１０１の上面を示す。層１
０１の破線１００内の部分１０４により、エミッタ１０
０が完成する。空乏化可能エミッタ層１０１は、上部エ
ミッタ層１０３の下にある。エミッタ・トンネル・バリ
ア１１０は、エミッタ１００と空乏化可能エミッタ層１
０１とを、ベース電極１２０から分離する。ベース１２
０の下に、コレクタ・トンネル・バリア１３０がコレク
タ１４０上に形成されている。金属のベース接点１６０
は、キャリアの空乏化可能エミッタ層１０１の上に、エ
ミッタ電極１００から離れて付着させる。コレクタの金
属接点１７０は、コレクタ１４０上に付着させる。
上記のデバイスは、適当な順次分子線エピタキシャル付
着法で、または低圧化学蒸着法を含めた、他の適当な方
法で製作される。コレクタ１４０、ベース１２０、上部
エミッタ層すなわち電極１０３、および空乏化可能エミ
ッタ層１０１はすべて、ｎ＋型にドーピングしたガリウ
ム砒素を含む。空乏化可能エミッタ層１０１の厚みは約
５００オングストロームで、４×１０17cm-3の濃度にド
ーピングされている。エミッタ１０３、ベース１２０お
よびコレクタ電極１４０もｎ＋型で、１×１０18cm-3の
濃度にドーピングされている。エミッタ・トンネル・バ
リア１１０とコレクタ・トンネル・バリア１３０は、ド
ーピングしないアルミニウム・ガリウム砒素を含む。ア
ルミニウム砒素のストップ層１０２は、たとえば２０オ
ングストロームの公称厚みを有し、エミッタ・トンネル
・バリアの厚みは１００オングストローム、コレクタ・
トンネル・バリアの厚みは１０００オングストロームで
ある。
着法で、または低圧化学蒸着法を含めた、他の適当な方
法で製作される。コレクタ１４０、ベース１２０、上部
エミッタ層すなわち電極１０３、および空乏化可能エミ
ッタ層１０１はすべて、ｎ＋型にドーピングしたガリウ
ム砒素を含む。空乏化可能エミッタ層１０１の厚みは約
５００オングストロームで、４×１０17cm-3の濃度にド
ーピングされている。エミッタ１０３、ベース１２０お
よびコレクタ電極１４０もｎ＋型で、１×１０18cm-3の
濃度にドーピングされている。エミッタ・トンネル・バ
リア１１０とコレクタ・トンネル・バリア１３０は、ド
ーピングしないアルミニウム・ガリウム砒素を含む。ア
ルミニウム砒素のストップ層１０２は、たとえば２０オ
ングストロームの公称厚みを有し、エミッタ・トンネル
・バリアの厚みは１００オングストローム、コレクタ・
トンネル・バリアの厚みは１０００オングストロームで
ある。
ベース接点１６０はエミッタ１００から水平方向に離し
て、空乏化可能エミッタ層１０１上に付着させる。ベー
ス金属接点は、空乏化可能エミッタ層１０１中に、ベー
ス電極１２０に接触するのに十分な深さにまで合金化ま
たは拡散する。層１０１の厚みは、空乏領域２００の深
さ１９０が、ベース接点１６０とエミッタ１００との間
の領域２００に事実上電流路が形成されないだけの厚み
になるようなものとする。空乏層２００の深さ１９０
は、層１０１のドーピング濃度に依存する。たとえば４
×１０17cm-3の濃度にドーピングした場合、層１０１の
厚みは約５００オングストロームとする。このようにし
て、空乏層２００は（第２図の空乏領域２０と比較し
て）ベース１２０から事実上持ち上がって、ベース接点
１６０をエミッタ１００から電気的に分離する働きをす
る。
て、空乏化可能エミッタ層１０１上に付着させる。ベー
ス金属接点は、空乏化可能エミッタ層１０１中に、ベー
ス電極１２０に接触するのに十分な深さにまで合金化ま
たは拡散する。層１０１の厚みは、空乏領域２００の深
さ１９０が、ベース接点１６０とエミッタ１００との間
の領域２００に事実上電流路が形成されないだけの厚み
になるようなものとする。空乏層２００の深さ１９０
は、層１０１のドーピング濃度に依存する。たとえば４
×１０17cm-3の濃度にドーピングした場合、層１０１の
厚みは約５００オングストロームとする。このようにし
て、空乏層２００は（第２図の空乏領域２０と比較し
て）ベース１２０から事実上持ち上がって、ベース接点
１６０をエミッタ１００から電気的に分離する働きをす
る。
上述のように、空乏化可能エミッタ層１０１は、通常導
電性材料で構成された層である。したがって、ベース接
点１６０とベース１２０は、層１０１を介してエミッタ
接点１５０に電気的に接続すると考えられがちである。
このような接続が生じると、ベース接点１６０とエミッ
タ１００との間が短絡する。
電性材料で構成された層である。したがって、ベース接
点１６０とベース１２０は、層１０１を介してエミッタ
接点１５０に電気的に接続すると考えられがちである。
このような接続が生じると、ベース接点１６０とエミッ
タ１００との間が短絡する。
しかし、この例では、空乏化現象はこの発明に対して有
利に働き、このような回路を防止する。電荷キャリアす
なわち電子は、領域２００から除去される。接点１６０
とエミッタ１００の間の領域２００中に電荷キャリアが
無いため、ベース接点１６０はエミッタ１００から事実
上、電気的に絶縁される。したがって、通常なら導電性
の空乏化可能エミッタ層１０１を介して生じると考えら
れる短絡はない。
利に働き、このような回路を防止する。電荷キャリアす
なわち電子は、領域２００から除去される。接点１６０
とエミッタ１００の間の領域２００中に電荷キャリアが
無いため、ベース接点１６０はエミッタ１００から事実
上、電気的に絶縁される。したがって、通常なら導電性
の空乏化可能エミッタ層１０１を介して生じると考えら
れる短絡はない。
接点１６０に付随する空乏領域２００により、接点１６
０の浸透は、ベース１６０とコレクタ１４０の短絡を防
止するのに十分なほど浅く保つことができる。
０の浸透は、ベース１６０とコレクタ１４０の短絡を防
止するのに十分なほど浅く保つことができる。
デバイス５０の製作の際、上部エミッタ層を付着させ、
エッチングして電極１０３および層１０１を形成させる
ことにより、層１０１の深さを注意深く制御することが
できる。残留するエミッタ空乏化可能層１０１の厚み
は、エッチングの間干渉計を用いて測定し、層１０１が
所定の適当な深さに達したときに、エッチングを停止さ
せることができる。デバイス製作の助けとして、エミッ
タ層１０１の上に、厚み２０オングストロームのアルミ
ニウム砒素の比較的薄いストップ層１０２を形成させる
ことができる。したがって、ストップ層１０２が露出す
ると、エッチングを終了することができる。このような
ストップ層１０２は非常に薄いため、層１０１の直列抵
抗はわずかに増大するだけとなる。アルミニウム砒素
は、０．３ｅＶ未満の低い電子バリアを有する。
エッチングして電極１０３および層１０１を形成させる
ことにより、層１０１の深さを注意深く制御することが
できる。残留するエミッタ空乏化可能層１０１の厚み
は、エッチングの間干渉計を用いて測定し、層１０１が
所定の適当な深さに達したときに、エッチングを停止さ
せることができる。デバイス製作の助けとして、エミッ
タ層１０１の上に、厚み２０オングストロームのアルミ
ニウム砒素の比較的薄いストップ層１０２を形成させる
ことができる。したがって、ストップ層１０２が露出す
ると、エッチングを終了することができる。このような
ストップ層１０２は非常に薄いため、層１０１の直列抵
抗はわずかに増大するだけとなる。アルミニウム砒素
は、０．３ｅＶ未満の低い電子バリアを有する。
上記のバリスティック・トランジスタ・デバイスは、ガ
リウム砒素およびアルミニウム・ガリウム砒素を使用し
たものについて説明を行なったが、第III族および第Ｖ
族に属する他の元素も、このような垂直形バリスティッ
ク・デバイスの形成に有用である。また、各層の厚み
も、ドーピングした層のドーピング濃度と、空乏領域の
必要な深さにある程度依存する。
リウム砒素およびアルミニウム・ガリウム砒素を使用し
たものについて説明を行なったが、第III族および第Ｖ
族に属する他の元素も、このような垂直形バリスティッ
ク・デバイスの形成に有用である。また、各層の厚み
も、ドーピングした層のドーピング濃度と、空乏領域の
必要な深さにある程度依存する。
Ｆ．発明の効果 上に述べたように、この発明によれば、垂直形バリステ
ィック・トランジスタが与えられる。確実な厚みのベー
ス金属接点が、キャリアの空乏化可能層の上に付着し、
ベース中に拡散する。空乏領域は、空乏化可能エミッタ
層中に形成される。空乏領域は、ベース接点をエミッタ
から電気的に絶縁する。空乏化可能層の厚みにより、ベ
ース電流を遮断する傾向のある通常の空乏領域の発生が
防止される。
ィック・トランジスタが与えられる。確実な厚みのベー
ス金属接点が、キャリアの空乏化可能層の上に付着し、
ベース中に拡散する。空乏領域は、空乏化可能エミッタ
層中に形成される。空乏領域は、ベース接点をエミッタ
から電気的に絶縁する。空乏化可能層の厚みにより、ベ
ース電流を遮断する傾向のある通常の空乏領域の発生が
防止される。
第１図は、この発明のトランジスタの断面図、第２図
は、従来技術のバリスティック・トランジスタの断面図
である。 １００……エミッタ、１０１……空乏化可能エミッタ
層、１１０……エミッタ・トンネル・バリア、１２０…
…ベース、１３０……コレクタ・トンネル・バリア、１
４０……コレクタ、２００……空乏領域。
は、従来技術のバリスティック・トランジスタの断面図
である。 １００……エミッタ、１０１……空乏化可能エミッタ
層、１１０……エミッタ・トンネル・バリア、１２０…
…ベース、１３０……コレクタ・トンネル・バリア、１
４０……コレクタ、２００……空乏領域。
Claims (1)
- 【請求項１】空乏化可能エミッタ層（１０１）であっ
て、当該エミッタ層から伸びるエミッタ電極層（１０
０）を具備するものと、 ベース電極層（１２０）と、 上記エミッタ層と上記ベース電極層との間に配置された
第一のトンネル・バリア（１１０）と、 コレクタ電極層（１４０）と、 上記コレクタ電極層と上記ベース電極層との間に配置さ
れた第二のトンネル・バリア（１３０）と、 上記エミッタ層上に形成され、かつ上記エミッタ電極層
から離間して設けられたオーム接触部（１６０）であっ
て、上記エミッタ層を通じて上記ベース電極層に電気的
に接続されるものと、 上記エミッタ層に設けられ、上記エミッタ電極層を上記
オーム接触部と絶縁する空乏領域（２００）とを有し、 上記エミッタ層は、上記オーム接触部を上記第２のトン
ネル・バリアから絶縁するのに十分な厚さを有するよう
にした、 垂直形バリスティック・トランジスタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US43066 | 1987-04-27 | ||
| US07/043,066 US4833517A (en) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Theta device with improved base contact |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63268277A JPS63268277A (ja) | 1988-11-04 |
| JPH0648689B2 true JPH0648689B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=21925296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63059571A Expired - Fee Related JPH0648689B2 (ja) | 1987-04-27 | 1988-03-15 | 垂直形バリステイツク・トランジスタ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4833517A (ja) |
| EP (1) | EP0288712B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0648689B2 (ja) |
| CA (1) | CA1271266A (ja) |
| DE (1) | DE3866935D1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4973858A (en) * | 1986-07-18 | 1990-11-27 | Ibm Corporation | Resonant tunneling semiconductor devices |
| US5359257A (en) * | 1990-12-03 | 1994-10-25 | Bunch Kyle J | Ballistic electron, solid state cathode |
| US9024297B2 (en) | 2010-09-17 | 2015-05-05 | The Governors Of The University Of Alberta | Two- and three-terminal molecular electronic devices with ballistic electron transport |
| US9805935B2 (en) | 2015-12-31 | 2017-10-31 | International Business Machines Corporation | Bottom source/drain silicidation for vertical field-effect transistor (FET) |
| US10002962B2 (en) | 2016-04-27 | 2018-06-19 | International Business Machines Corporation | Vertical FET structure |
| US9812567B1 (en) | 2016-05-05 | 2017-11-07 | International Business Machines Corporation | Precise control of vertical transistor gate length |
| US9653575B1 (en) | 2016-05-09 | 2017-05-16 | International Business Machines Corporation | Vertical transistor with a body contact for back-biasing |
| US9645082B1 (en) | 2016-05-20 | 2017-05-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Ballistic carrier spectral sensor |
| US9842931B1 (en) | 2016-06-09 | 2017-12-12 | International Business Machines Corporation | Self-aligned shallow trench isolation and doping for vertical fin transistors |
| US9853127B1 (en) | 2016-06-22 | 2017-12-26 | International Business Machines Corporation | Silicidation of bottom source/drain sheet using pinch-off sacrificial spacer process |
| US10217863B2 (en) | 2016-06-28 | 2019-02-26 | International Business Machines Corporation | Fabrication of a vertical fin field effect transistor with an asymmetric gate structure |
| US10243073B2 (en) | 2016-08-19 | 2019-03-26 | International Business Machines Corporation | Vertical channel field-effect transistor (FET) process compatible long channel transistors |
| US9704990B1 (en) | 2016-09-19 | 2017-07-11 | International Business Machines Corporation | Vertical FET with strained channel |
| US10312346B2 (en) | 2016-10-19 | 2019-06-04 | International Business Machines Corporation | Vertical transistor with variable gate length |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4586071A (en) * | 1984-05-11 | 1986-04-29 | International Business Machines Corporation | Heterostructure bipolar transistor |
| US4691215A (en) * | 1985-01-09 | 1987-09-01 | American Telephone And Telegraph Company | Hot electron unipolar transistor with two-dimensional degenerate electron gas base with continuously graded composition compound emitter |
| JPH06119167A (ja) * | 1992-10-06 | 1994-04-28 | Nec Corp | ディジタル信号処理回路 |
-
1987
- 1987-04-27 US US07/043,066 patent/US4833517A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-03-08 CA CA000560862A patent/CA1271266A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-15 JP JP63059571A patent/JPH0648689B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-15 EP EP88104097A patent/EP0288712B1/en not_active Expired
- 1988-03-15 DE DE8888104097T patent/DE3866935D1/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63268277A (ja) | 1988-11-04 |
| CA1271266A (en) | 1990-07-03 |
| EP0288712B1 (en) | 1991-12-18 |
| EP0288712A1 (en) | 1988-11-02 |
| DE3866935D1 (de) | 1992-01-30 |
| US4833517A (en) | 1989-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |