JPS6329836B2 - - Google Patents

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JPS6329836B2
JPS6329836B2 JP3668580A JP3668580A JPS6329836B2 JP S6329836 B2 JPS6329836 B2 JP S6329836B2 JP 3668580 A JP3668580 A JP 3668580A JP 3668580 A JP3668580 A JP 3668580A JP S6329836 B2 JPS6329836 B2 JP S6329836B2
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JP
Japan
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region
type semiconductor
semiconductor region
gate
type
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JP3668580A
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Japanese (ja)
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JPS56133874A (en
Inventor
Junichi Nishizawa
Tadahiro Oomi
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Individual
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Publication of JPS6329836B2 publication Critical patent/JPS6329836B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/432Heterojunction gate for field effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シヨツトキ接合を注入電極として備
えたトンネル注入トランジスタとそれを用いた集
積回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a tunnel injection transistor having a shotgun junction as an injection electrode and an integrated circuit using the same.

シヨツトキ接合がこれまでトランジスタに用い
られたのは、電界効果トランジスタ(FET)の
制御電極であるゲートやドレインに対してであ
る。キヤリアを供給するエミツタやソースに使わ
れたことはない。エミツタやソースに使うと通常
の動作では逆バイアス方向となつて、キヤリアの
注入が行えないからである。
Until now, Schottky junctions have been used in transistors for the gate and drain control electrodes of field-effect transistors (FETs). It has never been used for emitters or sources that supply carriers. This is because if used as an emitter or source, the bias will be reversed in normal operation and carrier injection cannot be performed.

本願発明者等は、先にシヨツトキ接合をキヤリ
ア供給領域に用いて動作する新しいトランジスタ
を提案した(特開昭56−76574号):シヨツトキ注
入電極型半導体装置)。ここで、その基本的な構
造と動作原理を述べておく。第1図は、金属n型
半導体シヨツトキ接合近傍のバンドダイアグラム
である。11はn型半導体、12は伝導帯の端
部、13は充満帯の端部、14はフエルミレベ
ル、15は金属である。Bは障壁高さ、εCは伝導
帯端エネルギ、εFはフエルミレベルである。領域
11の不純物密度をNDとする空乏層幅Wは、 で与えられる。通常用いられるシヨツトキ接合の
Bは、金属側の電子がバリアを越えて半導体側
に注入されることのない程度には高くなされてい
る。また、Bの大きさは金属と半導体の種類に
よつて殆んどきまつてしまい、制御電極により制
御することはできない。シヨツトキ接合をエミツ
タにしたシヨツトキ接合トランジスタの断面構造
の例を第2図に示す。n+領域21は、コレクタ
領域(あるいはドレイン領域と呼んでもよい)、
n領域22はチヤンネル、p+領域23はゲート
領域、24はシヨツトキ接合を形成する金属電
極、21′,23′はそれぞれコレクタ電極、ゲー
ト電極である。26は、半導体かSiであれば、
SiO2,Si3N4,Al2O3,AlN等の絶縁物もしくは
これらの複合絶縁物であり、GaAsであれば
Si3N4,Al2O3,AlN,GaOxNg等もしくはこれ
らの複合絶縁物である。第2図X−X′線に沿う、
エミツタからコレクタまでの電位分布を第3図に
示す。コレクタには所定の正電圧Vaが加えられ
ている。第3図aはゲート電圧Vg=0の場合に
第3図bはゲート電圧Vg>0の場合である。Vg
=0の場合には、たとえば正電圧をコレクタに加
えても、シヨツトキ接合が逆バイアスであるか
ら、電流は流れない。この状態で、ゲートに所定
の正電圧を加えると、p+ゲート領域からホール
が注入される。注入されたホールは、第3図で書
かれた電位分布の最も高い部分、すなわちシヨツ
トキエミツタ直前に流れ込む。ホールはすぐには
金属電極には流れ出さないから、シヨツトキエミ
ツタ直前に留まることになる。シヨツトキエミツ
タ近傍のホール密度をPとすると、空乏層幅は、
近似的に で与えられるようになり、次第に狭くなる。コレ
クタ電圧Vaが加えられているから、実際のWの
値は少し違うし、当然ホール密度Pも空間的に分
布するから、式(2)より複雑な式でWは現わされる
わけであるが、近似的には式(2)で考えて行つて
も、基本的に間違うことはない。いずれにしても
電位の高い所があればホールが流れ込んで行くわ
けである。ホールがある程度注入された状態の電
位分布は、第3図bのようになる。すなわち、電
位障壁幅が狭くなつているわけである。Bの大
きさにもよることではあるが、この電位障壁幅が
数100Åより狭くなれば、金属から半導体に向つ
て電子がトンネルで抜けるようになり、コレクタ
に流れ込む。すなわち、電流が流れるようになる
わけである。このトランジスタでは、電位障壁の
高さではなくその幅がゲートにより制御されて、
シヨツトキエミツタ領域の電子がトンネルにより
チヤンネルに注入されるわけである。このトラン
ジスタを、その構造からSchottky Emitter
Transistor(SET)あるいはSchottky Source
Transistor(SST)と呼んでもよいし、動作原理
からInjected Carrier Induced Tunnel
Injection Transistor(TIT)と呼んでもよい。
ここでは、一応TITと呼ぶことにする。
The inventors of the present application previously proposed a new transistor that operates using a shotgun junction in the carrier supply region (Japanese Patent Application Laid-open No. 76574/1983: shotki injection electrode type semiconductor device). Here, we will explain its basic structure and operating principle. FIG. 1 is a band diagram near a metal n-type semiconductor shottock junction. 11 is an n-type semiconductor, 12 is an end of a conduction band, 13 is an end of a charging band, 14 is a Fermi level, and 15 is a metal. B is the barrier height, ε C is the conduction band edge energy, and ε F is the Fermi level. The depletion layer width W, where the impurity density of the region 11 is N D , is is given by The commonly used shotgun joint
B is set high enough to prevent electrons from the metal side from crossing the barrier and being injected into the semiconductor side. Furthermore, the magnitude of B is mostly determined by the type of metal and semiconductor, and cannot be controlled by a control electrode. FIG. 2 shows an example of the cross-sectional structure of a shottock junction transistor having a shottock junction as an emitter. The n + region 21 is a collector region (or may also be called a drain region),
The n region 22 is a channel, the p + region 23 is a gate region, 24 is a metal electrode forming a shot junction, and 21' and 23' are a collector electrode and a gate electrode, respectively. If 26 is a semiconductor or Si, then
Insulators such as SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, etc. or composite insulators of these, and GaAs
These are Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, GaOxNg, etc., or composite insulators thereof. Along the line X-X' in Figure 2,
Figure 3 shows the potential distribution from the emitter to the collector. A predetermined positive voltage Va is applied to the collector. FIG. 3a shows the case when the gate voltage Vg=0, and FIG. 3b shows the case when the gate voltage Vg>0. Vg
If =0, for example, even if a positive voltage is applied to the collector, no current will flow because the Schottky junction is reverse biased. In this state, when a predetermined positive voltage is applied to the gate, holes are injected from the p + gate region. The injected holes flow into the highest part of the potential distribution shown in FIG. 3, that is, just before the shotgun emitter. Since the holes do not immediately flow out to the metal electrode, they remain just in front of the shotgun emitter. If the hole density near the emitter is P, the depletion layer width is
approximately It gradually becomes narrower. Since the collector voltage Va is applied, the actual value of W will be slightly different, and of course the hole density P will also be spatially distributed, so W can be expressed by a more complicated expression than Equation (2). However, there is basically no error even if you use equation (2) as an approximation. In any case, if there is a place with a high potential, holes will flow into it. The potential distribution in a state where some holes have been injected is as shown in FIG. 3b. In other words, the potential barrier width is becoming narrower. Although it depends on the size of B , if this potential barrier width becomes narrower than several hundred angstroms, electrons will tunnel from the metal to the semiconductor and flow into the collector. In other words, current begins to flow. In this transistor, the width rather than the height of the potential barrier is controlled by the gate,
Electrons in the shotgun emitter region are injected into the channel by tunneling. This transistor can be called a Schottky Emitter due to its structure.
Transistor (SET) or Schottky Source
It can also be called Transistor (SST), and from the principle of operation it can be called Injected Carrier Induced Tunnel.
It may also be called an injection transistor (TIT).
Here, we will call it TIT.

導通状態にあるときのTITを遮断するには、
Vgを零に戻せばよい。チヤンネルに入り込んで
いたホールの一部はシヨツトキ接合界面での再結
合で消滅し、残りはP+ゲート領域に吸収される。
P+ゲート領域へのホールの吸収を速く起すため
には、P+ゲート間隔は広すぎない方がよい。た
とえば、零ゲートバイアス状態で、P+ゲート領
域とnチヤンネル領域の拡散電位で、P+ゲート
領域からn側に延びる空乏層が略々、チヤンネル
中央でつながる程度あるいはより完全につながる
程度がよい。P+ゲート間隔を2aとすれば、 N(2a)21×108cm-1 程度ということになろう。空乏層が完全につなが
るようであれば、ホールのP+ゲート領域への戻
りが速く、高速の動作が行えることになる。もち
ろん、動作速度がそれ程速くなくてもよいときに
は、ゲート間隔はもつと広くてもよい。TITは、
シヨツトキ接合により遮断が実現されているか
ら、ゲート間隔を広くしたからといつて、遮断特
性が劣化するわけではない。TITにおいて、導
通時にチヤンネルに注入された電子の一部がP+
ゲート領域に流れ込んで、ゲート電流を増加さ
せ、電流利得を劣化させる要因となる。
To cut off the TIT when it is conducting,
Just return Vg to zero. Some of the holes that entered the channel disappear by recombination at the Schottky junction interface, and the rest are absorbed into the P + gate region.
In order to quickly absorb holes into the P + gate region, the P + gate interval should not be too wide. For example, in a zero gate bias state, the diffusion potential of the P + gate region and the n-channel region should be such that the depletion layer extending from the P + gate region to the n-side is approximately connected at the center of the channel or more completely connected. If the P + gate spacing is 2a, it will be about N(2a) 2 1×10 8 cm -1 . If the depletion layer is completely connected, holes will return to the P + gate region quickly, allowing high-speed operation. Of course, when the operating speed does not need to be so fast, the gate spacing may be wider. TIT is
Since the cut-off is achieved by a shotgun junction, the cut-off characteristics do not deteriorate even if the gate interval is widened. In TIT, some of the electrons injected into the channel during conduction are P +
This flows into the gate region, increases the gate current, and becomes a factor that deteriorates the current gain.

本発明の目的は、叙上の欠点を除去したシヨツ
トキ接合トランジスタを提供することと、シヨツ
トキ接合トランジスタを用いた集積回路を提供す
ることである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a short-circuit junction transistor that eliminates the above-mentioned drawbacks, and to provide an integrated circuit using a short-circuit junction transistor.

以下図面を参照しながら本発明を説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.

TITは、その動作及び構造から、従来のバイ
ポーラトランジスタを用いたすべての集積回路に
適用できる。すなわち、TTL(Transistor
Transistor Logic),ECL(Emitter Coupled
Logic),NTL(Non−Threshold Logic),STL
(Schottky Transistor Logic),ISL(Integrated
Schottky Logic)等にである。すなわち、TIT
−TTL、TIT−ECL、TIT−STL、TIT−ISL
等といつたようにである。こうした集積回路構成
において、ドライバトランジスタがTITで構成
されているわけである。
Due to its operation and structure, TITs are applicable to all integrated circuits using conventional bipolar transistors. In other words, TTL (Transistor
Transistor Logic), ECL (Emitter Coupled
Logic), NTL (Non-Threshold Logic), STL
(Schottky Transistor Logic), ISL (Integrated
Schottky Logic) et al. That is, T.I.T.
−TTL, TIT−ECL, TIT−STL, TIT−ISL
As it was said. In such an integrated circuit configuration, the driver transistor is composed of a TIT.

まず、TITを応用するさいにもつとも適して
いるTIT−STLについて説明する。
First, we will explain TIT-STL, which is most suitable for applying TIT.

第4図が、その断面構造の一例である。36−
34−35−32がTITである。p基板31上
に埋込まれたn+コレクタ領域32が設けられて
いる。n領域34はチヤンネル領域、P+領域3
5はゲート領域、36はシヨツトキエミツタ領
域、35′はゲート電極である。37は、TITの
ゲート・コレクタ間クランプ用シヨツトキ電極で
ある。38−1,38−2は布線論理を取る時に
出力端子を独立させるための、シヨトキ電極であ
り、出力端子になつている。39は分離領域であ
り、通常SiO2で作られる。40は絶縁物である。
P′領域41は、チヤンネルストツパ領域である。
第5図は第4図のTIT−STLの回路構成である。
TITのシンボルが決まつていないので、便宜上
静電誘導トランジスタ(SIT)のシンボルを使つ
ている。Vinは入力電圧、Voutは出力電圧、VDD
(十)は電源電圧である。Vはゲート・コレクタク
ランプ用シヨツトキダイオードの順方向降下電
圧、V′は出力端子シヨツトキダイオードの順方
向降下電圧である。RLは負荷抵抗である。第4
図に負荷抵抗の部分は示されていないが、通常絶
縁物上のポリシリコン抵抗で形成される。もちろ
ん特性の劣化をある程度許容できるのであれば、
拡散抵抗でもよい。インバータ動作はバイポーラ
STLとまつたく同じである。Vinが高レベル
(V+Vd:VdはTITの導通時の降下電圧)であ
れば、TITは導通し、Voutは低レベル(Vf′+
Vd)になる。Vinが低レベルなら、Voutは高レ
ベルである。すなわち、論理振幅は(Vf−Vf′)
で与えられる。雑音余裕度を考えれば、(Vf−
Vf′)は、通常0.2V程度以上であることが要求さ
れる。特別な場合には、もう少し小さくてもよ
い。こうなるように、シヨツトキ金属の種類や面
積が選定される。TIT−STLでは、導通時ゲー
ト・コレクタ間がVfだけ順方向にバイアスされ
るから、第4図の構造では、ゲートコレクタ間の
拡散容量が大きくならないよう直接接触させてい
る。Vfが0.6V程度以上であればP+とn+を直接接
触させた方が両領域間の容量は小さく、Vfが
0.6V程度り小さければ、P+とn+領域の間に高低
抗領域を介在させた方が容量は小さくなる。
FIG. 4 shows an example of its cross-sectional structure. 36-
34-35-32 is TIT. An n + collector region 32 is provided buried on a p-substrate 31 . N region 34 is a channel region, P + region 3
5 is a gate region, 36 is a short emitter region, and 35' is a gate electrode. 37 is a shot electrode for clamping between the gate and collector of TIT. Reference numerals 38-1 and 38-2 are short electrodes for making the output terminals independent when performing wiring logic, and serve as output terminals. 39 is a separation region, usually made of SiO2 . 40 is an insulator.
P' region 41 is a channel stopper region.
FIG. 5 shows the circuit configuration of the TIT-STL shown in FIG. 4.
Since there is no fixed symbol for TIT, the symbol for static induction transistor (SIT) is used for convenience. Vin is the input voltage, Vout is the output voltage, V DD
(10) is the power supply voltage. V is the forward voltage drop of the shotgun diode for gate-collector clamping, and V' is the forward voltage drop of the output terminal shotgun diode. RL is the load resistance. Fourth
Although the load resistor part is not shown in the figure, it is usually formed of a polysilicon resistor on an insulator. Of course, if a certain degree of deterioration in characteristics can be tolerated,
Diffusion resistance may also be used. Inverter operation is bipolar
It is exactly the same as STL. If Vin is at a high level (V+Vd: Vd is the voltage drop when TIT conducts), TIT is conductive and Vout is at a low level (Vf′+
Vd). If Vin is low level, Vout is high level. In other words, the logic amplitude is (Vf − Vf′)
is given by Considering the noise margin, (Vf−
Vf′) is normally required to be about 0.2V or higher. In special cases, it may be smaller. The type and area of the shot metal are selected to ensure this. In TIT-STL, when conductive, the gate and collector are forward biased by Vf, so in the structure shown in FIG. 4, direct contact is made between the gate and collector so that the diffusion capacitance between them does not increase. If Vf is about 0.6V or more, the capacitance between the two regions will be smaller if P + and N + are in direct contact, and Vf will be
If it is as small as 0.6V, the capacitance will be smaller if a high-low resistance region is interposed between the P + and n + regions.

エミツタ・コレクタ間を短かくして、ゲート間
隔も短くすれば、たとえばエミツタ・コレクタ間
1μm程度以下、ゲート間隔1〜2μm程度以下にす
れば、TIT−STLの動作速度はきわめて速いも
のになる。動作速度が十分速くなつた状態では、
n+コレクタ領域と基板の間が動作速度に影響す
る。コレクタ基板間容量は小さい程望ましい。容
量を小さくしようとして、P基板31の不純物密
度を低くすると、n+コレクタ領域から基板側に
延びる空乏層の幅の変化がきわめて遅くなり、速
い動作が行えない。P基板の不純物密度を高くす
ると、容量が大きくなつて動作速度を低下させ
る。この欠点を除去した構造が、第6図である。
基板がP+基板になされ、P+基板とn+コレクタ領
域の間に、P-もしくはi層の高抵抗領域42が
設けられている。領域42の厚さ及び不純物密度
は、n+領域との拡散電位が、この領域が略々も
しくは完全に空乏化するような値に選んでおけば
よい。
If you shorten the distance between the emitter and collector and shorten the gate interval, for example,
If the gate spacing is set to about 1 μm or less, and the gate spacing is set to about 1 to 2 μm or less, the operating speed of the TIT-STL becomes extremely fast. When the operating speed is sufficiently fast,
The area between the n + collector region and the substrate affects the operating speed. The smaller the collector-to-substrate capacitance is, the more desirable it is. If the impurity density of the P substrate 31 is lowered in an attempt to reduce the capacitance, the width of the depletion layer extending from the n + collector region to the substrate side changes extremely slowly, making it impossible to perform fast operation. Increasing the impurity density of the P substrate increases the capacitance and reduces the operating speed. A structure in which this defect has been eliminated is shown in FIG.
The substrate is a P + substrate, and a high resistance region 42 of the P - or i layer is provided between the P + substrate and the n + collector region. The thickness and impurity density of the region 42 may be selected such that the diffusion potential with the n + region is substantially or completely depleted.

出力端シヨツトキダイオードのVf′は、小さい
程望ましい。逆方向に電流が流れさえしなければ
よいわけである。同時に、TITのエミツタのバ
リア高さも低い方がわずかなゲートからのホール
注入で電流を流し易いから、低い方が望ましい。
したがつて、少なくとも36と38は同じ金属で
作るとよい。37は、シヨツトキの面積を小さく
作ることでVfを大きくしてもよいし、バリアの
高くなる金属にしてもよい。
It is desirable that Vf' of the output end shot diode be as small as possible. It is sufficient that the current does not flow in the opposite direction. At the same time, the lower the barrier height of the TIT emitter, the easier it is to flow current with a small amount of hole injection from the gate, so it is desirable that the barrier height be lower.
Therefore, it is preferable that at least 36 and 38 be made of the same metal. For 37, Vf may be increased by making the area of the shot hole small, or it may be made of a metal with a high barrier.

第4図、第6図の例はおもにSiに対する構造で
ある。一方、GaAsは半絶縁性の領域が容易に得
られる。
The examples shown in FIGS. 4 and 6 are structures mainly for Si. On the other hand, in GaAs, a semi-insulating region can be easily obtained.

第7図に、TIT−STLをGaAsで構成した時の
断面構造例を示す。半絶縁性基板71の上に、
n+層n層をそれぞれ所定の厚さ成長する。ゲー
ト分離用の絶縁領域79は、プロトン照射により
形成する。P+ゲート領域74は、Be,Cd等のイ
オン注入によつて形成する。n+領域72はコレ
クタ領域、n領域73はチヤンネル領域である。
75はシヨツトキエミツタ、74′はゲート電極、
77はゲートコレクタクランプ用シヨツト接合用
電極、78−1、78−2は出力端子シヨツトキ
接合用電極である。80は、Al2O3,AlN,
GaOxNy等の絶縁層である。この例では、n+
域、n領域とともにエピタキシヤル成長で形成さ
れているから、その厚さの精度はきわめてよい。
0.1μm程度の精度で十分形成できる。たとえばn+
領域厚さ0.5〜1μm程度、n領域0.3〜1μm程度に
する。もちろんこれより厚くても薄くてもよいわ
けである。また、P+ゲートとn+コレクタの間に
n領域を残してもよい。第6図で、負荷抵抗RL
が図示されていないが、同じく拡散抵抗で作つて
もよいし、低温プラズマCVDプロセスでポリシ
リコンを絶縁物上に形成して負荷としてもよい。
n領域73の幅は0.3〜2μm程度である。n+コレ
クタ領域、n領域、P+ゲート領域の不純物密度
は、それぞれ、5×1017〜5×1018cm-3程度、1
×1014〜1×1017cm-3程度、1×1018〜1×1020cm
-3程度である。GaAsの場合には、電子の移動度
が大きいため、電流を同一面積でも大きくするこ
とができて、高速動作が行える。
FIG. 7 shows an example of the cross-sectional structure when the TIT-STL is made of GaAs. On the semi-insulating substrate 71,
Each of the n + layers and n layers is grown to a predetermined thickness. The insulating region 79 for gate isolation is formed by proton irradiation. The P + gate region 74 is formed by ion implantation of Be, Cd, or the like. The n + region 72 is a collector region, and the n region 73 is a channel region.
75 is a shot emitter, 74' is a gate electrode,
Reference numeral 77 represents a shot connection electrode for gate collector clamping, and 78-1 and 78-2 represent output terminal shot connection electrodes. 80 is Al 2 O 3 , AlN,
This is an insulating layer made of GaOxNy, etc. In this example, since the n + region and the n region are formed by epitaxial growth, the accuracy of the thickness is extremely high.
It can be formed with an accuracy of about 0.1 μm. For example n +
The thickness of the region is approximately 0.5 to 1 μm, and the thickness of the n region is approximately 0.3 to 1 μm. Of course, it may be thicker or thinner than this. Further, an n region may be left between the P + gate and the n + collector. In Figure 6, load resistance RL
Although not shown in the figure, it may be made of a diffused resistor, or polysilicon may be formed on an insulator using a low-temperature plasma CVD process to serve as a load.
The width of n region 73 is approximately 0.3 to 2 μm. The impurity densities of the n + collector region, n region, and P + gate region are approximately 5×10 17 to 5×10 18 cm -3 and 1
×10 14 to 1 × 10 17 cm -3 , 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm
It is about -3 . In the case of GaAs, the electron mobility is high, so the current can be increased even in the same area, allowing high-speed operation.

これまで述べてきた例では、コレクタ領域、チ
ヤンネル領域、ゲート領域をすべて同一材料で構
成する場合を述べてきた。この場合には、エミツ
タからチヤンネルに注入された電子の一部がP+
ゲート領域に流れ込むことになつて、電流利得低
下の一因になつている。
In the examples described so far, the case has been described in which the collector region, channel region, and gate region are all made of the same material. In this case, some of the electrons injected from the emitter into the channel become P +
This flows into the gate region, contributing to a decrease in current gain.

この欠点を克服する構造を第8図に示す。個別
TITの断面構造が第8図には示されている。n+
コレクタ領域51、nチヤンネル領域52、P+
ゲート領域53、シヨツトキエミツタ54、コレ
クタ電極51′、ゲート電極53′である。56は
絶縁層である。基本的構造は、これまでのTIT
と同じである。ただし、この構造でP+ゲート領
域の禁制帯幅がチヤンネル領域の禁制帯幅より広
くなされている。すなわち、ゲートチヤンネル間
がヘテロ接合になつているわけである。P+ゲー
ト領域の禁制帯幅εg2、チヤンネル領域の禁制帯
幅εg1とすると、ヘテロ接合でゲートとチヤンネ
ルが構成されている場合には、ホモ接合で形成さ
れている場合にくらべて、チヤンネルの伝導帯端
から見るゲートの伝導帯端の高さは、つねに
(εg2−εg1)だけ高いことになる。両領域の状態
密度にもよることではあるが、(εg2−εg1)が
0.1eV程度以上あれば、チヤンネル中の電子がP+
ゲートに流れ込むことは殆んどなくなる。すなわ
ち、エミツクからチヤンネルに注入された電子
は、再結合で消滅する以外はすべて、コレクタに
流れ込むことになる。ゲートとチヤンネル間はヘ
テロ接合になつている。界面準位が少なくなけれ
ば、界面での再結合電流が多くなつて、電流利得
はかえつて減少してしまう。界面準位の少ないヘ
テロ接合としては、たとえばSi−SIPOS(Semi−
Insulating Polycrystaline Silicon),GaAs−
Ga1-xAlxAS,GaAs−GaAs−Ga1-xAlxAs1-yPy
等がある。
A structure that overcomes this drawback is shown in FIG. Individual
The cross-sectional structure of TIT is shown in FIG. n +
Collector region 51, n-channel region 52, P +
They are a gate region 53, a shot emitter 54, a collector electrode 51', and a gate electrode 53'. 56 is an insulating layer. The basic structure is the previous TIT
is the same as However, in this structure, the forbidden band width of the P + gate region is made wider than the forbidden band width of the channel region. In other words, a heterojunction is formed between the gate channels. Assuming that the forbidden band width of the P + gate region is ε g2 and the forbidden band width of the channel region is ε g1 , when the gate and channel are formed by a heterojunction, the channel width is smaller than when they are formed by a homojunction. The height of the conduction band edge of the gate as seen from the conduction band edge of is always higher by (ε g2 −ε g1 ). Although it depends on the density of states in both regions, (ε g2 −ε g1 ) is
If it is about 0.1 eV or more, the electrons in the channel become P +
There is almost no flow into the gate. In other words, all electrons injected into the channel from the emitter flow into the collector, except for those that are annihilated by recombination. A heterojunction is formed between the gate and channel. If the number of interface states is small, the recombination current at the interface will increase, and the current gain will actually decrease. For example, Si-SIPOS (Semi-SIPOS) is a heterojunction with few interface states.
Insulating Polycrystaline Silicon), GaAs−
Ga 1-x Al x AS, GaAs−GaAs−Ga 1-x Al x As 1-y P y
etc.

第9図に、同じくゲート・チヤンネル間がヘテ
ロ接合に構成されたプレーナ型TITの断面構造
を示す。P基板51の上にTITが構成されてお
り、n+コレクタ領域は埋込み領域になつている。
57は絶縁層である。P′領域58はチヤンネルス
トツパ領域である。他の領域は、第8図と同じで
ある。
FIG. 9 shows a cross-sectional structure of a planar TIT having a heterojunction between the gate and the channel. A TIT is constructed on the P substrate 51, and the n + collector region is a buried region.
57 is an insulating layer. P' region 58 is a channel stopper region. Other areas are the same as in FIG.

n+コレクタ領域と基板間に高抵抗領域59を
介在させた構造が第10図に示されている。第1
0図の構造では、同時にチヤンネル領域が均一で
なく、2つの不純物密度領域に分けられた例が示
されている。n1領域53−2の不純物密度は、
通常n2領域53−1の不純物密度より低くなさ
れている。ゲートからのホール注入が主に53−
2にだけ行われるようになされている。同時に、
エミツタから注入された電子の密度が高くなつ
て、空間電荷抵抗が高くならないように、コレク
タに近い領域の不純物密度は高くなされているの
である。
A structure in which a high resistance region 59 is interposed between the n + collector region and the substrate is shown in FIG. 1st
The structure shown in FIG. 0 also shows an example in which the channel region is not uniform and is divided into two impurity density regions. The impurity density of the n1 region 53-2 is
Usually, the impurity density is lower than that of n2 region 53-1. Hole injection from the gate is mainly 53-
It is designed to be carried out only in 2 cases. at the same time,
The impurity density in the region near the collector is set high so that the space charge resistance does not increase due to the high density of electrons injected from the emitter.

第11図は、GaAsのように自身で半絶縁性領
域が容易に形成できる材料を用いた場合のプレー
ナ型ヘテロ接合TITである。半絶縁性基板91、
n+コレクタ領域92、nチヤンネル領域93、
P+ゲート領域94、シヨツトキエミツタ95、
n+コレクタ取り出し領域97、プロトン照射な
どにより半絶縁性になされた領域99、絶縁物9
8である。97′はコレクタ電極である。
FIG. 11 shows a planar heterojunction TIT using a material such as GaAs that can easily form a semi-insulating region by itself. semi-insulating substrate 91,
n + collector region 92, n channel region 93,
P + gate region 94, shortcut emitter 95,
n + collector extraction region 97, region 99 made semi-insulating by proton irradiation, insulator 9
It is 8. 97' is a collector electrode.

ゲート・コレクタ間が深く順方向にバイアスさ
れる場合には、ゲート・コレクタ間に順方向に電
流が流れないようにした方が、ゲート・コレクタ
間に現われる拡散容量は小さくなる。すなわち、
高速動作ができるわけである。P+ゲートが禁制
帯幅の広い材料よりできていれば、たとえゲー
ト・コレクタ間が順方向にバイアスされても、
n+コレクタ領域からP+ゲート領域への電子注入
は起らない。ただし、P+ゲート領域から、n+
レクタ領域へのホール注入は起る。このゲートか
らコレクタへのホール注入も、n+コレクタ領域
をもチヤンネルに比べて禁制帯幅の広い材料によ
り構成すれば殆んど抑えることができる。
When the gate and collector are deeply biased in the forward direction, the diffusion capacitance that appears between the gate and collector becomes smaller if current does not flow in the forward direction between the gate and collector. That is,
This allows for high-speed operation. If the P + gate is made of a material with a wide forbidden band width, even if the gate-collector is forward biased,
No electron injection from the n + collector region to the P + gate region occurs. However, hole injection from the P + gate region to the n + collector region occurs. This hole injection from the gate to the collector can be almost suppressed if the n + collector region is also made of a material with a wider forbidden band width than the channel.

第8図乃至第11図に示されたヘテロ接合
TITは、当然集積回路に用いることができる。
電流利得が大きくなされており、しかも、ゲー
ト・エミツタ間、ゲート・コレクタ間の拡散容量
が小さくなされているから当然高速動作が行え
る。
Heterojunction shown in FIGS. 8 to 11
TITs can of course be used in integrated circuits.
Since the current gain is large and the diffusion capacitance between the gate and emitter and between the gate and collector is small, it is naturally possible to operate at high speed.

本発明のヘテロ接合シヨツトキエミツタトラン
ジスタが、ここで説明した構造に限らないことは
もちろんである。ここでは、表面ゲート構造につ
いてだけ示したが、埋込みゲートでも、また切り
込みゲート型でもよいことはもちろんである。ま
た、シヨツトキエミツタトランジスタを用いた集
積回路は、製作が容易であり、電流利得が大き
く、かつ小さな面積で大きな電流が流れ、変換コ
ンダクタンスも大きく、高速の動作が行えて、そ
の工業的価値は極めて高い。
It goes without saying that the heterojunction short emitter transistor of the present invention is not limited to the structure described here. Although only a surface gate structure is shown here, it goes without saying that a buried gate structure or a notched gate structure may also be used. In addition, integrated circuits using Schottky emitter transistors are easy to manufacture, have a large current gain, allow a large current to flow in a small area, have a large conversion conductance, and can operate at high speed. is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、金属・n型半導体シヨツトキー接合
近傍のバンドダイアグラム、第2図はシヨツトキ
注入電極型トランジスタの断面構造、第3図は第
2図のトランジスタのX−X′方向に沿うソー
ス・ドレイン間電位分布でaはVg=0の場合、
bはVg>0の場合、第4図はTITを用いたSTL
の断面構造図、第5図は第4図の回路構成、第6
図及び第7図はTITを用いたSTLの断面構造、
第8図ないし第11図は本発明のトランジスタの
断面構造である。
Figure 1 is a band diagram near the metal/n-type semiconductor Schottky junction, Figure 2 is the cross-sectional structure of a Schottky injection electrode transistor, and Figure 3 is the source/drain of the transistor in Figure 2 along the X-X' direction. In the potential distribution between a and Vg=0, a is
b is Vg>0, Figure 4 shows STL using TIT
Figure 5 is a cross-sectional structural diagram of Figure 4, the circuit configuration of Figure 6 is
Figures and Figure 7 show the cross-sectional structure of STL using TIT.
8 to 11 show cross-sectional structures of transistors of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 n型半導体領域とシヨツトキ接触する金属電
極をエミツタとなし、前記n型半導体領域に隣接
して前記金属電極と対向する位置にn型高不純物
密度領域を設けてコレクタ領域となし、前記金属
電極近傍に、前記n型半導体領域を略々囲むよう
にp型高不純物密度領域を設けてゲート領域とな
した構造において、前記ゲート領域の禁制帯幅を
前記n型半導体領域の禁制帯幅より広くなし、前
記ゲート領域と前記n型半導体領域の間に順バイ
アス電圧を印加することにより前記シヨツトキ障
壁幅を制御し前記シヨツトキ接触からトンネル注
入で前記n型半導体領域へキヤリア注入を行なう
ことを特徴とする半導体装置。 2 n型半導体領域とシヨツトキ接触する金属電
極をエミツタとなし、前記n型半導体領域に隣接
して前記金属電極と対向する位置にn型高不純物
密度でかつ前記n型半導体領域の禁制帯幅よりも
広い禁制帯幅をもつ領域を設けてコレクタ領域と
なし、前記金属電極近傍に、前記n型半導体領域
を略々囲むようにp型高不純物密度領域を設けて
ゲート領域となした構造において、前記ゲート領
域の禁制帯幅を前記n型半導体領域の禁制帯幅よ
り広くなし、前記ゲート領域と前記n型半導体領
域の間に順バイアス電圧を印加することにより前
記シヨツトキ障壁幅を制御し前記シヨツトキ接触
からトンネル注入で前記n型半導体領域へキヤリ
ア注入を行なうことを特徴とする半導体装置。 3 n型半導体領域とシヨツトキ接触する金属電
極をエミツタとなし、前記n型半導体領域に隣接
して前記金属電極と対向する位置にn型高不純物
密度領域を設けてコレクタ領域となし、前記金属
電極近傍に、前記n型半導体領域を略々囲むよう
にp型高不純物密度でかつ前記n型半導体領域よ
りも広い禁制帯幅を持つ領域を設けてゲート領域
となし、前記ゲート領域と前記n型半導体領域の
間に順バイアス電圧を印加することで前記シヨツ
トキ障壁幅を制御し前記シヨツトキ接触からトン
ネル注入によりn型半導体領域へキヤリア注入を
行なうシヨツトキ注入電極型トランジスタが、ド
ライバトランジスタに使われていることを特徴と
する半導体装置。 4 n型半導体領域とシヨツトキ接触する金属電
極をエミツタとなし、前記n型半導体領域に隣接
して前記金属電極と対向する位置にn型高不純物
密度を有しかつ前記n型半導体領域よりも広い禁
制帯幅を有する領域を設けてコレクタ領域とな
し、前記金属電極近傍に、前記n型半導体領域を
略々囲むようにp型高不純物密度でかつ前記n型
半導体領域よりも広い禁制帯幅を持つ領域を設け
てゲート領域となし、ゲート領域と前記n型半導
体領域の間に順バイアス電圧を印加することで前
記シヨツトキ障壁幅を制御し前記シヨツトキ接触
からトンネル注入によりn型半導体領域へキヤリ
ア注入を行なうシヨツトキ注入電極型トランジス
タが、ドライバトランジスタに使われていること
を特徴とする半導体装置。
[Scope of Claims] 1. A metal electrode in short contact with an n-type semiconductor region is used as an emitter, and an n-type high impurity density region is provided at a position adjacent to the n-type semiconductor region and facing the metal electrode to form a collector region. In a structure in which a p-type high impurity density region is provided near the metal electrode so as to substantially surround the n-type semiconductor region to serve as a gate region, the forbidden band width of the gate region is set to the n-type semiconductor region. The shot barrier width is controlled by applying a forward bias voltage between the gate region and the n-type semiconductor region, and carriers are injected from the shot contact into the n-type semiconductor region by tunnel injection. A semiconductor device characterized by performing the following. 2 A metal electrode that is in direct contact with the n-type semiconductor region is used as an emitter, and a high n-type impurity density is provided at a position adjacent to the n-type semiconductor region and facing the metal electrode, and the bandgap width of the n-type semiconductor region is higher than that of the forbidden band width of the n-type semiconductor region. In a structure in which a region having a wide forbidden band width is provided as a collector region, and a p-type high impurity density region is provided near the metal electrode so as to substantially surround the n-type semiconductor region, as a gate region, The shot barrier width is controlled by making the forbidden band width of the gate region wider than the forbidden band width of the n-type semiconductor region and applying a forward bias voltage between the gate region and the n-type semiconductor region. A semiconductor device characterized in that carriers are injected into the n-type semiconductor region by tunnel injection from contact. 3. A metal electrode in occasional contact with the n-type semiconductor region is used as an emitter, an n-type high impurity density region is provided at a position adjacent to the n-type semiconductor region and facing the metal electrode to serve as a collector region, and the metal electrode A gate region is provided near the n-type semiconductor region with a p-type high impurity density and a wider forbidden band width than the n-type semiconductor region, and the gate region and the n-type A shot injection electrode type transistor is used as a driver transistor, which controls the shot barrier width by applying a forward bias voltage between the semiconductor regions and injects carriers from the shot contact into the n-type semiconductor region by tunnel injection. A semiconductor device characterized by: 4. A metal electrode in occasional contact with the n-type semiconductor region is used as an emitter, and has a high n-type impurity density at a position adjacent to the n-type semiconductor region and facing the metal electrode, and is wider than the n-type semiconductor region. A region having a forbidden band width is provided as a collector region, and a forbidden band width is provided in the vicinity of the metal electrode and has a p-type high impurity density and has a wider forbidden band width than the n-type semiconductor region so as to substantially surround the n-type semiconductor region. The shot barrier width is controlled by applying a forward bias voltage between the gate region and the n-type semiconductor region, and carriers are injected from the shot contact into the n-type semiconductor region by tunnel injection. A semiconductor device characterized in that a shot injection electrode type transistor that performs this is used as a driver transistor.
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