JPS6143479A - トンネル注入型静電誘導トランジスタ - Google Patents

トンネル注入型静電誘導トランジスタ

Info

Publication number
JPS6143479A
JPS6143479A JP59164824A JP16482484A JPS6143479A JP S6143479 A JPS6143479 A JP S6143479A JP 59164824 A JP59164824 A JP 59164824A JP 16482484 A JP16482484 A JP 16482484A JP S6143479 A JPS6143479 A JP S6143479A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
channel
gate
tunnel
injection type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP59164824A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0620143B2 (ja
Inventor
Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Kaoru Mototani
本谷 薫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Development Corp of Japan filed Critical Research Development Corp of Japan
Priority to JP59164824A priority Critical patent/JPH0620143B2/ja
Priority to GB08519851A priority patent/GB2163002B/en
Priority to FR858512117A priority patent/FR2569056B1/fr
Priority to DE19853528562 priority patent/DE3528562A1/de
Publication of JPS6143479A publication Critical patent/JPS6143479A/ja
Priority to GB08723051A priority patent/GB2194677B/en
Priority to US07/147,656 priority patent/US4870469A/en
Priority to JP2317984A priority patent/JP2587722B2/ja
Publication of JPH0620143B2 publication Critical patent/JPH0620143B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/202FETs having static field-induced regions, e.g. static-induction transistors [SIT] or permeable base transistors [PBT]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/149Source or drain regions of field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/213Channel regions of field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/82Heterojunctions
    • H10D62/824Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/602Heterojunction gate electrodes for FETs

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、トンネル注入型静電誘導トランジスタに関す
る。
〔先行技術とその問題点〕
静電誘導型トランジスタ(以下、 SITと略す)は、
ゲートとゲートの間で空乏層がつながって生じている電
位障壁の高さを変化させて、ソース・ドレイン間の電流
を制御するトランジスタである。
このとき、電位の制御が空乏層の静電容量を通して行な
われることから、バイポーラトランジスタにおけるベー
ス層の蓄積容量がないものに相当し、 FETと比べて
みても非常に高速、低雑音で動作するという優れた特性
を有している。
しかし、従来のSITはソース・ドレイン間、特にソー
ス・ゲート間の寸法が割合と大きな構造になっていたた
め、キャリアが結晶格子の散乱を受け、上限周波数が制
限される問題点があった。
前述の欠点を除去するために、キャリアが結晶格子の散
乱を受けずに熱電子速度で動くことのできる熱電子放射
型SITが先に本願発明者等によって提案された。
このときの電熱密度Jは下式(1)で与えられる。
ここで9は単位電荷、kはボルツマン定数、Tは絶対温
度、mllはキャリアの有効質量、 nsはソースの不
純物密度、Φgsはゲート領域とソース領域の拡散電位
、Vgはゲートに加えた電圧である。
キャリアの注入状態が熱電子放射状態になったときのS
ITのしゃ断酒波数fcは、電位障壁の幅をWgとした
ときに、 SITを従属接続して2段目の入力容量を考
慮したときには下記(2)式で与えられる。
8.8Wg 従って、GaAsを用いた場合で電位障壁の幅Wgを0
.1μmとしたときに、しゃ断酒波数fcはほぼ780
Gl(z程度となる。
以上のことから熱電子放射型のSITのfcは高々80
0GHzであり、それ以上の高いしゃ断酒波数fcが得
られなかった。
〔発明の目的〕
本発明は、上記の熱電子放射型SITの限界を越える量
子効果のトンネル注入を用いた。トンネル注入型51丁
を提供することを目的をする。
〔発明の1■要〕 このため本発明は、トンネル注入型SITのゲートをチ
ャンネルよりも禁制帯幅の大きい半導体で構成するよう
にしたことを特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例に係るトンネル注入型SIT
の断面図を示したものである。図において。
1はn+のGaAs基板でトレインとなる領域、2はチ
ャンネルのn一層、3,4はチャンネルに接して設けら
れたn”yP十層のトンネル注入層、4はソースとなる
領域、5はGa□−xAlxAsで形成されるゲートと
なる領域で、断面図のみ示しているが相互に網目状ある
いは線状になっていて、端部が一緒になって電極となる
べき領域は表面に露出しているもの、6はドレイン電極
、7はソース電極、8は前記ゲートのうち1表面に露出
された部分に形成されたゲート電極である。
この構成から判るように、 GaAsのように良好な絶
縁膜が得られない化合物半導体においては、ゲートをG
aAsよりも禁制帯幅の大きな例えばGa1−xAlx
Asのような混晶で形成することによって、ゲートを絶
縁グー1−類似することができる。
また、図の構成C,ゲート領域5の間を通り、ソース4
とドレイン1の間にできるチャンネル2中。
ソース4より真のゲートまでの距離は、平均自由行程以
下とすることは言う迄もない、このとき、ゲート領域の
間隔と厚み、チャンネル領域の不純物密度の大きさを変
化させることによって、ノーマリオンとノーマリオフの
動作とすることができる。ゲート領域となるGa1− 
xAlxAsのXの値は例えばx=0.3とする。不純
物密度はアンドープとすることも良い。
このように構成されるトンネル注入型SITにおいてし
ゃ断層波数fcは次式(3)で与えられる。
2 x 0g2 tc Cg   2 x CgVgQ
 = CgVa              °= (
4)(3) 、 (4)式より となる。ここで、トンネル遷移時間ftはτの逆数であ
る。
トンネル遷移時間は次式(6)で与えられる。
■ τ=□             ・・・(6)Ea ここで、hはブランク定数を2πで除したもの(1,0
546X 10′″″4J−sec)、 Eはトンネル
接合の電界強度、aは格子定数である。格子定数として
GaAsの5.6533人としたときに、電界強度Eを
10’V1011.5XIO’V10n、7 X 10
’V/am、10’V/cnとしたときのfcは(5)
 、 (6)式より、それぞれ、 1.37X10”1
1z、 6.83 X 10”Ilz、0.56 X 
101311z、1.37 X 101411zとなり
、遮断周波数は、 100T)lz程度となる。この値
は出願人が先に提案した熱電子放射型SITのおおよそ
100倍位であって、熱電子注入よりも、量子効果に基
づくトンネル注入を用いればSITの遮断周波数fcを
非常に高くし得ることがわかる。
ところで、上記実施例においては、ゲート・ソース間容
量(Cgs)およびゲート・ドレイン間容量(Cgd)
が大きくなり易いという問題がある。
これを解決したのが、第2図に示す実施例で。
Cgsを極めて小さくできる。図中、第1図と同一符合
は同−又は相当部分を示している。この実施例において
は、ゲート5がソース4と同一主表面上にあるので、ゲ
ート電極8の取り出しが容易なことと、Cgsとゲート
抵抗rgが共に減少し、より高速動作が得られるという
利点が得られる。
第3図および第4図は本発明の更に他の実施例を示した
ものであり、Cgdを減少させるにく、絶縁物9を設け
たものである。絶縁物としては5in2゜Si、 N、
膜又はポリイミド樹脂等が良い。GaAsの誘導率11
に対して、 5gNa3.5.510□は3.8、ポリ
イミドは3.2位であるので、 CgdはGdAsが存
在する場合にくらべて半分以下となる。
第5図はチャンネルを1層10とした実施例である。
ゲート領域とチャンネルのP層が反転状態になり。
P層のゲート領域5と接触している領域がn層になった
ときに、ソースより電子がドレインへトンネル注入され
て動作する。
ソースよりドレインまでの長さ即ちチャンネル長は例え
ば100人というような値、に制御することはできるが
、ゲート間隔即ちチャンネル幅は、デバイ長を目安とし
て決定する必要がある。そのデバイ長は次式(7)で与
えられる。
ここでnはチャンネルの不純物密度、εは誘導率である
上式(7)でnが10”an−”のときにλDが3.9
5μm。
1014Q11−3のときに0.4 μm、また、 1
0”am−’のときには0.04μm位となる。おおま
かにいってチャンネル長の寸法制御にくらべて、チャン
ネル幅の寸法制御はフォトリソグラフィの精度で決まる
ので。
チャンネル幅の寸法は製作技術との兼ね合いで決定する
必要がある。
第6図はソースからの電子を、能率良く、ゲート領域に
制限するために、第5図の実施例のPチャンネル中に高
不純物密度領域を形成した実施例である。埋込領域11
はソース側の電子に対して電位障壁が高いので、電子は
チャンネルの埋込領域の両側を通るようになる6実際に
動作する部分がゲート領域を形成しているPチャンネル
とソース電極7は例えば0.5μm〜1μmとしても良
いことになり製作は容易になる。
第7図は本発明の更に別の実施例を示したものであって
、P領域をソース領域4に隣接し、残りの部分はn(n
″″)領域とした構造である。
また、第8図は、p領域をチャンネルのソースの近くに
挿入したものであって、Cgsを小さくし、ゲート領域
を小さく形成できる実施例を示している。
なお1以上に説明してきた第1図〜第8図の実施例にお
いて、ソースより真のゲートまでの距離は平均自由行程
以下にすることは勿論である。
ところで、トンネル注入層のn+、p中層の不純物密度
は1次式のように決めることができる。即ち、p+、1
十層の不純物密度が一様の場合に、0バイアスの拡散電
位vbで決まる空乏層の厚みWは次式となる。
E=□           ・・・(!llλここで
、l1jAはP十領域4のアクセプタ密度、NDはn十
領域3のドナー密度である。
NAを102102l”としたときに、NDが10” 
c m−”ではWは130人、Eは2.16 X 10
’V/■、Noが1020印−3ではWは41人、Eは
6,8X lo’V/an程度となり、そのときのfc
はそれぞれ40THz、72THz位となる。
なお、以上の実施例においては−P”+n+のトンネル
注入領域は、p+WJ4をソースとしてきたが。
第9図に示すようにn+をソース領域としても良い。
また、以上の実施例において、ゲート領域のGa1− 
xAlxAsはGaAsとの間の表面準位をできるだけ
減少させる必要があり、 GaAsとの間で格子定数が
合うようにGa、 −x^IXASI−Yのように小量
のP(リン)を添加した混晶とすると良い。また、その
ときの組成はx=0.3のときにyは0.01程度にす
ると良い。
チャンネルの不純物密度はiWIから101″Cm−’
トンネル注入領域は101s〜10”an−程度とすれ
ば良い。ソースとドレインの電極材料はnorへはAu
−Ge、 Au−Ge−Ni、 puffへはAu−Z
n、 AB−Zn、 (:r−Au等の合金を用いるこ
とかて゛きる。
ゲート領域のGa1−xAlxAsの電極材、料として
は、前記ソース、ドレイン用の電極材料の他に、Ti。
P t g W + Cr g 、1(f HNi等の
Ga1− xAlxAsに対して抵抗性接触を形成しな
い高融点金焉材料とすることもできる。
素子の製作に際しては、チャンネル領域、ソース領域は
、本願発明者等の発明によるGaAsの1分子層ずつ成
長できる分子層エピタキシャル成長法、および光分子層
エピタキシャル成長法、気相成長法、MOCVD法、M
BE法、イオン注入法等が使用できる。ソース、ゲート
、ドレインの電極の形成は真空蒸着(抵抗加熱、電子ビ
ーム加熱、スパッタ法)法、プラズマエツチング、フォ
トエツチング、フォトリングラフィ等の組合せにより形
成できる。
また、半導体材料はGaAsに限らずInP、InAs
、■−■族半心体その混晶等の半導体でも良いし、ゲー
ト領域はIn1− XG(IXP、In、 −xGax
Asでも良いことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、従来のトランジスタでは
得られない高い周波数領域で増幅1発振等の三端子動作
する高速、低雑音のトンネル注入型静電誘導トランジス
タが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第9図はそれぞれ本発明の各実施例に係るトン
ネル注入型静電誘導トランジスタの断面図である。 1・・・ ドレインとなるべきn中基板、 z、io・
・・チャンネル、3.4・・・ トンネル注入領域、4
・・・ソース領域、5・・・GaAsよりも禁制帯幅の
広い半導体で形成されるゲート領域、6・・・ ドレイ
ン電極、7・・・ソース電極、8・・・ゲート電極、9
・・・絶縁物。 〜、\ 代理人 弁理士  紋 1) 誠  )第7図 ′$2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チャンネルとなる半導体領域と、このチャンネル
    の両側に接触して形成されるソースおよびドレイン領域
    と、前記ソース領域とチャンネルの間に、トンネル注入
    領域を備えると共に、前記チャンネルの一部もしくは全
    面に接触して、前記チャンネルよりも禁制帯幅の大きい
    半導体よりなるゲート領域を具備することを特徴とする
    トンネル注入型静電誘導トランジスタ。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載において、チャンネル
    となる半導体がGaAs、ゲート領域がGa_1−xA
    lxAsであるトンネル注入型静電誘導トランジスタ。
  3. (3)特許請求の範囲第1項記載において、ゲート領域
    がチャンネル領域の半導体と格子定数補正されてなるト
    ンネル注入型静電誘導トランジスタ。
  4. (4)特許請求の範囲第1項または第3項記載において
    、ゲート領域がGa_1−xAlxAs_1−yPyで
    あるトンネル注入型静電誘導トランジスタ。
  5. (5)特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項
    のいずれかの記載において、チャンネル幅の寸法がチャ
    ンネル領域の不純物密度より決まるデバイ長λ_Dに対
    して、2λ_D以内であるトンネル注入型静電誘導トラ
    ンジスタ。
  6. (6)特許請求の範囲第1項から第5項までのいずれか
    の記載において、ゲート領域に接して設けられるゲート
    電極がゲート領域に対して抵抗性接触となる金属材料で
    形成されてなるトンネル注入型静電誘導トランジスタ。
  7. (7)特許請求の範囲第1項から第5項までのいずれか
    の記載において、ゲート領域に接して設けられるゲート
    電極がゲート領域に対して抵抗性接触とならない金属材
    料で形成されてなるトンネル注入型静電誘導トランジス
    タ。
  8. (8)特許請求の範囲第1項から第7項までのいずれか
    の記載において、チャンネル中に、ソース領域からのキ
    ャリアに対して他のチャンネル領域よりも電位障壁の高
    い半導体領域を含むトンネル注入型静電誘導トランジス
    タ。
JP59164824A 1984-08-08 1984-08-08 トンネル注入型静電誘導トランジスタ Expired - Fee Related JPH0620143B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59164824A JPH0620143B2 (ja) 1984-08-08 1984-08-08 トンネル注入型静電誘導トランジスタ
GB08519851A GB2163002B (en) 1984-08-08 1985-08-07 Tunnel injection static induction transistor and its integrated circuit
FR858512117A FR2569056B1 (fr) 1984-08-08 1985-08-07 Transistor a induction statique du type a injection par effet tunnel et circuit integre comprenant un tel transistor
DE19853528562 DE3528562A1 (de) 1984-08-08 1985-08-08 Statischer induktionstransistor vom tunnelinjektionstyp und denselben umfassende integrierte schaltung
GB08723051A GB2194677B (en) 1984-08-08 1987-10-01 Tunnel injection static induction transistor integrated circuit
US07/147,656 US4870469A (en) 1984-08-08 1988-01-25 Tunnel injection type static transistor and its integrated circuit
JP2317984A JP2587722B2 (ja) 1984-08-08 1990-11-26 トンネル注入型静電誘導トランジスタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59164824A JPH0620143B2 (ja) 1984-08-08 1984-08-08 トンネル注入型静電誘導トランジスタ

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2317984A Division JP2587722B2 (ja) 1984-08-08 1990-11-26 トンネル注入型静電誘導トランジスタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6143479A true JPS6143479A (ja) 1986-03-03
JPH0620143B2 JPH0620143B2 (ja) 1994-03-16

Family

ID=15800611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59164824A Expired - Fee Related JPH0620143B2 (ja) 1984-08-08 1984-08-08 トンネル注入型静電誘導トランジスタ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0620143B2 (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186374A (en) * 1981-05-12 1982-11-16 Semiconductor Res Found Tunnel injection type travelling time effect semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57186374A (en) * 1981-05-12 1982-11-16 Semiconductor Res Found Tunnel injection type travelling time effect semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0620143B2 (ja) 1994-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5640022A (en) Quantum effect device
Trew High-frequency solid-state electronic devices
US4727403A (en) Double heterojunction semiconductor device with injector
JP5325198B2 (ja) 電界効果トランジスタ
US5091759A (en) Heterostructure field effect transistor
US4620207A (en) Edge channel FET
US4701996A (en) Method for fabricating edge channel FET
JPH0135508B2 (ja)
US4712122A (en) Heterojunction gate ballistic JFET with channel thinner than Debye length
JPS5925392B2 (ja) 電界効果トランジスタ及びその製造方法
US3355637A (en) Insulated-gate field effect triode with an insulator having the same atomic spacing as the channel
US4870469A (en) Tunnel injection type static transistor and its integrated circuit
JPH0817186B2 (ja) 電界効果トランジスタの製造方法
JPS6143479A (ja) トンネル注入型静電誘導トランジスタ
JP2587722B2 (ja) トンネル注入型静電誘導トランジスタ
JPS6134979A (ja) 熱電子放射型静電誘導トランジスタ
US4887049A (en) Solid state space harmonic amplifier
Zhuravlev et al. New Type of Heterostructures for Powerful pHEMT Transistors
JP2589062B2 (ja) 熱電子放射型静電誘導サイリスタ
JPH0131314B2 (ja)
JPH0763094B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPS6129555B2 (ja)
JPS59208878A (ja) 深いデイプレツシヨンモ−ドで作動する電界効果トランジスタ
GATE l5 InPCAF\\MESA _&\:. _®\‘\k.
JPS6159877A (ja) 半導体集積回路

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees