JP3290779B2 - Semiconductor storage device and information storage method thereof - Google Patents

Semiconductor storage device and information storage method thereof

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JP3290779B2
JP3290779B2 JP22978693A JP22978693A JP3290779B2 JP 3290779 B2 JP3290779 B2 JP 3290779B2 JP 22978693 A JP22978693 A JP 22978693A JP 22978693 A JP22978693 A JP 22978693A JP 3290779 B2 JP3290779 B2 JP 3290779B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規な動作原理に基づく
半導体記憶装置及びその情報記憶方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device based on a novel operation principle and a method of storing information in the semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の進歩には著しい
ものがあり、高速化・高集積化にたいする要求が益々高
まってきている。特に、シリコン半導体によるMOSF
ETを用いた半導体記憶装置の高集積化は著しく、例え
ば、メモリセルにひとつのMOSFETを用いた1MO
Sセル方式のダイナミックメモリ(DRAM)の場合、
現在、1Mビットから4Mビットの大容量のDRAMが
市販されており、64Mビットから128Mビットの大
容量のDRAMが試作の段階になっている。
2. Description of the Related Art In recent years, progress in semiconductor integrated circuits has been remarkable, and demands for higher speed and higher integration have been increasing. In particular, MOSF made of silicon semiconductor
High integration of semiconductor memory devices using ET is remarkable. For example, 1MO using one MOSFET for a memory cell
In the case of an S cell type dynamic memory (DRAM),
Currently, large-capacity DRAMs of 1 Mbit to 4 Mbits are commercially available, and large-capacity DRAMs of 64 Mbits to 128 Mbits are in the stage of trial production.

【0003】DRAMの高集積化に伴なって、メモリセ
ルを構成するトランジスタやコンデンサの微細化が進ん
でおり、メモリセルのサイズも2μm角程度まで微細化
されてきている。1MOSメモリ方式のDRAMでは、
0と1の記憶状態を、コンデンサに蓄積された電荷量に
より識別しているため、コンデンサの容量を配線容量等
の外部の容量と比較して相対的に大きくとる必要があ
り、コンデンサとして大きな表面積が必要である。この
ため、半導体基板中に溝を掘る構造にしたり、コンデン
サをフィン型構造にしたりして、小さな面積のメモリセ
ルに大きな表面積のコンデンサを実現している。しかし
ながら、このような方法によっても現状以上の微細化は
困難な状況になっている。
[0003] With the high integration of DRAM, transistors and capacitors constituting memory cells have been miniaturized, and the size of memory cells has also been miniaturized to about 2 µm square. In a 1 MOS memory type DRAM,
Since the storage states of 0 and 1 are identified by the amount of electric charge stored in the capacitor, the capacitance of the capacitor needs to be relatively large as compared with the external capacitance such as the wiring capacitance. is necessary. For this reason, a capacitor having a large surface area is realized in a memory cell having a small area by adopting a structure in which a groove is dug in a semiconductor substrate or a capacitor having a fin-type structure. However, even with such a method, miniaturization beyond the current state is difficult.

【0004】また、半導体記憶装置としてDRAMとは
別に、電気的に書込み可能な読出し専用のメモリ(EP
ROM)が知られている(S.M.ジー編、「半導体デ
バイス」、第501頁、A WILEY INTER SCIENCE PUBLIC
ATION 、 1981)。このEROMについても、ひとつ
のメモリセルに対して、電気的な書込みに時間がかかる
3本の配線を設ける必要があったり、また、配線が2本
の場合でも非常に高い電圧が必要なので、高集積化に対
する大きな障壁となっている。
In addition to a DRAM as a semiconductor memory device, an electrically writable read-only memory (EP)
ROM) is known (SM G. ed., “Semiconductor Device”, page 501, A WILEY INTER SCIENCE PUBLIC)
ATION, 1981). Also in this EROM, it is necessary to provide three wirings which take a long time for electrical writing to one memory cell, and a very high voltage is required even when two wirings are used. It is a major barrier to integration.

【0005】このような現状に対して、量子効果、特に
共鳴トンネル効果による微分負性抵抗を用いた記憶素子
(スタティックRAM(SRAM))の研究が行われて
いる(Federico Capasso (Ed.), "Physics of Quantum
Electron Devices", pp.207-208, Springer-Verlay, 19
90;Y.Watanabe, et al., "Monolithic Integrationof
InGaAs/InAlAs Resonant Tunneling Dioge and HEMT fo
r Single-TransistorCell SRAM Application", IEEE IE
DM 92-475, 1992) 。
[0005] In view of the above situation, research on a storage element (static RAM (SRAM)) using a differential negative resistance due to a quantum effect, particularly a resonance tunnel effect, has been conducted (Federico Capasso (Ed.), "Physics of Quantum
Electron Devices ", pp.207-208, Springer-Verlay, 19
90; Y. Watanabe, et al., "Monolithic Integrationof
InGaAs / InAlAs Resonant Tunneling Dioge and HEMT fo
r Single-TransistorCell SRAM Application ", IEEE IE
DM 92-475, 1992).

【0006】例えば、FETの負荷素子として共鳴トン
ネルバリア(RTB)を用いた記憶素子や、2つの共鳴
トンネルバリアを直列に接続し、この共鳴トンネリング
バリアによる2つの安定点の電圧を、隣接するFETの
ゲート電極により変化させて情報を書込み、このFET
により記憶情報を読出すSRAM素子や、2つの共鳴ト
ンネリングバリア下に設けられたしきい値ダイオードに
より書込み・読出しを行うSRAM素子等が提案されて
いる。
For example, a storage element using a resonant tunnel barrier (RTB) as a load element of an FET, or two resonant tunnel barriers connected in series, and the voltage at two stable points by the resonant tunneling barrier is reduced to the adjacent FET The information is written by changing the gate electrode of this FET.
There are proposed an SRAM element for reading stored information by using a threshold diode provided under two resonance tunneling barriers for writing and reading.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の記憶素子においても、1メモリセル当たりの配線数が
3本以上であり、メモリセルの面積もそれほど小さくな
らないという問題があった。また、これら記憶素子は、
共鳴トンネルバリア(RTB)のバレー電流により記憶
情報を保持するため、ピーク電流に対してバレー電流を
十分小さくすることが望ましいが、現状ではピーク電流
とバレー電流の比は10〜100程度であり、バレー電
流を十分小さくすることができないという問題があっ
た。
However, even in these storage elements, there is a problem that the number of wirings per memory cell is three or more, and the area of the memory cell is not so small. Also, these storage elements
In order to retain the stored information by the valley current of the resonant tunnel barrier (RTB), it is desirable to make the valley current sufficiently smaller than the peak current. There is a problem that the valley current cannot be sufficiently reduced.

【0008】本発明の目的は、単純な構造で1メモリセ
ル当たりの配線数が少なく、高速書込み、高速読出しが
可能であり、微細化に適している半導体記憶装置及びそ
の情報記憶方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device which has a simple structure, has a small number of wires per memory cell, can perform high-speed writing and high-speed reading, and is suitable for miniaturization, and an information storage method thereof. It is in.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
と、前記半導体基板上に形成されたノンドープの厚いバ
リア層と、前記厚いバリア層上に形成され、不純物がド
ープされた浮遊導電層と、前記浮遊導電層上に形成さ
れ、前記浮遊導電層側のバリア高さが高い非対称なバリ
アを有する薄いバリア層と、前記薄いバリア層上に形成
されたチャネル層と、前記チャネル層上に形成された第
1電極及び第2電極とを有することを特徴とする半導体
記憶装置によって達成される。
The object of the present invention is to provide a semiconductor substrate, a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities. A thin barrier layer formed on the floating conductive layer and having an asymmetric barrier having a high barrier height on the floating conductive layer side; a channel layer formed on the thin barrier layer; and a thin layer formed on the channel layer. The present invention is achieved by a semiconductor memory device having a first electrode and a second electrode.

【0010】上記目的は、上述した半導体記憶装置に対
して、前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い
書込みバイアス電圧を印加することにより、前記第1電
極から前記薄いバリア層を介して前記浮遊電極層に電子
を注入して前記浮遊電極層に情報を書込み、前記第1電
極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧よりも低い
読出しバイアス電圧を印加し、前記チャネル層に電流が
流れるか否かに基づいて、前記浮遊電極層に記憶された
情報を読出すことを特徴とする半導体記憶装置の情報記
憶方法によって達成される。
The above object is achieved by applying a write bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode to the semiconductor memory device described above, thereby forming the thin barrier layer from the first electrode. Writing information into the floating electrode layer by injecting electrons into the floating electrode layer through the first electrode and the second electrode, applying a read bias voltage lower than the write bias voltage between the first electrode and the second electrode; The information stored in the floating electrode layer is read based on whether or not a current flows through the floating electrode layer.

【0011】上記目的は、半導体基板と、前記半導体基
板上に形成されたノンドープの厚いバリア層と、前記厚
いバリア層上に形成され、不純物がドープされた浮遊導
電層と、前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層
側の共鳴準位が高い非対称な共鳴トンネリングバリアを
有する薄いバリア層と、前記薄いバリア層上に形成され
たチャネル層と、前記チャネル層上に形成された第1電
極及び第2電極とを有することを特徴とする半導体記憶
装置によって達成される。
The object is to provide a semiconductor substrate, a thick non-doped barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities, A thin barrier layer having an asymmetric resonance tunneling barrier having a high resonance level on the floating conductive layer side, a channel layer formed on the thin barrier layer, and a first layer formed on the channel layer. This is achieved by a semiconductor memory device having an electrode and a second electrode.

【0012】上記目的は、上述した半導体記憶装置に対
して、前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い
書込みバイアス電圧を印加することにより、前記第1電
極から前記薄いバリア層を介して前記浮遊電極層に電子
を注入して前記浮遊電極層に情報を書込み、前記第1電
極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧よりも低い
読出しバイアス電圧を印加し、前記チャネル層に電流が
流れるか否かに基づいて、前記浮遊電極層に記憶された
情報を読出し、前記書込みバイアス電圧よりも高い消去
バイアス電圧を前記第1電極及び前記第2電極に印加す
ることにより、前記第2電極から前記薄いバリア層を介
して前記浮遊電極層に蓄積された電子を放出して前記浮
遊電極層の情報を消去することを特徴とする半導体記憶
装置の情報記憶方法によって達成される。
The above object is achieved by applying a write bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode to the semiconductor memory device described above, thereby forming the thin barrier layer from the first electrode. Writing information into the floating electrode layer by injecting electrons into the floating electrode layer through the first electrode and applying a read bias voltage lower than the write bias voltage between the first electrode and the second electrode; Reading information stored in the floating electrode layer based on whether a current flows through the first electrode and the second electrode by applying an erase bias voltage higher than the write bias voltage to the first electrode and the second electrode. A method of storing information in a semiconductor memory device, wherein electrons stored in said floating electrode layer are emitted from a second electrode through said thin barrier layer to erase information in said floating electrode layer. It is achieved by.

【0013】上記目的は、半導体基板と、前記半導体基
板上に形成されたノンドープの厚いバリア層と、前記厚
いバリア層上に形成され、不純物がドープされた浮遊導
電層と、前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層
側のバリア高さが低い非対称なバリアを有する中間バリ
ア層と、前記中間バリア層上に形成されたチャネル層
と、前記チャネル層上に形成され、バリア高さが変化し
ない対称なバリアを有する薄いバリア層と、前記薄いバ
リア層上に形成された第1電極及び第2電極とを有する
ことを特徴とする半導体記憶装置によって達成される。
The object is to provide a semiconductor substrate, a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities, An intermediate barrier layer having an asymmetric barrier having a low barrier height on the floating conductive layer side, a channel layer formed on the intermediate barrier layer, and a barrier height formed on the channel layer. This is achieved by a semiconductor memory device comprising: a thin barrier layer having a symmetric barrier that does not change; and a first electrode and a second electrode formed on the thin barrier layer.

【0014】上記目的は、半導体基板と、前記半導体基
板上に形成されたノンドープの厚いバリア層と、前記厚
いバリア層上に形成され、不純物がドープされた浮遊導
電層と、前記浮遊導電層上に形成され、バリア高さが変
化しない対称なバリアを有する中間バリア層と、前記中
間バリア層上に形成されたチャネル層と、前記チャネル
層上に形成され、共鳴トンネリングバリアを有する薄い
バリア層と、前記薄いバリア層上に形成された第1電極
及び第2電極とを有することを特徴とする半導体記憶装
置によって達成される。
The object is to provide a semiconductor substrate, a thick non-doped barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities, An intermediate barrier layer having a symmetric barrier whose barrier height does not change, a channel layer formed on the intermediate barrier layer, and a thin barrier layer formed on the channel layer and having a resonant tunneling barrier. And a first electrode and a second electrode formed on the thin barrier layer.

【0015】上記目的は、上述した半導体記憶装置に対
して、前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い
書込みバイアス電圧を印加することにより、前記第1電
極から前記薄いバリア層及び前記中間バリア層を通して
前記浮遊電極層に電子を注入して前記浮遊電極層に情報
を書込み、前記第1電極と前記第2電極間に前記書込バ
イアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加し、前
記チャネル層に電流が流れるか否かに基づいて、前記浮
遊電極層に記憶された情報を読出し、前記書込みバイア
ス電圧よりも高い消去バイアス電圧を前記第1電極及び
前記第2電極に印加することにより、前記第2電極から
前記薄いバリア層及び前記中間バリア層を通して前記浮
遊電極層に蓄積された電子を放出して前記浮遊電極層の
情報を消去することを特徴とする半導体記憶装置の情報
記憶方法によって達成される。
[0015] The above object is achieved by applying a write bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode to the semiconductor memory device described above, whereby the thin barrier layer and the thin layer are formed from the first electrode. Writing information into the floating electrode layer by injecting electrons into the floating electrode layer through the intermediate barrier layer; applying a read bias voltage lower than the write bias voltage between the first electrode and the second electrode; Reading information stored in the floating electrode layer based on whether a current flows in the channel layer and applying an erase bias voltage higher than the write bias voltage to the first electrode and the second electrode; Accordingly, the electrons stored in the floating electrode layer are released from the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer, thereby erasing information in the floating electrode layer. It is achieved by an information storage method for a semiconductor memory device according to claim.

【0016】上記目的は、半導体基板と、前記半導体基
板上に形成されたノンドープの厚いバリア層と、前記厚
いバリア層上に形成され、不純物がドープされた浮遊導
電層と、前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層
側のバリア高さが低い非対称なバリアを有する薄いバリ
ア層と、前記薄いバリア層上に形成されたチャネル層
と、前記チャネル層上に形成された第1電極及び第2電
極とを有することを特徴とする半導体記憶装置によって
達成される。
The object is to provide a semiconductor substrate, a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities, A thin barrier layer having an asymmetric barrier having a low barrier height on the floating conductive layer side; a channel layer formed on the thin barrier layer; a first electrode formed on the channel layer; This is achieved by a semiconductor memory device having a second electrode.

【0017】上記目的は、上述した半導体記憶装置に対
して、前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い
書込みバイアス電圧を印加することにより、前記浮遊電
極層から前記薄いバリア層を介して電子を放出し、前記
チャネル層内に電子蓄積層を形成して、前記浮遊電極層
に情報を書込み、前記第1電極と前記第2電極間に前記
書込バイアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加
し、前記チャネル層に電流が流れるか否かに基づいて、
前記浮遊電極層に記憶された情報を読出し、前記第1電
極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧よりも低く
前記読出しバイアス電圧よりも高い消去バイアス電圧を
印加することにより、前記チャネル層内の前記電子蓄積
層から前記薄いバリア層を通して前記浮遊電極層に電子
を注入して前記浮遊電極層の情報を消去することを特徴
とする半導体記憶装置の情報記憶方法によって達成され
る。
The above object is achieved by applying a write bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode to the semiconductor memory device described above, so that the thin barrier layer is removed from the floating electrode layer. Forming an electron storage layer in the channel layer, writing information to the floating electrode layer, and setting a read bias lower than the write bias voltage between the first electrode and the second electrode. Applying a voltage, based on whether a current flows through the channel layer,
Reading the information stored in the floating electrode layer and applying an erase bias voltage lower than the write bias voltage and higher than the read bias voltage between the first electrode and the second electrode; And erasing information in the floating electrode layer by injecting electrons from the electron storage layer into the floating electrode layer through the thin barrier layer.

【0018】[0018]

【作用】本発明によれば、半導体基板上に、ノンドープ
の厚いバリア層と、不純物がドープされた浮遊導電層
と、浮遊導電層側のバリア高さが高い非対称なバリアを
有する薄いバリア層と、チャネル層とを積層し、チャネ
ル層上に第1電極及び第2電極とを設けたので、第1電
極より第2電極の方が電位が高い書込みバイアス電圧を
印加することにより、第1電極から薄いバリア層を介し
て浮遊電極層に注入される電子の量が浮遊電極層から薄
いバリア層を介して第2電極に放出される電子の量より
多いことを利用して、浮遊電極層に電子を注入して情報
を書込み、第1電極と第2電極間に書込バイアス電圧よ
りも低い読出しバイアス電圧を印加したときにチャネル
層に電流が流れるか否かに基づいて記憶された情報を読
出すようにすることができる。
According to the present invention, a non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, and a thin barrier layer having an asymmetric barrier with a high barrier height on the floating conductive layer side are provided on a semiconductor substrate. And a channel layer, and the first electrode and the second electrode are provided on the channel layer. By applying a writing bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode, the first electrode Utilizing the fact that the amount of electrons injected into the floating electrode layer from the floating electrode layer through the thin barrier layer is larger than the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer. Information is written by injecting electrons, and the stored information is determined based on whether or not a current flows through the channel layer when a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the first electrode and the second electrode. To read It can be.

【0019】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層側の共鳴準位が高い非対称な共
鳴トンネリングバリアを有する薄いバリア層と、チャネ
ル層とを積層し、チャネル層上に第1電極及び第2電極
とを設けたので、第1電極より第2電極の方が電位が高
い書込みバイアス電圧を印加することにより、第1電極
から薄いバリア層を介して浮遊電極層に注入される電子
の量が浮遊電極層から薄いバリア層を介して第2電極に
放出される電子の量より多いことを利用して、浮遊電極
層に電子を注入して情報を書込み、第1電極と第2電極
間に書込バイアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を
印加したときにチャネル層に電流が流れるか否かに基づ
いて記憶された情報を読出し、書込みバイアス電圧より
も高い消去バイアス電圧を第1電極及び第2電極に印加
することにより、浮遊電極層から薄いバリア層を介して
第2電極に放出される電子の量が第1電極から薄いバリ
ア層を介して浮遊電極層に注入される電子の量より多い
ことを利用して、浮遊電極層に蓄積された電子を放出し
て情報を消去するようにすることができる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, a thin barrier layer having an asymmetric resonance tunneling barrier having a high resonance level on the floating conductive layer side, and a channel layer are stacked. Since the first electrode and the second electrode are provided, by applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, the first electrode is injected into the floating electrode layer via a thin barrier layer. Utilizing that the amount of electrons to be emitted is larger than the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer, electrons are injected into the floating electrode layer to write information, and the first electrode is written. When a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the memory cell and the second electrode, the stored information is read based on whether a current flows in the channel layer, and an erase via higher than the write bias voltage is read. By applying a voltage to the first and second electrodes, the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode via the thin barrier layer is reduced from the first electrode to the floating electrode layer via the thin barrier layer. Utilizing the fact that the amount is larger than the amount of injected electrons, the information can be erased by discharging the electrons accumulated in the floating electrode layer.

【0020】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層側のバリア高さが低い非対称な
バリアを有する中間バリア層と、チャネル層と、バリア
高さが変化しない対称なバリアを有する薄いバリア層と
を積層し、薄いバリア層上に第1電極及び第2電極とを
設けたので、第1電極より第2電極の方が電位が高い書
込みバイアス電圧を印加することにより、第1電極から
薄いバリア層及び中間バリア層を介して浮遊電極層に注
入される電子の量が浮遊電極層から中間バリア層及び薄
いバリア層を介して第2電極に放出される電子の量より
多いことを利用して、第1電極から薄いバリア層及び中
間バリア層を通して浮遊電極層に電子を注入して浮遊電
極層に情報を書込み、第1電極と第2電極間に書込バイ
アス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加したとき
にチャネル層に電流が流れるか否かに基づいて記憶され
た情報を読出し、書込みバイアス電圧よりも高い消去バ
イアス電圧を第1電極及び第2電極に印加することによ
り、浮遊電極層から薄いバリア層及び中間バリア層を介
して第2電極に放出される電子の量が第1電極から薄い
バリア層及び中間バリア層を介して浮遊電極層に注入さ
れる電子の量より多いことを利用して、第2電極から薄
いバリア層及び中間バリア層を通して浮遊電極層に蓄積
された電子を放出して浮遊電極層の情報を消去するよう
にすることができる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A thick non-doped barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, an intermediate barrier layer having an asymmetric barrier with a low barrier height on the floating conductive layer side, a channel layer, and a symmetric barrier where the barrier height does not change And the first electrode and the second electrode are provided on the thin barrier layer. By applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, The amount of electrons injected from the first electrode into the floating electrode layer through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer is smaller than the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the intermediate barrier layer and the thin barrier layer. Utilizing the fact that electrons are injected into the floating electrode layer from the first electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer to write information in the floating electrode layer, and a write bias voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Also low By reading stored information based on whether a current flows through the channel layer when a read bias voltage is applied and applying an erase bias voltage higher than the write bias voltage to the first electrode and the second electrode, The amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer is smaller than the amount of electrons injected from the first electrode to the floating electrode layer through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer. Utilizing this fact, electrons accumulated in the floating electrode layer can be emitted from the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer to erase information in the floating electrode layer.

【0021】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、バリア高さが変化しない対称なバリアを有
する中間バリア層と、チャネル層と、共鳴トンネリング
バリアを有する薄いバリア層とを積層し、薄いバリア層
上に第1電極及び第2電極とを設けたので、第1電極よ
り第2電極の方が電位が高い書込みバイアス電圧を印加
することにより、第1電極から薄いバリア層及び中間バ
リア層を介して浮遊電極層に注入される電子の量が浮遊
電極層から中間バリア層及び薄いバリア層を介して第2
電極に放出される電子の量より多いことを利用して、第
1電極から薄いバリア層及び中間バリア層を通して浮遊
電極層に電子を注入して浮遊電極層に情報を書込み、第
1電極と第2電極間に書込バイアス電圧よりも低い読出
しバイアス電圧を印加したときにチャネル層に電流が流
れるか否かに基づいて記憶された情報を読出し、書込み
バイアス電圧よりも高い消去バイアス電圧を第1電極及
び第2電極に印加することにより、浮遊電極層から薄い
バリア層及び中間バリア層を介して第2電極に放出され
る電子の量が第1電極から薄いバリア層及び中間バリア
層を介して浮遊電極層に注入される電子の量より多いこ
とを利用して、第2電極から薄いバリア層及び中間バリ
ア層を通して浮遊電極層に蓄積された電子を放出して浮
遊電極層の情報を消去するようにすることができる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, an intermediate barrier layer having a symmetric barrier whose barrier height does not change, a channel layer, and a thin barrier layer having a resonant tunneling barrier are stacked, Since the first electrode and the second electrode are provided on the thin barrier layer, by applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, the thin barrier layer and the intermediate barrier are removed from the first electrode. The amount of electrons injected into the floating electrode layer through the layer is changed from the floating electrode layer to the second through the intermediate barrier layer and the thin barrier layer.
Utilizing the fact that it is larger than the amount of electrons emitted to the electrode, electrons are injected into the floating electrode layer from the first electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer, and information is written into the floating electrode layer. When a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the two electrodes, the stored information is read based on whether a current flows in the channel layer, and the erase bias voltage higher than the write bias voltage is set to the first. When applied to the electrode and the second electrode, the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer is increased from the first electrode to the thin barrier layer and the intermediate barrier layer. Utilizing the fact that the amount of electrons injected into the floating electrode layer is larger than the amount of electrons injected into the floating electrode layer, the electrons stored in the floating electrode layer are released from the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer, and information on the floating electrode layer is obtained. It is possible to be removed by.

【0022】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層側のバリア高さが低い非対称な
バリアを有する薄いバリア層と、チャネル層とを積層
し、チャネル層上に第1電極及び第2電極とを設けたの
で、第1電極より第2電極の方が電位が高い書込みバイ
アス電圧を印加することにより、浮遊電極層から薄いバ
リア層を介して第2電極に放出される電子の量が第1電
極から薄いバリア層を介して浮遊電極層に注入される電
子の量より多いことを利用して、浮遊電極層から電子を
放出して情報を書込み、第1電極と第2電極間に書込バ
イアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加したと
きにチャネル層に電流が流れるか否かに基づいて記憶さ
れた情報を読出し、第1電極と第2電極間に書込バイア
ス電圧よりも低く読出しバイアス電圧よりも高い消去バ
イアス電圧を印加することにより、チャネル層内の電子
蓄積層から薄いバリア層を通して浮遊電極層に電子を注
入して浮遊電極層の情報を消去するようにすることがで
きる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, a thin barrier layer having an asymmetric barrier with a low barrier height on the floating conductive layer side, and a channel layer are stacked, and a first layer is formed on the channel layer. Since the electrode and the second electrode are provided, by applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, the second electrode is discharged from the floating electrode layer to the second electrode via the thin barrier layer. Utilizing that the amount of electrons is larger than the amount of electrons injected from the first electrode into the floating electrode layer through the thin barrier layer, electrons are emitted from the floating electrode layer to write information, and the first electrode and the first electrode are written. When a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the two electrodes, the stored information is read based on whether or not a current flows in the channel layer, and a write bias is applied between the first electrode and the second electrode. Read below voltage By applying an erase bias voltage higher than the bias voltage, electrons can be injected from the electron storage layer in the channel layer through the thin barrier layer into the floating electrode layer to erase information in the floating electrode layer. .

【0023】[0023]

【実施例】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置
を図1及び図2を用いて説明する。半絶縁性InP基板
10上には、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asか
らなる約300nm厚の厚いバリア層12が形成されて
いる。厚いバリア層12上には、シリコン(Si)のド
ープ量が5×1017cm-3のn−In0.53Ga0.47As
からなる約200nm厚の浮遊導電層14が形成されて
いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. On the semi-insulating InP substrate 10, a thick barrier layer 12 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 300 nm is formed. On the thick barrier layer 12, n-In 0.53 Ga 0.47 As with a doping amount of silicon (Si) of 5 × 10 17 cm −3 is provided.
A floating conductive layer 14 of about 200 nm in thickness is formed.

【0024】浮遊電極層14上には、ノンドープのi−
In0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなる約20
nm厚の薄いバリア層16が形成されている。薄いバリ
ア層16のi−In0.52(AlxGa1−x)0.48As
のアルミニウムの組成比(x値)は、半絶縁性InP基
板10側から表面側に向かってx=1.0から0.5ま
で直線的に変化している。薄いバリア層16は、図1
(b)に示すように、浮遊電極層14側のバリア高さが
0.53eVと高く、徐々にバリア高さが低くなり、上
面のバリア高さが0.27eVとなっている。
On the floating electrode layer 14, a non-doped i-
In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As
A thin barrier layer 16 having a thickness of nm is formed. I-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As of thin barrier layer 16
The aluminum composition ratio (x value) linearly changes from x = 1.0 to 0.5 from the semi-insulating InP substrate 10 side to the surface side. The thin barrier layer 16 is shown in FIG.
As shown in (b), the barrier height on the floating electrode layer 14 side is as high as 0.53 eV, the barrier height gradually decreases, and the barrier height on the upper surface is 0.27 eV.

【0025】薄いバリア層16上には、シリコンのドー
プ量が5×1017cm-3のn−In 0.53Ga0.47Asか
らなる約30nm厚のチャネル層18が形成されてい
る。チャネル層18上には、シリコンのドープ量を5×
1017cm-3から5×1019cm-3まで変化させた約2
0nm厚のn−In0.53Ga0.47As層20aと、シリ
コンのドープ量が5×1019cm-3の約50nm厚のn
−In0.53Ga0.47As層20bからなるコンタクト層
20が形成されている。コンタクト層20は、2つの電
極を形成するための凸部が設けられている。
On top of the thin barrier layer 16 is a silicon dopant.
5 × 1017cm-3N-In 0.53Ga0.47As
A channel layer 18 having a thickness of about 30 nm is formed.
You. On the channel layer 18, a silicon doping amount of 5 ×
1017cm-3From 5 × 1019cm-3Changed to about 2
0 nm thick n-In0.53Ga0.47As layer 20a and silicon layer
5 × 1019cm-3About 50 nm thick n
-In0.53Ga0.47Contact layer composed of As layer 20b
20 are formed. The contact layer 20 has two electrodes.
Protrusions for forming poles are provided.

【0026】コンタクト層20の2つの凸部には、約2
00nm厚のタングステンシリサイド(WSi)層から
なる第1電極22、第2電極24が形成されている。第
1電極22、第2電極24は、タングステンシリサイド
層の代わりに、約20nm厚のクロム層と約190nm
厚の金層とを積層したCr/Au層や、約60nm厚の
パラジウム層と約80nm厚のゲルマニウム層を積層し
たPd/Ge層を用いてもよい。
The two convex portions of the contact layer 20 have approximately 2
A first electrode 22 and a second electrode 24 made of a tungsten silicide (WSi) layer having a thickness of 00 nm are formed. Instead of the tungsten silicide layer, the first electrode 22 and the second electrode 24 are formed of a chromium layer having a thickness of about 20 nm and a chromium layer having a thickness of about 190 nm.
A Cr / Au layer in which a thick gold layer is stacked, or a Pd / Ge layer in which a palladium layer having a thickness of about 60 nm and a germanium layer having a thickness of about 80 nm may be used.

【0027】次に、本実施例による半導体記憶装置の記
憶方法について図2を用いて説明する。図2は本実施例
の薄いバリア層の順方向と逆方向の電流電圧特性を示す
グラフである。まず、情報の書込み方法について説明す
る。この半導体記憶装置に情報を書込む場合には、第1
電極22と第2電極24の一方、例えば、第1電極22
を接地し、第2電極24を正の電位にする書込みバイア
ス電圧を印加する。このような書込みバイアス電圧を印
加すると、電子は第1電極22からチャネル層18を通
って第2電極24に流れると共に、チャネル層18から
薄いバリア層16をトンネルして浮遊電極層14に注入
され、再度、薄いバリア層16をトンネルしてチャネル
層18に流れ、最終的に第2電極24に達する。
Next, the storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the current-voltage characteristics of the thin barrier layer of this embodiment in the forward and reverse directions. First, a method for writing information will be described. When writing information to this semiconductor memory device, the first
One of the electrode 22 and the second electrode 24, for example, the first electrode 22
Are grounded, and a write bias voltage for setting the second electrode 24 to a positive potential is applied. When such a write bias voltage is applied, electrons flow from the first electrode 22 through the channel layer 18 to the second electrode 24 and are injected from the channel layer 18 into the floating electrode layer 14 through the thin barrier layer 16. Then, again, the thin barrier layer 16 tunnels to the channel layer 18 and finally reaches the second electrode 24.

【0028】薄いバリア層16は、図2(b)に示すよ
うに、バリア高さが浮遊電極層14側からチャネル層1
8側に向かって0.53eVから0.27eVに傾斜さ
せている。このため、第1電極22から浮遊電極層14
に流れる電子に対する順方向のバリアは、図2(c)に
示すように、電子がトンネルしやすいバンド構造とな
る。これに対し、浮遊電極層14から第2電極24に流
れる電子に対する逆方向のバリアは、図2(d)に示す
ように、電子がトンネルしにくいバンド構造となる。
As shown in FIG. 2B, the thin barrier layer 16 has a barrier height from the floating electrode layer 14 side to the channel layer 1.
It is inclined from 0.53 eV to 0.27 eV toward the 8th side. For this reason, the first electrode 22 to the floating electrode layer 14
As shown in FIG. 2 (c), the forward barrier for electrons flowing through has a band structure in which electrons easily tunnel. On the other hand, the barrier in the reverse direction for electrons flowing from the floating electrode layer 14 to the second electrode 24 has a band structure in which electrons do not easily tunnel as shown in FIG.

【0029】図2(a)に、77Kにおける、傾斜した
バンド構造の薄いバイアス層16に印加されるバイアス
電圧に対する順方向と逆方向に流れる電流値を示す。バ
イアス電圧が0.5V程度までは順方向と逆方向の電流
値はほとんど差がなく、その値も0.5A/cm2 程度
と非常に小さい。しかしながら、0.9V程度になる
と、順方向と逆方向の電流値は順方向で105 A/cm
2 、逆方向で102 A/cm2 となり、電流値の差が約
1000倍にもなる。
FIG. 2A shows current values flowing in the forward and reverse directions with respect to the bias voltage applied to the thin bias layer 16 having the inclined band structure at 77K. Up to a bias voltage of about 0.5 V, there is almost no difference between the current values in the forward and reverse directions, and the value is very small, about 0.5 A / cm 2 . However, at about 0.9 V, the forward and reverse current values are 10 5 A / cm in the forward direction.
2. In the reverse direction, it is 10 2 A / cm 2 , and the difference in current value is about 1000 times.

【0030】このため、第1電極22を接地して第2電
極24に約1.8Vの電圧を印加すると、印加した時点
では順方向と逆方向の薄いバリア層16にほぼ等しいバ
イアス電圧(約0.9V)が印加されるので、約1ps
程度の非常に短い時間内に10-6C/cm2 程度の電荷
量に相当する電子が浮遊電極層14に蓄積される。その
結果、浮遊電極層14の電位が約0.2V程度上がり、
順方向の電流値と逆方向の電流値がほぼ等しくなった電
圧(この場合は、順方向の薄いバリア層16に0.7V
程度、逆方向の薄いバリア層16に1.2V程度)で平
衡状態に達して、浮遊電極14に電子が蓄積され情報を
書込むことができる。
Therefore, when the first electrode 22 is grounded and a voltage of about 1.8 V is applied to the second electrode 24, at the time of application, a bias voltage (approximately about the same as the forward and reverse thin barrier layers 16) is applied. 0.9 V) is applied, so about 1 ps
Electrons corresponding to a charge amount of about 10 −6 C / cm 2 are accumulated in the floating electrode layer 14 within a very short time. As a result, the potential of the floating electrode layer 14 rises by about 0.2 V,
A voltage at which the forward current value and the reverse current value are substantially equal (in this case, 0.7V is applied to the thin forward barrier layer 16).
(Approximately 1.2 V across the thin barrier layer 16 in the opposite direction) to reach an equilibrium state, whereby electrons are accumulated in the floating electrode 14 and information can be written.

【0031】このとき、第2電極24の電圧を0Vにす
ると、浮遊電極層14の電位は0.2V程度高くなる。
しかし、浮遊電極層14が0.2V程度高くなったとし
ても、図2(a)に示すように、順方向の電流値も逆方
向の電流値も10-5A/cm 2 程度しかなく、浮遊電極
層14に蓄積された電子はゆっくりと放出され、この状
態は約10ms程度保持される。さらに、浮遊電極層1
4から電子が放出されると浮遊電極層14の電位が低下
して電子はさらにゆっくりと放出される。例えば、浮遊
電極層14の電位が約0.1Vになると、その状態は約
1s程度保持される。
At this time, the voltage of the second electrode 24 is set to 0V.
Then, the potential of the floating electrode layer 14 increases by about 0.2 V.
However, it is assumed that the floating electrode layer 14 has increased by about 0.2V.
However, as shown in FIG. 2A, the current value in the forward direction is also reverse.
Direction current value is also 10-FiveA / cm TwoOnly a floating electrode
The electrons stored in layer 14 are slowly released,
The state is maintained for about 10 ms. Furthermore, the floating electrode layer 1
4 emits electrons, the potential of the floating electrode layer 14 drops.
The electrons are then emitted more slowly. For example, floating
When the potential of the electrode layer 14 becomes about 0.1 V, the state becomes about
It is held for about 1 s.

【0032】次に、情報の読出し方法について説明す
る。第1電極22からチャネル層18を通して第2電極
24に流れる電流は、浮遊電極層14に電荷が蓄積され
ていない状態では、表面空乏層の影響を受けるだけなの
で、第1電極22と第2電極24間に書込みバイアス電
圧より低い1V程度の読出しバイアス電圧を印加する
と、103 A/cm2 程度の電流が流れる。
Next, a method of reading information will be described. The current flowing from the first electrode 22 to the second electrode 24 through the channel layer 18 is only affected by the surface depletion layer when no charge is stored in the floating electrode layer 14, so that the first electrode 22 and the second electrode When a read bias voltage of about 1 V lower than the write bias voltage is applied during 24, a current of about 10 3 A / cm 2 flows.

【0033】これに対し、浮遊電極層14に電荷が蓄積
された状態では、浮遊電極層14から空乏層が伸びてチ
ャネル層18は殆ど空乏化され、第1電極22と第2電
極24間に電流は殆ど流れなくなる。このように、読出
しバイアス電圧を印加して、第1電極22と第2電極2
4間に流れる電流の有無を検出することにより、浮遊電
極層14に電荷が蓄積されたか否かによる記憶情報を読
出すことができる。
On the other hand, when charges are stored in the floating electrode layer 14, a depletion layer extends from the floating electrode layer 14 and the channel layer 18 is almost depleted. Current hardly flows. As described above, the read bias voltage is applied to the first electrode 22 and the second electrode 2.
By detecting the presence or absence of a current flowing between the four, it is possible to read stored information depending on whether or not charges are accumulated in the floating electrode layer 14.

【0034】なお、第1電極22と第2電極24間に1
V程度の読出しバイアス電圧を印加したときに、薄いバ
リア層16をトンネルして第1電極22から第2電極2
4間を流れる電流は10-4A/cm2 程度しかないの
で、記憶情報の読出しに影響することはない。本実施例
では、浮遊電極層14に蓄積された電子は約1秒程度で
放出され、記憶情報は失われるが、薄いバリア層16を
約20nm厚から約30nm厚に厚くすることにより、
24時間程度保持するようにすることが可能である。
The first electrode 22 and the second electrode 24
When a read bias voltage of about V is applied, the thin barrier layer 16 is tunneled to connect the first electrode 22 to the second electrode 2.
Since the current flowing between the electrodes 4 is only about 10 -4 A / cm 2, it does not affect reading of stored information. In the present embodiment, the electrons accumulated in the floating electrode layer 14 are released in about one second, and the stored information is lost.
It is possible to hold for about 24 hours.

【0035】紫外線を照射することにより浮遊電極層1
4に蓄積された電子を放出して、情報を一括消去するこ
とができる。なお、本実施例ではバリア高さが低いので
可視光線でも消去可能である。なお、本実施例の半導体
記憶装置は、熱電的(thermonic) な電流成分を抑えるた
めに77K以下の低温で動作させることが望ましい。
The floating electrode layer 1 is irradiated with ultraviolet rays.
By discharging the electrons stored in the information 4, the information can be erased collectively. In this embodiment, since the barrier height is low, it can be erased even with visible light. It is desirable that the semiconductor memory device of the present embodiment be operated at a low temperature of 77 K or less in order to suppress a thermoelectric current component.

【0036】このように、本実施例によれば、高速に電
気的に書込み可能な読出し専用のメモリ(EPROM)
を実現できる。2本の配線を設けるだけでよいので高集
積化が可能であると共に書込み時間を短縮することがで
きる。また、書込み電圧をシリコンを用いた従来のDR
AM素子の10分の1程度に低くすることができる。次
に、本実施例による半導体記憶装置の製造方法について
説明する。
As described above, according to the present embodiment, a read-only memory (EPROM) which can be electrically written at high speed at high speed.
Can be realized. Since only two wirings need to be provided, high integration is possible and the writing time can be shortened. In addition, a conventional DR using a write voltage of silicon
It can be reduced to about one tenth of the AM element. Next, a method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described.

【0037】まず、電子線ビームエピタキシャル(MB
E)法により、半絶縁性InP基板10上に、ノンドー
プのi−In0.52Al0.48Asからなる約300nm厚
の厚いバリア層(バッファ層)12、シリコンのドープ
量が5×1017cm-3のn−In0.53Ga0.47Asから
なる約200nm厚の浮遊導電層14、ノンドープのi
−In0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなる約2
0nm厚の薄いバリア層16、シリコンのドープ量が5
×1017cm-3のn−In0.53Ga0.47Asからなる約
30nm厚のチャネル層18、シリコンのドープ量を5
×1017cm-3から5×1019cm-3まで変化させた約
20nm厚のn−In0.53Ga0.47As層20a、シリ
コンのドープ量が5×1019cm-3の約50nm厚のn
−In0. 53Ga0.47As層20bを連続的に結晶成長さ
せる。
First, electron beam epitaxy (MB
The thick barrier layer (buffer layer) 12 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 300 nm, and the silicon doping amount is 5 × 10 17 cm −3 on the semi-insulating InP substrate 10 by the E) method. About 200 nm thick floating conductive layer 14 made of n-In 0.53 Ga 0.47 As
-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 About 2
0 nm thick barrier layer 16 with silicon doping of 5
An about 30 nm thick channel layer 18 of n-In 0.53 Ga 0.47 As of × 10 17 cm -3 and a silicon doping amount of 5
An n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 20a having a thickness of about 20 nm changed from × 10 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3, and an n-in thickness of about 50 nm having a silicon doping amount of 5 × 10 19 cm −3
Continuously growing a crystal of -In 0. 53 Ga 0.47 As layer 20b.

【0038】次に、コンタクト層20上に、約200n
m厚のタングステンシリサイド(WSi)層、約20n
m厚のクロム層と約190nm厚の金層とを積層したC
r/Au層、又は、約60nm厚のパラジウム層と約8
0nm厚のゲルマニウム層を積層したPd/Ge層を形
成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術により
パターンエッチングして第1電極22と第2電極24を
形成する。
Next, about 200 n is formed on the contact layer 20.
m thick tungsten silicide (WSi) layer, about 20 n
C having a chrome layer of about m thickness and a gold layer of about 190 nm thickness
r / Au layer or about 60 nm thick palladium layer and about 8
A Pd / Ge layer in which a germanium layer having a thickness of 0 nm is laminated is formed. Subsequently, the first electrode 22 and the second electrode 24 are formed by pattern etching using a normal photolithography technique.

【0039】次に、第1電極22と第2電極24をマス
クとして、CH4 とH2 を用いたRIE法によりガス圧
4Pa、RFパワー60Wのエッチング条件により、第
1電極22と第2電極間のn−In0.53Ga0.47As層
20bとn−In0.53Ga0. 47As層20aをエッチン
グ除去すると共に、第1電極22と第2電極24を取り
囲むように厚いバリア層12に達するまでエッチング除
去して、本実施例の半導体記憶装置を完成する。
Next, using the first electrode 22 and the second electrode 24 as a mask, the first electrode 22 and the second electrode are etched by RIE using CH 4 and H 2 under the conditions of a gas pressure of 4 Pa and an RF power of 60 W. the n-in 0.53 Ga 0.47 as layer 20b and the n-in 0.53 Ga 0. 47 as layer 20a between with etched away, to the first electrode 22 reaches the thick barrier layer 12 so as to surround the second electrode 24 etch By removing, the semiconductor memory device of this embodiment is completed.

【0040】次に、本発明の第2の実施例による半導体
記憶装置を図3を用いて説明する。図1に示す第1の実
施例の半導体記憶装置と同一の構成要素には同一の符号
を付して説明を省略又は簡略にする。本実施例では、浮
遊導電層14とチャネル層18の間の表面リーク電流を
防止するために、図3に示すように、側面にノンドープ
のi−In0.52Al0.48Asからなる約300nm厚の
保護層26を設けている。
Next, a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor memory device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified. In this embodiment, in order to prevent the surface leakage current between the floating conductive layer 14 and the channel layer 18, as shown in FIG. 3, Protection of about 300nm thick made of undoped i-In 0.52 Al 0.48 As to the side A layer 26 is provided.

【0041】第1電極22と第2電極24周囲をメサエ
ッチングした後に、メサ形状の側面全面に、MBE法又
はMOCVD法によりノンドープのi−In0.52Al
0.48Asからなる約300nm厚の保護層26を形成す
る。本実施例によれば、側面を保護層により覆ったので
表面リーク電流を防止して浮遊電極層に蓄積された電子
による記憶情報の保持時間が長くなる。
After mesa etching around the first electrode 22 and the second electrode 24, non-doped i-In 0.52 Al
A protective layer 26 made of 0.48 As and having a thickness of about 300 nm is formed. According to this embodiment, since the side surface is covered with the protective layer, the surface leakage current is prevented, and the retention time of the stored information by the electrons accumulated in the floating electrode layer is extended.

【0042】次に、本発明の第3の実施例による半導体
記憶装置を図4を用いて説明する。図1に示す第1の実
施例の半導体記憶装置と同一の構成要素には同一の符号
を付して説明を省略又は簡略にする。半絶縁性InP基
板10上には、第1の実施例と同様に、ノンドープのi
−In0.52Al0.48Asからなる約300nm厚の厚い
バリア層12、シリコンのドープ量が5×1017cm-3
のn−In0.53Ga0.47Asからなる約200nm厚の
浮遊導電層14、In0.52(AlxGa1−x)0.48
sからなる約30nm厚の薄いバリア層16が順番に積
層されている。
Next, a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor memory device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified. On the semi-insulating InP substrate 10, a non-doped i
-In 0.52 Al 0.48 to about 300nm thickness of a thick barrier layer 12 made of As, doping amount of silicon 5 × 10 17 cm -3
About 200 nm thick floating conductive layer 14 of n-In 0.53 Ga 0.47 As, and In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 A
The thin barrier layers 16 each having a thickness of about 30 nm made of s are sequentially stacked.

【0043】薄いバリア層16のIn0.52(AlxGa
1−x)0.48Asのアルミニウムの組成比(x値)は、
半絶縁性InP基板10側から表面側に向かってx=
1.0から0.5まで直線的に変化している。このた
め、薄いバリア層16は、図4(b)に示すように、浮
遊電極層14側のバリア高さが0.53eVと高く、徐
々にバリア高さが低くなり、上面のバリア高さが0.2
7eVとなっている。また、図4(b)に示すように、
薄いバリア層16の表面側の一部、又は薄いバリア層1
6全部をシリコンによりドープ量が1×1018cm-3
ドープしている。
In 0.52 (AlxGa) of the thin barrier layer 16
1-x) The composition ratio (x value) of 0.48 As aluminum is
From the semi-insulating InP substrate 10 side toward the surface side, x =
It changes linearly from 1.0 to 0.5. For this reason, as shown in FIG. 4B, the barrier height of the thin barrier layer 16 on the floating electrode layer 14 side is as high as 0.53 eV, the barrier height gradually decreases, and the barrier height on the upper surface decreases. 0.2
7 eV. Also, as shown in FIG.
Part of the surface of the thin barrier layer 16 or the thin barrier layer 1
All 6 are doped with silicon to a doping amount of 1 × 10 18 cm −3 .

【0044】薄いバリア層16上には、ノンドープのi
−In0.53Ga0.47Asからなる約30nm厚のチャネ
ル層18が形成されている。薄いバリア層16からチャ
ネル層18中に電子が染みだし、チャネル層18中に2
次元電子チャネル28が形成される。薄いバリア層16
から電子が染みだして空乏化されるために、ノンドープ
のIn0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなる薄い
バリア層16と同様の働きをする。
On the thin barrier layer 16, a non-doped i
A channel layer 18 of about 30 nm thick made of -In 0.53 Ga 0.47 As is formed. Electrons seep out of the thin barrier layer 16 into the channel layer 18 and 2
A two-dimensional electron channel 28 is formed. Thin barrier layer 16
Since the electrons seep out and are depleted, they function similarly to the thin barrier layer 16 made of non-doped In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As.

【0045】チャネル層に2次元電子チャネルが形成さ
れる以外の構成及び動作については第1の実施例と同様
であるので説明を省略する。本実施例によれば、チャネ
ル層内の2次元電子チャネルに電流が流れるか否かによ
り情報の読出しを行っているので、非常に高速に情報の
読出しを行うことができる。
The configuration and operation other than the formation of the two-dimensional electron channel in the channel layer are the same as those of the first embodiment, and therefore the description is omitted. According to the present embodiment, since information is read depending on whether or not a current flows through the two-dimensional electron channel in the channel layer, information can be read at a very high speed.

【0046】次に、本発明の第4の実施例による半導体
記憶装置を図5及び図6を用いて説明する。図1に示す
第1の実施例の半導体記憶装置と同一の構成要素には同
一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。半絶縁性
InP基板10上には、第1の実施例と同様に、ノンド
ープのi−In0.52Al0.48Asからなる約300nm
厚の厚いバリア層12、シリコンのドープ量が5×10
17cm-3のn−In0.53Ga0.47Asからなる約200
nm厚の浮遊導電層14が順番に積層されている。
Next, a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor memory device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified. On the semi-insulating InP substrate 10, about 300 nm made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As, as in the first embodiment.
Thick barrier layer 12 with silicon doping of 5 × 10
Approximately 200 of 17 cm -3 n-In 0.53 Ga 0.47 As
The floating conductive layers 14 having a thickness of nm are sequentially stacked.

【0047】浮遊導電層14上には、第1乃至第3の実
施例におけるバリア高さが非対照のバリアを有する薄い
バリア層16の代わりに、共鳴準位の高さが非対称な共
鳴トンネリングバリア(RTB)を有する薄いバリア層
30が形成されている。薄いバリア層30は、図5
(b)に示すように、浮遊導電層14側から、バリア高
さ1.36eVの約3nm厚のi−AlAsバリア層3
0a、約3nm厚のi−InGaAs井戸層30b、バ
リア高さ0.785eVの約3nm厚のi−In0.35
0.65Asバリア層30c、約3nm厚のi−InGa
As井戸層30d、バリア高さ0.53eVの約3nm
厚のi−In0.52Al0.48Asバリア層30eが積層さ
れた構造となっている。
On the floating conductive layer 14, instead of the thin barrier layer 16 having the asymmetric barrier height in the first to third embodiments, a resonant tunneling barrier having an asymmetric resonance level is used. A thin barrier layer 30 having (RTB) is formed. The thin barrier layer 30 is shown in FIG.
As shown in (b), from the floating conductive layer 14 side, the i-AlAs barrier layer 3 having a barrier height of 1.36 eV and a thickness of about 3 nm is formed.
0a, i-InGaAs well layer 30b about 3 nm thick, i-In 0.35 A about 3 nm thick with a barrier height of 0.785 eV.
l 0.65 As barrier layer 30c, i-InGa of about 3 nm thickness
As well layer 30d, barrier height 0.53 eV, about 3 nm
It has a structure in which a thick i-In 0.52 Al 0.48 As barrier layer 30e is stacked.

【0048】薄いバリア層30上には、シリコンのドー
プ量が5×1017cm-3のn−In 0.53Ga0.47Asか
らなる約30nm厚のチャネル層18、シリコンのドー
プ量を5×1017cm-3から5×1019cm-3まで変化
させた約20nm厚のn−In0.53Ga0.47As層20
a、シリコンのドープ量が5×1019cm-3の約50n
m厚のn−In0.53Ga0.47As層20bからなるコン
タクト層20が順番に積層されている。このコンタクト
層20上には第1電極22と第2電極24が形成されて
いる。
On the thin barrier layer 30, a silicon
5 × 1017cm-3N-In 0.53Ga0.47As
A channel layer 18 of about 30 nm thickness,
5 × 1017cm-3From 5 × 1019cm-3Change up to
About 20 nm thick n-In0.53Ga0.47As layer 20
a, the silicon doping amount is 5 × 1019cm-3About 50n
m-thick n-In0.53Ga0.47A capacitor composed of the As layer 20b
The tact layers 20 are sequentially stacked. This contact
A first electrode 22 and a second electrode 24 are formed on the layer 20.
I have.

【0049】次に、本実施例による半導体記憶装置の記
憶方法について図6を用いて説明する。図6は本実施例
の薄いバリア層の順方向と逆方向の電流電圧特性を示す
グラフである。図6から明らかなように、本実施例にお
ける共鳴トンネリングバリアを有する薄いバリア層30
に対する順方向、逆方向の電流とも、印加電圧が0.5
V程度までは殆ど流れない。しかし、印加電圧が0.8
Vになると、順方向において薄いバリア層30が共鳴ト
ンネリング状態となり、約4×104 A/cm2の電流
が流れるのに対して、逆方向では薄いバリア層30が共
鳴状態とならず101 A/cm2 程度の電流しか流れな
い。
Next, the storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the current-voltage characteristics of the thin barrier layer of this example in the forward and reverse directions. As is apparent from FIG. 6, the thin barrier layer 30 having the resonant tunneling barrier in the present embodiment.
The applied voltage is 0.5
It hardly flows up to about V. However, when the applied voltage is 0.8
At V, the thin barrier layer 30 is in a resonant tunneling state in the forward direction and a current of about 4 × 10 4 A / cm 2 flows, whereas the thin barrier layer 30 is not in a resonant state in the reverse direction and is 10 1. A current of only about A / cm 2 flows.

【0050】逆に、印加電圧が1.5Vになると、順方
向において薄いバリア層30が非共鳴状態となり102
A/cm2 程度の電流しか流れないのに対して、逆方向
において薄いバリア層30が共鳴トンネリング状態とな
り、約4×104 A/cm2の電流が流れるという逆転
現象と発生する。本実施例では、この逆転現象を利用し
て、情報の書込みと共に情報の消去も可能にしている。
Conversely, when the applied voltage becomes 1.5 V, the thin barrier layer 30 becomes non-resonant in the forward direction and becomes 10 2
While a current of only about A / cm 2 flows, the thin barrier layer 30 enters a resonant tunneling state in the opposite direction, and a reverse phenomenon occurs in which a current of about 4 × 10 4 A / cm 2 flows. In this embodiment, by utilizing this reversal phenomenon, it is possible to erase information as well as write information.

【0051】第1電極22と第2電極24の一方、例え
ば、第1電極22を接地し、第2電極24を約1.6V
の電位にする。このような書込みバイアス電圧を印加す
ると、薄いバリア層30を順方向に流れる電流の方が、
逆方向に流れる電流に比べて非常に大きいため、1ps
〜10psの短時間で浮遊電極層14に電子が注入され
る。浮遊電極層14に電子が蓄積されると、浮遊電極層
14の電位が約0.2V程度上昇する。
One of the first electrode 22 and the second electrode 24, for example, the first electrode 22 is grounded, and the second electrode 24 is set to about 1.6V.
Potential. When such a write bias voltage is applied, the current flowing in the thin barrier layer 30 in the forward direction becomes
1 ps because it is much larger than the current flowing in the reverse direction
Electrons are injected into the floating electrode layer 14 in a short time of 10 to 10 ps. When electrons are accumulated in the floating electrode layer 14, the potential of the floating electrode layer 14 increases by about 0.2V.

【0052】この状態で、第2電極24に印加していた
電圧を0Vにすると、浮遊電極層14の電位は一定時
間、例えば約1μsだけ0.2V程度に保たれる。次
に、浮遊電極層14に電子が蓄積された状態で、第1電
極22と第2電極24間に書込みバイアス電圧よりも高
い3V程度の消去バイアス電圧を印加すると、薄いバリ
ア層30を順方向に流れる電流よりも、逆方向に流れる
電流の方が大きくなり、浮遊電極層14に蓄積された電
子は薄いバリア層30を通して第2電極24から放出さ
れて記憶された情報が消去される。
In this state, when the voltage applied to the second electrode 24 is set to 0 V, the potential of the floating electrode layer 14 is maintained at about 0.2 V for a certain period of time, for example, about 1 μs. Next, when electrons are accumulated in the floating electrode layer 14 and an erase bias voltage of about 3 V higher than the write bias voltage is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, the thin barrier layer 30 is moved in the forward direction. The current flowing in the reverse direction is larger than the current flowing in the floating electrode layer 14, and the electrons stored in the floating electrode layer 14 are emitted from the second electrode 24 through the thin barrier layer 30 to erase the stored information.

【0053】一方、第1電極22からチャネル層18を
通して第2電極24に流れる電流は、浮遊電極層14に
電荷が蓄積されていない状態では、表面空乏層の影響を
受けるだけなので、第1電極22と第2電極24間に書
込みバイアス電圧より低い1V程度の読出しバイアス電
圧を印加すると、103 A/cm2 程度の電流が流れ
る。
On the other hand, a current flowing from the first electrode 22 to the second electrode 24 through the channel layer 18 is affected only by the surface depletion layer when no charge is accumulated in the floating electrode layer 14. When a read bias voltage of about 1 V lower than the write bias voltage is applied between the second electrode 22 and the second electrode 24, a current of about 10 3 A / cm 2 flows.

【0054】これに対し、浮遊電極層14に電荷が蓄積
された状態では、浮遊電極層14から空乏層が伸びてチ
ャネル層18は殆ど空乏化され、第1電極22と第2電
極24間に電流は殆ど流れなくなる。このように、読出
しバイアス電圧を印加して、第1電極22と第2電極2
4間に流れる電流の有無を検出することにより、浮遊電
極層14に電荷が蓄積されたか否かによる記憶情報を読
出すことができる。
On the other hand, when charges are accumulated in the floating electrode layer 14, a depletion layer extends from the floating electrode layer 14 and the channel layer 18 is almost depleted. Current hardly flows. As described above, the read bias voltage is applied to the first electrode 22 and the second electrode 2.
By detecting the presence or absence of a current flowing between the four, it is possible to read stored information depending on whether or not charges are accumulated in the floating electrode layer 14.

【0055】なお、本実施例では、共鳴トンネルバリア
を2つ直列に接続した、いわゆる双安定状態の回路は用
いておらず、双安定状態にならないようにそれぞれの順
方向のバリア特性と逆方向のバリアの特性により、印加
する電圧を決定している。本実施例によれば、第1電極
22と第2電極24間に1.6V程度の書込みバイアス
電圧を加えると、浮遊電極層14に電子が蓄積されて記
憶情報1が書き込まれ、第1電極22と第2電極24間
に3V程度の消去バイアス電圧を印加すると浮遊電極層
14に蓄積された電子が放出されて、記憶情報0が書き
込まれる。このような情報の書込み消去動作を利用して
ダイナミックRAM(DRAM)が実現できる。
In this embodiment, a so-called bistable state circuit in which two resonant tunnel barriers are connected in series is not used. The applied voltage is determined according to the characteristics of the barrier. According to this embodiment, when a write bias voltage of about 1.6 V is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, electrons are accumulated in the floating electrode layer 14 and the stored information 1 is written, and the first electrode 22 is written. When an erasing bias voltage of about 3 V is applied between the second electrode 22 and the second electrode 24, the electrons stored in the floating electrode layer 14 are released, and the storage information 0 is written. A dynamic RAM (DRAM) can be realized using such an information write / erase operation.

【0056】ただし、本実施例の半導体記憶装置におけ
る記憶情報はある時間が経過すると消えてしまうので、
その時間内に記憶情報の再書き込みを行うリフレッシュ
制御が必要となる。なお、記憶情報の保持時間を1s程
度に長くするためには、薄いバリア層16の基板側のバ
リアをより厚くするか高くする方法が有効である。基板
側のバリア層30aを約20nm厚のi−In0.52Al
0.48As層30aにすると、0.2Vでの蓄積時間が1
〜10s程度となる。これは、シリコンのMOSFET
とキャパシタを用いたDRAMの保持時間とほぼ同様で
ある。なお、保持時間を長くするためには、メサ部分を
i−InAlAsで埋め込んだ状態にすることが望まし
い。
However, the stored information in the semiconductor memory device of this embodiment disappears after a certain period of time.
Refresh control for rewriting the stored information within that time is required. In order to extend the retention time of the stored information to about 1 s, it is effective to make the barrier on the substrate side of the thin barrier layer 16 thicker or higher. The barrier layer 30a on the substrate side is made of i-In 0.52 Al having a thickness of about 20 nm.
When the 0.48 As layer 30a is used, the storage time at 0.2V is 1
About 10 s to about 10 s. This is a silicon MOSFET
And the holding time of a DRAM using a capacitor. In order to extend the holding time, it is desirable that the mesa portion be buried with i-InAlAs.

【0057】次に、本発明の第5の実施例による半導体
記憶装置を図7を用いて説明する。図6に示す第4の実
施例の半導体記憶装置と同一の構成要素には同一の符号
を付して説明を省略又は簡略にする。半絶縁性InP基
板10上には、ノンドープのi−In0.52Al0.48As
からなる約300nm厚の厚いバリア層12が形成され
ている。この厚いバリア層12上には、図7左側の領域
に素子分離された状態で、第4の実施例と同様に、シリ
コンのドープ量が5×1017cm-3のn−In0.53Ga
0.47Asからなる約200nm厚の浮遊導電層14、共
鳴準位の高さが非対称な共鳴トンネリングバリア(RT
B)を有する薄いバリア層30が形成されている。
Next, a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor memory device of the fourth embodiment shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified. On the semi-insulating InP substrate 10, a non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As
A thick barrier layer 12 of about 300 nm in thickness is formed. On the thick barrier layer 12, n-In 0.53 Ga with a silicon doping amount of 5 × 10 17 cm −3 is formed in the same manner as in the fourth embodiment in a state where the elements are separated into the region on the left side of FIG.
A floating conductive layer 14 made of 0.47 As and having a thickness of about 200 nm, a resonant tunneling barrier (RT) having an asymmetric resonance level.
A thin barrier layer 30 having B) is formed.

【0058】薄いバリア層30は、第4の実施例と同様
に、浮遊導電層14側から、バリア高さ1.36eVの
約3nm厚のi−AlAsバリア層30a、約3nm厚
のi−InGaAs井戸層30b、バリア高さ0.78
5eVの約3nm厚のi−In0.35Al0.65Asバリア
層30c、約3nm厚のi−InGaAs井戸層30
d、バリア高さ0.53eVの約3nm厚のi−In
0.52Al0.48Asバリア層30eが積層されている。本
実施例では、薄いバリア層30の表面側の一部、又は薄
いバリア層30全部、例えば、最も上層のi−In0.52
Al0.48Asバリア層30eをシリコンによりドープ量
が1×1018cm-3にドープされている。
As in the case of the fourth embodiment, the thin barrier layer 30 is formed from the side of the floating conductive layer 14 by a barrier height of 1.36 eV and an i-AlAs barrier layer 30a of about 3 nm thickness, and an i-AlGaAs barrier layer of about 3 nm thickness. Well layer 30b, barrier height 0.78
5 eV about 3 nm thick i-In 0.35 Al 0.65 As barrier layer 30 c, about 3 nm thick i-InGaAs well layer 30
d, about 3 nm thick i-In with a barrier height of 0.53 eV
A 0.52 Al 0.48 As barrier layer 30e is laminated. In the present embodiment, a part of the thin barrier layer 30 on the surface side or the entire thin barrier layer 30, for example, the uppermost layer i-In 0.52
The Al 0.48 As barrier layer 30e is doped with silicon to a doping amount of 1 × 10 18 cm −3 .

【0059】薄いバリア層30上には、ノンドープのi
−In0.53Ga0.47Asからなる約30nm厚のチャネ
ル層18、シリコンのドープ量を5×1017cm-3から
5×1019cm-3まで変化させた約20nm厚のn−I
0.53Ga0.47As層20a、シリコンのドープ量が5
×1019cm-3の約50nm厚のn−In0.53Ga0. 47
As層20bからなるコンタクト層20が順番に積層さ
れている。このコンタクト層20上には第1電極22と
第2電極24が形成されている。このようにして半絶縁
性InP基板10上の左側の領域に本実施例の半導体記
憶装置が形成されている。
On the thin barrier layer 30, a non-doped i
-In 0.53 Ga 0.47 channel layer 18 of approximately 30nm thickness consisting of As, n-I of about 20nm thickness was varied doping amount of silicon from 5 × 10 17 cm -3 to 5 × 10 19 cm -3
n 0.53 Ga 0.47 As layer 20a, silicon doping amount is 5
× 10 19 cm n-In 0.53 to about 50nm thick -3 Ga 0. 47
The contact layers 20 composed of the As layers 20b are sequentially stacked. On this contact layer 20, a first electrode 22 and a second electrode 24 are formed. In this manner, the semiconductor memory device of the present embodiment is formed in the left region on the semi-insulating InP substrate 10.

【0060】本実施例の半導体記憶装置では、薄いバリ
ア層30からチャネル層18中に電子が染みだし、チャ
ネル層18中に2次元電子チャネル28が形成される。
チャネル層に2次元電子チャネルが形成される以外の動
作については第4の実施例と同様であるので説明を省略
する。一方、半絶縁性InP基板10上の右側の領域に
も、半導体記憶装置と同様の層構造のHEMTが形成さ
れている。すなわち、厚いバリア層12上に、素子分離
された状態で、シリコンのドープ量が5×1017cm-3
の約200nm厚のn−In0.53Ga0.47As層32、
電子供給層34、能動層36、コンタクト層20が順番
に積層されている。
In the semiconductor memory device of this embodiment, electrons leak from the thin barrier layer 30 into the channel layer 18, and a two-dimensional electron channel 28 is formed in the channel layer 18.
The operation other than the formation of the two-dimensional electron channel in the channel layer is the same as that of the fourth embodiment, and the description is omitted. On the other hand, a HEMT having a layer structure similar to that of the semiconductor memory device is also formed in the right region on the semi-insulating InP substrate 10. In other words, the silicon doping amount is 5 × 10 17 cm −3 on the thick barrier layer 12 while the elements are separated.
A n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 32 having a thickness of about 200 nm;
The electron supply layer 34, the active layer 36, and the contact layer 20 are sequentially stacked.

【0061】電子供給層34は、半導体記憶装置の薄い
バリア層30と同様に共鳴準位の高さが非対称な共鳴ト
ンネリングバリア(RTB)を有する層構造をしてお
り、n−In0.53Ga0.47As層32側から、バリア高
さ1.36eVの約3nm厚のi−AlAsバリア層3
0a、約3nm厚のi−InGaAs井戸層30b、バ
リア高さ0.785eVの約3nm厚のi−In0.35
0.65Asバリア層30c、約3nm厚のi−InGa
As井戸層30d、バリア高さ0.53eVの約3nm
厚のi−In0.52Al0.48Asバリア層30eが積層さ
れている。薄いバリア層30の表面側の一部、又は薄い
バリア層30全部、例えば、最も上層のi−In0.52
0.48Asバリア層30eをシリコンによりドープ量が
1×1018cm-3にドープされている。
The electron supply layer 34 has a layer structure having a resonance tunneling barrier (RTB) having an asymmetric resonance level as in the thin barrier layer 30 of the semiconductor memory device, and has an n-In 0.53 Ga 0.47 An i-AlAs barrier layer 3 having a barrier height of 1.36 eV and a thickness of about 3 nm from the As layer 32 side.
0a, i-InGaAs well layer 30b about 3 nm thick, i-In 0.35 A about 3 nm thick with a barrier height of 0.785 eV.
l 0.65 As barrier layer 30c, i-InGa of about 3 nm thickness
As well layer 30d, barrier height 0.53 eV, about 3 nm
A thick i-In 0.52 Al 0.48 As barrier layer 30e is laminated. Part of the surface side of the thin barrier layer 30 or the entire thin barrier layer 30, for example, the uppermost i-In 0.52 A
The l 0.48 As barrier layer 30e is doped with silicon to a doping amount of 1 × 10 18 cm −3 .

【0062】能動層36は、チャネル層18と同じ約3
0nm厚のノンドープのi−In0. 53Ga0.47Asから
なる。電子供給層34から能動層36中に電子が染みだ
し、能動層34中に2次元電子チャネル38が形成され
る。コンタクト層20上にはソース電極40とドレイン
電極42が形成され、これらソース電極40とドレイン
電極42間の能動層36上には、タングステンシリサイ
ド(WSi)やアルミニウム(Al)からなるゲート電
極44が形成されている。
The active layer 36 has a thickness of about 3
0nm made of non-doped i-In 0. 53 Ga 0.47 As having a thickness. Electrons seep from the electron supply layer 34 into the active layer 36, and a two-dimensional electron channel 38 is formed in the active layer 34. A source electrode 40 and a drain electrode 42 are formed on the contact layer 20, and a gate electrode 44 made of tungsten silicide (WSi) or aluminum (Al) is formed on the active layer 36 between the source electrode 40 and the drain electrode 42. Is formed.

【0063】本実施例によれば、チャネル層内の2次元
電子チャネルに電流が流れるか否かにより情報の読出し
を行っているので、非常に高速に情報の読出しを行うこ
とができる。また、半導体記憶装置と同じ半絶縁性In
P基板上にHEMTを形成することができ、記憶情報の
増幅やメモリ素子用の周辺回路を簡単に形成することが
できる。次に、本発明の第6の実施例による半導体記憶
装置を図8を用いて説明する。図1に示す第1の実施例
の半導体記憶装置と同一の構成要素には同一の符号を付
して説明を省略又は簡略にする。
According to the present embodiment, information is read based on whether or not a current flows through the two-dimensional electron channel in the channel layer, so that information can be read at a very high speed. Further, the same semi-insulating In as in the semiconductor memory device is used.
A HEMT can be formed on a P substrate, and a peripheral circuit for amplifying stored information and a memory element can be easily formed. Next, a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor memory device of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

【0064】半絶縁性InP基板10上には、ノンドー
プのi−In0.52Al0.48Asからなる約300nm厚
の厚いバリア層12が形成されている。厚いバリア層1
2上には、シリコンのドープ量が1×1018cm-3のn
−In0.53Ga0.47Asからなる約200nm厚の浮遊
導電層14が形成されている。浮遊電極層14上には、
ノンドープのi−In0.52(AlxGa1−x)0.48
sからなる約200nm厚の中間バリア層46が形成さ
れている。この中間バリア層46のi−In0.52(Al
xGa1−x)0.48Asのアルミニウムの組成比(x
値)は、基板側から表面側に向かってx=0.5から
0.75まで直線的に増加している。中間バリア層46
は、図8(c)に示すように、浮遊電極層14側のバリ
ア高さが0.27eVと低く、徐々にバリア高さが高く
なり、上面のバリア高さが0.41eVとなっている。
On the semi-insulating InP substrate 10, a thick barrier layer 12 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 300 nm is formed. Thick barrier layer 1
2 on which n is doped with 1 × 10 18 cm −3 of silicon.
A floating conductive layer 14 of about 200 nm thick made of -In 0.53 Ga 0.47 As is formed. On the floating electrode layer 14,
Non-doped i-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 A
An intermediate barrier layer 46 of about 200 nm thick is formed. The i-In 0.52 (Al
xGa1-x) 0.48 As composition ratio of aluminum (x
Value) increases linearly from x = 0.5 to 0.75 from the substrate side to the surface side. Intermediate barrier layer 46
As shown in FIG. 8C, the barrier height on the floating electrode layer 14 side is as low as 0.27 eV, the barrier height is gradually increased, and the barrier height on the upper surface is 0.41 eV. .

【0065】中間バリア層46上には、シリコンのドー
プ量が1×1018cm-3のn−In 0.53Ga0.47Asか
らなる約30nm厚のチャネル層48が形成されてい
る。チャネル層48上には、ノンドープのi−In0.52
Al0.48Asからなる約20nm厚の薄いバリア層50
が形成されている。薄いバリア層50は、図8(b)に
示すように、常にバリア高さが0.53eVの対称的な
バリアを有している。
On the intermediate barrier layer 46, a silicon
1 × 1018cm-3N-In 0.53Ga0.47As
A channel layer 48 having a thickness of about 30 nm.
You. On the channel layer 48, a non-doped i-In0.52
Al0.48A thin barrier layer 50 of about 20 nm thick made of As
Is formed. The thin barrier layer 50 is shown in FIG.
As shown, the barrier height is always symmetrical with 0.53 eV.
Has a barrier.

【0066】薄いバリア層50上には、シリコンのドー
プ量を5×1017cm-3から5×1019cm-3まで変化
させた約20nm厚のn−In0.53Ga0.47As層52
aと、シリコンのドープ量が5×1019cm-3の約60
nm厚のn−In0.53Ga0. 47As層52bからなるコ
ンタクト層52が形成されている。コンタクト層52
は、2つの電極を形成するための凸部が設けられ、これ
らコンタクト層52の2つの凸部上には第1電極22、
第2電極24が形成されている。
On the thin barrier layer 50, an n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 52 of about 20 nm thickness in which the doping amount of silicon is changed from 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3.
a and a silicon doping amount of about 60 × 10 19 cm −3 .
a contact layer 52 made of nm thick n-In 0.53 Ga 0. 47 As layer 52b is formed. Contact layer 52
Are provided with protrusions for forming two electrodes, and the first electrode 22,
A second electrode 24 is formed.

【0067】次に、本実施例による半導体記憶装置の記
憶方法について説明する。まず、情報の書込み方法につ
いて説明する。この半導体記憶装置に情報を書込む場合
には、第1電極22と第2電極24の一方、例えば、第
1電極22を接地し、第2電極24を1.5〜2.0V
程度の正の電位にする書込みバイアス電圧を印加する。
このような書込みバイアス電圧を印加すると、第1電極
から薄いバリア層50を通して薄いチャネル層48に電
子が注入される。薄いチャネル層48に注入された電子
は、0.5〜0.6eV程度のエネルギーを有するホッ
トエレクトロンとなり、中間バリア層46をも通過して
厚い浮遊導電層14に注入され、蓄積される。
Next, the storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained. First, a method for writing information will be described. When writing information to the semiconductor memory device, one of the first electrode 22 and the second electrode 24, for example, the first electrode 22 is grounded, and the second electrode 24 is set to 1.5 to 2.0V.
A write bias voltage is applied to make the potential about positive.
When such a write bias voltage is applied, electrons are injected from the first electrode into the thin channel layer 48 through the thin barrier layer 50. The electrons injected into the thin channel layer 48 become hot electrons having an energy of about 0.5 to 0.6 eV, pass through the intermediate barrier layer 46, are injected into the thick floating conductive layer 14, and are accumulated.

【0068】厚い浮遊導電層14に電子が蓄積される
と、浮遊導電層14の電位が上がり、チャネル層48が
半絶縁性InP基板10側から空乏化される。チャネル
層48が空乏化されると、チャネル層48を通して第2
電極24に流れ込む電子がなくなり、第2電極24から
第1電極22に電流が流れなくなる。このように浮遊導
電層14に電子が蓄積された状態を記憶情報「1」とし
て書込むことができる。
When electrons are accumulated in the thick floating conductive layer 14, the potential of the floating conductive layer 14 increases, and the channel layer 48 is depleted from the semi-insulating InP substrate 10 side. When the channel layer 48 is depleted, the second through the channel layer 48
No electrons flow into the electrode 24, and no current flows from the second electrode 24 to the first electrode 22. Thus, the state in which the electrons are accumulated in the floating conductive layer 14 can be written as the storage information “1”.

【0069】次に、情報の読み出し方法について説明す
る。浮遊電極層14に電荷が蓄積されていない状態で
は、チャネル層48は空乏化されていないため、第1電
極22と第2電極24間に書込みバイアス電圧より低い
1V程度の読出しバイアス電圧を印加すると、103
/cm2 程度の電流が流れる。
Next, a method for reading information will be described. When no charge is accumulated in the floating electrode layer 14, the channel layer 48 is not depleted. Therefore, when a read bias voltage of about 1 V lower than the write bias voltage is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, , 10 3 A
/ Cm 2 flows.

【0070】これに対し、浮遊電極層14に電荷が蓄積
された状態では、浮遊電極層14から空乏層が伸びてチ
ャネル層48は殆ど空乏化され、第1電極22と第2電
極24間に電流が殆ど流れなくなる。このように、読出
しバイアス電圧を印加して、第1電極22と第2電極2
4間に流れる電流の有無を検出することにより、浮遊電
極層14に電荷が蓄積されたか否かによる記憶情報を読
出すことができる。
On the other hand, in the state where charges are accumulated in the floating electrode layer 14, the depletion layer extends from the floating electrode layer 14, and the channel layer 48 is almost depleted, and the space between the first electrode 22 and the second electrode 24 is formed. Current hardly flows. As described above, the read bias voltage is applied to the first electrode 22 and the second electrode 2.
By detecting the presence or absence of a current flowing between the four, it is possible to read stored information depending on whether or not charges are accumulated in the floating electrode layer 14.

【0071】なお、浮遊導電層14に電子が蓄積されて
いない状態(記憶情報「0」)では、1V程度の読出し
バイアス電圧を印加しても、チャネル層48に注入され
た電子は厚い中間バリア層46で反射され、浮遊導電層
14に達しないので、情報を読み出しにより浮遊導電層
14に電子が注入されて記憶情報が変化することがな
い。
In a state where electrons are not accumulated in the floating conductive layer 14 (stored information “0”), even if a read bias voltage of about 1 V is applied, electrons injected into the channel layer 48 will not be thick intermediate barrier. Since the light is reflected by the layer 46 and does not reach the floating conductive layer 14, electrons are injected into the floating conductive layer 14 by reading information and stored information is not changed.

【0072】また、浮遊導電層14に電子が蓄積された
状態(記憶情報「1」)では、チャネル層48が空乏化
しているため、1V程度の読み出しバイアス電圧では、
電子は殆ど注入されないので、情報を読み出しにより浮
遊導電層14から電子が放出されて記憶情報が変化する
ことがない。次に、書込まれた情報の消去方法について
説明する。
In the state where electrons are accumulated in the floating conductive layer 14 (stored information “1”), the channel layer 48 is depleted, so that at a read bias voltage of about 1 V,
Since almost no electrons are injected, there is no change in stored information due to emission of electrons from the floating conductive layer 14 by reading information. Next, a method of erasing written information will be described.

【0073】浮遊導電層14に電子が蓄積され情報が書
込まれた状態で第1電極22と第2電極24間に3〜4
V程度の電圧を印加すると、i−In0.52(AlxGa
1−x)0.48Asからなる中間バリア層46を通して電
流が流れ出す。このとき、中間バリア層46は、表面側
から基板側に向かってバリア高さが低くなっているた
め、第1電極22から浮遊導電層14への電流よりも、
浮遊導電層14から第2電極24への電流の方が大き
く、浮遊導電層14に蓄積された電子は第2電極24に
放出され、書込まれた情報が消去される。
In the state where electrons are accumulated in the floating conductive layer 14 and information is written, 3-4 between the first electrode 22 and the second electrode 24
When a voltage of about V is applied, i-In 0.52 (AlxGa
1-x) A current flows through the intermediate barrier layer 46 made of 0.48 As. At this time, the intermediate barrier layer 46 has a lower barrier height from the surface side toward the substrate side, and therefore has a higher current than the current flowing from the first electrode 22 to the floating conductive layer 14.
The current from the floating conductive layer 14 to the second electrode 24 is larger, and the electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are released to the second electrode 24, and the written information is erased.

【0074】浮遊導電層14に蓄積された電子が放出さ
れると、チャネル層48の空乏層が短くなり、読出しバ
イアス電圧を印加したときに、第1電極22と第2電極
24間に電流が流れるようになる。本実施例では、中間
バリア層46を厚くすれば、浮遊導電層14に蓄積され
た電子が放出し難くすることができ、記憶情報「1」の
保持時間を例えば10分程度に非常に長くすることがで
きる。なお、浮遊導電層14に電子が蓄積されていない
状態(記憶情報「0」)は書込みが行われない限り永久
に保持される。
When the electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are released, the depletion layer of the channel layer 48 becomes short, and a current flows between the first electrode 22 and the second electrode 24 when a read bias voltage is applied. It will flow. In this embodiment, if the thickness of the intermediate barrier layer 46 is increased, the electrons accumulated in the floating conductive layer 14 can be hardly released, and the retention time of the stored information “1” can be made extremely long, for example, about 10 minutes. be able to. Note that a state in which no electrons are accumulated in the floating conductive layer 14 (storage information “0”) is maintained forever unless writing is performed.

【0075】このように、本実施例によれば、高速に電
気的に書込み可能な読出し専用のメモリ(EPROM)
や、書込み読出しができ、再書込みが必要なメモリ(D
RAM)を実現できる。2本の配線を設けるだけでよい
ので高集積化が可能であると共に書込み時間を短縮する
ことができる。次に、本発明の第7の実施例による半導
体記憶装置を図9を用いて説明する。図8に示す第6の
実施例の半導体記憶装置と同一の構成要素には同一の符
号を付して説明を省略又は簡略にする。
As described above, according to the present embodiment, a read-only memory (EPROM) that can be electrically written at high speed is used.
Memory that can be written and read and needs to be rewritten (D
RAM). Since only two wirings need to be provided, high integration is possible and the writing time can be shortened. Next, a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor memory device of the sixth embodiment shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

【0076】半絶縁性InP基板10上には、ノンドー
プのi−In0.52Al0.48Asからなる約300nm厚
の厚いバリア層12が形成されている。この厚いバリア
層12上には、図9左側の領域に素子分離された状態
で、第6の実施例と同様に、n−In0.53Ga0.47As
からなる約200nm厚の浮遊導電層14、i−In0.
52(AlxGa1−x)0.48Asからなる約200nm
厚の中間バリア層46、n−In0.53Ga0.47Asから
なる約30nm厚のチャネル層48、i−In0. 52Al
0.48Asからなる約20nm厚の薄いバリア層50、n
−In0.53Ga0. 47Asからなるコンタクト層50が形
成され、コンタクト層50上には第1電極22と第2電
極24が形成されている。このようにして半絶縁性In
P基板10上の左側の領域に本実施例の半導体記憶装置
が形成されている。
On the semi-insulating InP substrate 10, a thick barrier layer 12 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 300 nm is formed. On this thick barrier layer 12, n-In 0.53 Ga 0.47 As is separated from the left region of FIG.
About 200 nm thick floating conductive layer 14, i-In 0.
52 (AlxGa1-x) 0.48 As, about 200 nm
The thickness of the intermediate barrier layer 46, n-In 0.53 Ga 0.47 channel layer 48 of approximately 30nm thickness consisting of As, i-In 0. 52 Al
A thin barrier layer 50, n of about 20 nm thick made of 0.48 As
-In 0.53 Ga 0. contact layer 50 made of 47 As is formed, is on the contact layer 50 is formed between the first electrode 22 second electrode 24. Thus, semi-insulating In
The semiconductor memory device of the present embodiment is formed in a left region on the P substrate 10.

【0077】一方、半絶縁性InP基板10上の右側の
領域に、半導体記憶装置と同様の層構造のHETやRH
ETが形成されている。すなわち、厚いバリア層12上
に、素子分離された状態で、n−In0.53Ga0.47As
からなる約200nm厚のコレクタ層54、i−In
0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなる約200n
m厚のバリア層56、n−In0.53Ga0.47Asからな
る約30nm厚のベース引出し層58、i−In0.52
0.48Asからなる約20nm厚の薄いベース層60、
n−In0.53Ga0.47Asからなる約 nm厚のエミ
ッタ層62が階段状に形成されている。
On the other hand, in the right region on the semi-insulating InP substrate 10, HET and RH having the same layer structure as the semiconductor memory device are provided.
ET is formed. That is, on the thick barrier layer 12, n-In 0.53 Ga 0.47 As
About 200 nm thick collector layer 54, i-In
About 200n consisting of 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As
An m-thick barrier layer 56, a base extraction layer 58 of about 30 nm thickness made of n-In 0.53 Ga 0.47 As, i-In 0.52 A
a thin base layer 60 of about 20 nm thick made of l 0.48 As;
About n-In 0.53 Ga 0.47 As An emitter layer 62 having a thickness of nm is formed stepwise.

【0078】コレクタ層54は浮遊導電層14に対応
し、バリア層56は中間バリア層46に対応し、ベース
引出し層58はチャネル層48に対応し、ベース層60
は薄いバリア層50に対応し、エミッタ層62はコンタ
クト層52に対応している。コレクタ層54上にはコレ
クタ電極64が形成され、ベース引出し層58上にはベ
ース電極66が形成され、エミッタ層62上にはエミッ
タ電極68が形成されている。
The collector layer 54 corresponds to the floating conductive layer 14, the barrier layer 56 corresponds to the intermediate barrier layer 46, the base extraction layer 58 corresponds to the channel layer 48, and the base layer 60
Corresponds to the thin barrier layer 50, and the emitter layer 62 corresponds to the contact layer 52. A collector electrode 64 is formed on the collector layer 54, a base electrode 66 is formed on the base extraction layer 58, and an emitter electrode 68 is formed on the emitter layer 62.

【0079】このように、半絶縁性InP基板10の右
側の領域には、マルチエミッタタイプのInGaAs/
In(AlGa)Asホットエレクトロントランジスタ
(HET)や共鳴トンネリングホットエレクトロントラ
ンジスタ(RHET)を形成することができる。次に、
本発明の第8の実施例による半導体記憶装置を図10及
び図11を用いて説明する。図8に示す第6の実施例の
半導体記憶装置と同一の構成要素には同一の符号を付し
て説明を省略又は簡略にする。
As described above, in the region on the right side of the semi-insulating InP substrate 10, a multi-emitter type InGaAs /
An In (AlGa) As hot electron transistor (HET) or a resonant tunneling hot electron transistor (RHET) can be formed. next,
A semiconductor memory device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor memory device of the sixth embodiment shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

【0080】半絶縁性InP基板10上に、厚いバリア
層12、浮遊導電層14が形成され、浮遊電極層14上
に中間バリア層46が。本実施例の中間バリア層46は
約30nm厚のi−In0.52(Al0.875 Ga0.125
0.48Asからなり、図10(c)に示すように、バリア
高さが0.46eVで一定の対称的なバリアを有してい
る。
A thick barrier layer 12 and a floating conductive layer 14 are formed on a semi-insulating InP substrate 10, and an intermediate barrier layer 46 is formed on the floating electrode layer 14. The intermediate barrier layer 46 of the present embodiment is made of i-In 0.52 (Al 0.875 Ga 0.125 ) having a thickness of about 30 nm.
It is made of 0.48 As, and has a constant symmetric barrier with a barrier height of 0.46 eV, as shown in FIG.

【0081】中間バリア層46上にはチャネル層48が
形成され、このチャネル層48上には、共鳴トンネリン
グバリア(RTB)を有する薄いバリア層70が形成さ
れている。薄いバリア層70は、図10(a)に示すよ
うに、浮遊導電層14側から、バリア高さ1.36eV
の約2.36nm厚のi−AlAsバリア層70a、約
3.3nm厚のi−InGaAs井戸層70b、バリア
高さ1.36eVの約2.36nm厚のi−AlAsバ
リア層70cが積層された構造となっている。
A channel layer 48 is formed on the intermediate barrier layer 46, and a thin barrier layer 70 having a resonant tunneling barrier (RTB) is formed on the channel layer 48. As shown in FIG. 10A, the thin barrier layer 70 has a barrier height of 1.36 eV from the floating conductive layer 14 side.
An i-AlAs barrier layer 70a having a thickness of about 2.36 nm, an i-InGaAs well layer 70b having a thickness of about 3.3 nm, and an i-AlAs barrier layer 70c having a barrier height of about 1.36 eV and having a thickness of about 2.36 nm are stacked. It has a structure.

【0082】薄いバリア層70上にはコンタクト層52
が形成され、コンタクト層52には第1電極22、第2
電極24が形成されている。次に、本実施例による半導
体記憶装置の記憶方法について図11を用いて説明す
る。図11は本実施例の中間バリア層46と薄いバリア
層70の77Kにおける電流電圧特性を示すグラフであ
る。
The contact layer 52 is formed on the thin barrier layer 70.
Is formed, and the first electrode 22 and the second electrode 22 are formed on the contact layer 52.
An electrode 24 is formed. Next, a storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a graph showing current-voltage characteristics at 77 K of the intermediate barrier layer 46 and the thin barrier layer 70 of this embodiment.

【0083】まず、情報の書込み方法について説明す
る。第1電極22と第2電極24間に1.6V程度のバ
イアス電圧を印加すると、薄いバリア層70と中間バリ
ア層46の両方に最初約0.8Vの電圧が印加される。
図11に示すように、薄いバリア層70を通して約5×
104 A/cm2 もの電流が流れてチャネル層48に電
子が注入される。チャネル層48に注入される電子は、
エネルギが0.7eVと高いため、中間バリア層46を
越えて浮遊導電層14に達する。一方、図11に示すよ
うに、約0.8Vの電圧が印加されても、中間バリア層
46には1×10-3A/cm2 程度の電流しか流れな
い。したがって、浮遊導電層14は電子が蓄積されて、
記憶情報「1」が書込まれる。
First, a method of writing information will be described. When a bias voltage of about 1.6 V is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, a voltage of about 0.8 V is initially applied to both the thin barrier layer 70 and the intermediate barrier layer 46.
As shown in FIG. 11, approximately 5 ×
As much as 10 4 A / cm 2 flows, electrons are injected into the channel layer 48. The electrons injected into the channel layer 48 are
Since the energy is as high as 0.7 eV, the energy reaches the floating conductive layer 14 beyond the intermediate barrier layer 46. On the other hand, as shown in FIG. 11, even when a voltage of about 0.8 V is applied, only about 1 × 10 −3 A / cm 2 flows through the intermediate barrier layer 46. Therefore, the floating conductive layer 14 stores electrons,
The stored information "1" is written.

【0084】記憶情報「1」が書込まれて、浮遊導電層
14に電子が蓄積されると電位が上がり、チャネル層4
8まで空乏層が伸びる。この状態で第1電極22と第2
電極24間のバイアス電圧を0Vにすると、浮遊導電層
14の電位によりチャネル層48が空乏化された状態と
なる。次に、情報の読出し方法について説明する。
When the storage information “1” is written and electrons are accumulated in the floating conductive layer 14, the potential rises and the channel layer 4
The depletion layer extends to 8. In this state, the first electrode 22 and the second
When the bias voltage between the electrodes 24 is 0 V, the channel layer 48 is depleted by the potential of the floating conductive layer 14. Next, a method for reading information will be described.

【0085】浮遊電極層14に電荷が蓄積されていない
状態では、チャネル層48は空乏化されていないため、
第1電極22と第2電極24間に書込みバイアス電圧よ
り低い0.7V程度の読出しバイアス電圧を印加する
と、薄いバリア層70を通ってチャネル層48を104
A/cm2 程度の電流が流れる。これに対し、浮遊電極
層14に電荷が蓄積された状態では、浮遊電極層14か
ら空乏層が伸びてチャネル層48は殆ど空乏化され、第
1電極22と第2電極24間に電流が殆ど流れなくな
る。
When no charge is stored in the floating electrode layer 14, the channel layer 48 is not depleted.
When a read bias voltage of about 0.7 V lower than the write bias voltage is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, the channel layer 48 passes through the thin barrier layer 70 to 10 4
A current of about A / cm 2 flows. On the other hand, in the state where charges are accumulated in the floating electrode layer 14, a depletion layer extends from the floating electrode layer 14 and the channel layer 48 is almost depleted, and almost no current flows between the first electrode 22 and the second electrode 24. It stops flowing.

【0086】このように、読出しバイアス電圧を印加し
て、第1電極22と第2電極24間に流れる電流の有無
を検出することにより、浮遊電極層14に電荷が蓄積さ
れたか否かによる記憶情報を読出すことができる。な
お、第1電極22と第2電極間に0.7V程度のバイア
ス電圧を印加すると、薄いバリア層70を通ってチャネ
ル層48に電子が注入されるが、電子の注入エネルギー
は0.35eV程度と低いため、厚い中間バリア層46
を電子が越えられず、浮遊導電層14には電子が注入さ
れないで、電子の蓄積状態が保持される。
As described above, by applying the read bias voltage and detecting the presence or absence of the current flowing between the first electrode 22 and the second electrode 24, the storage based on whether or not the charge has been accumulated in the floating electrode layer 14 is stored. Information can be read. When a bias voltage of about 0.7 V is applied between the first electrode 22 and the second electrode, electrons are injected into the channel layer 48 through the thin barrier layer 70, but the injection energy of the electrons is about 0.35 eV. And the lower intermediate barrier layer 46
, And the electrons are not injected into the floating conductive layer 14, so that the accumulated state of electrons is maintained.

【0087】また、この状態で、第1電極22と第2電
極24間に書込みバイアス電圧と同じ1.6V程度のバ
イアス電圧を印加しても、薄いバリア層70には電圧は
かからず電子は注入されない。このとき、中間バリア層
46には0.7V程度の電圧がかかるが、図11に示す
ように、電流密度は10-6A/cm2 程度と小さいの
で、蓄積された電子が放出されるのに時間がかかり、記
憶情報を1秒程度保持することが可能である。バイアス
電圧を1秒程度以下の短いパルスにすれば情報を保持し
続けることができる。
In this state, even when a bias voltage of about 1.6 V, which is the same as the write bias voltage, is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, no voltage is applied to the thin barrier layer 70 and electrons are not applied. Is not injected. At this time, a voltage of about 0.7 V is applied to the intermediate barrier layer 46. However, as shown in FIG. 11, since the current density is as small as about 10 −6 A / cm 2 , the accumulated electrons are released. Takes a long time, and the stored information can be held for about one second. If the bias voltage is set to a short pulse of about 1 second or less, the information can be maintained.

【0088】次に、情報の消去方法について説明する。
第1電極22と第2電極24間に約4Vの高い消去バイ
アス電圧を印加すると、約2Vの電圧が中間バリア層4
6に印加される。中間バリア層46を通る電流密度は、
図11に示すように、104 A/cm2 程度となり、1
0ps程度の時間で浮遊導電層14に蓄積された電子は
急激に放出され、記憶情報「1」が消去され、記憶情報
「0」が書込まれる。
Next, a method of erasing information will be described.
When a high erase bias voltage of about 4V is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, a voltage of about 2V is applied to the intermediate barrier layer 4.
6 is applied. The current density through the intermediate barrier layer 46 is
As shown in FIG. 11, it becomes about 10 4 A / cm 2 ,
The electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are rapidly released in about 0 ps, the stored information “1” is erased, and the stored information “0” is written.

【0089】浮遊導電層14から電子が放出された状態
で、第1電極22と第2電極24間に4V程度の高い消
去バイアス電圧が印加され続けても、チャネル層48は
空乏化されていないため、ほとんどの電圧(約2.5
V)は共鳴トンネリングバリアを有する薄いバリア層7
0に印加される。しかしながら、薄いバリア層70は、
図11に示すように、2.5Vではバレー状態にあり、
電流密度が102 A/cm2 程度と低いため、注入され
た電子は浮遊導電層14に到達しない。また、注入され
た電子は殆どL谷へ散乱されてチャネル層48を流れる
ため、浮遊導電層14には電子は殆ど蓄積されない。し
たがって、書込みバイアス電圧よりも高い消去バイアス
電圧が印加されても電子が蓄積された記憶情報「1」が
書込まれることはない。
Even if a high erase bias voltage of about 4 V is continuously applied between the first electrode 22 and the second electrode 24 in a state where electrons are emitted from the floating conductive layer 14, the channel layer 48 is not depleted. Therefore, most of the voltage (about 2.5
V) is a thin barrier layer 7 having a resonant tunneling barrier
0 is applied. However, the thin barrier layer 70
As shown in FIG. 11, the valley state is at 2.5 V,
Since the current density is as low as about 10 2 A / cm 2 , the injected electrons do not reach the floating conductive layer 14. The injected electrons are almost scattered to the L valley and flow through the channel layer 48, so that the floating conductive layer 14 hardly accumulates electrons. Therefore, even when an erase bias voltage higher than the write bias voltage is applied, the stored information “1” in which electrons are stored is not written.

【0090】次に、本発明の第9の実施例による半導体
記憶装置を図12を用いて説明する。本実施例では所望
の領域に選択的に半導体記憶装置を形成するものであ
る。本実施例では第5の実施例による半導体記憶装置を
形成する場合を例として説明する。半絶縁性InP基板
10上には、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asか
らなる約300nm厚の厚いバリア層12が形成されて
いる。この厚いバリア層12上には全面に約200nm
厚のIn0.53Ga0.47As層72が形成されている。こ
のIn0.53Ga0.47As層72には、半導体記憶装置が
形成される中央の領域にのみシリコンがドープされドー
プ量が5×1017cm-3のn−In0.53Ga 0.47Asか
らなる浮遊導電層72aが形成され、浮遊導電層72a
の周囲はノンドープのn−In0.53Ga0.47Asからな
る素子分離層72bが形成されている。
Next, a semiconductor according to a ninth embodiment of the present invention will be described.
The storage device will be described with reference to FIG. In this embodiment,
Semiconductor memory device is selectively formed in a region
You. In the present embodiment, the semiconductor memory device according to the fifth embodiment is
The case of forming is described as an example. Semi-insulating InP substrate
10, a non-doped i-In0.52Al0.48As
A thick barrier layer 12 having a thickness of about 300 nm
I have. On this thick barrier layer 12, about 200 nm
Thick In0.53Ga0.47An As layer 72 is formed. This
In0.53Ga0.47The As layer 72 includes a semiconductor storage device.
Silicon is doped only in the central region where
5 × 1017cm-3N-In0.53Ga 0.47As
A floating conductive layer 72a made of
Is undoped n-In0.53Ga0.47From As
An element isolation layer 72b is formed.

【0091】浮遊導電層72a上には、共鳴準位の高さ
が非対称な共鳴トンネリングバリア(RTB)を有する
薄いバリア層30が形成されている。この薄いバリア層
30は、浮遊導電層72側から、バリア高さ0.53e
Vのi−AlAsバリア層30a、i−InGaAs井
戸層30b、バリア高さ0.785eVのi−In0. 35
Al0.65Asバリア層30c、i−InGaAs井戸層
30d、バリア高さ0.53eVのi−In0.52Al
0.48Asバリア層30eが積層されている。本実施例で
は、薄いバリア層30の表面側の一部である、最も上層
のi−In0.52Al0.48Asバリア層30eをシリコン
によりドープ量が1×1018cm-3にドープされてい
る。
On the floating conductive layer 72a, a thin barrier layer 30 having a resonant tunneling barrier (RTB) having an asymmetric resonance level is formed. The thin barrier layer 30 has a barrier height of 0.53 e from the floating conductive layer 72 side.
V of i-AlAs barrier layer 30a, i-InGaAs well layer 30b, the barrier height 0.785eV i-In 0. 35
Al 0.65 As barrier layer 30c, i-InGaAs well layer 30d, i-In 0.52 Al having a barrier height of 0.53 eV
A 0.48 As barrier layer 30e is laminated. In the present embodiment, the uppermost i-In 0.52 Al 0.48 As barrier layer 30e, which is a part of the surface side of the thin barrier layer 30, is doped with silicon to a doping amount of 1 × 10 18 cm −3 .

【0092】薄いバリア層30上には、チャネル層1
8、コンタクト層20が順番に積層され、このコンタク
ト層20上に第1電極22と第2電極24が形成されて
いる。バリア層30eからチャネル層18中に電子が染
みだし、チャネル層18中に2次元電子チャネル28が
形成される。このようにして半絶縁性InP基板10上
の所望の領域に本実施例の半導体記憶装置が形成された
構造になっている。
On the thin barrier layer 30, the channel layer 1
8. The contact layer 20 is sequentially stacked, and the first electrode 22 and the second electrode 24 are formed on the contact layer 20. Electrons seep from the barrier layer 30e into the channel layer 18, and a two-dimensional electron channel 28 is formed in the channel layer 18. Thus, the semiconductor memory device of the present embodiment is formed in a desired region on the semi-insulating InP substrate 10.

【0093】なお、ノンドープのIn0.53Ga0.47As
層72の代わりにドープ量が5×1017cm-3程度のp
−In0.53Ga0.47As層又はp−In0.0.52Ga0.48
As層を用いてもよい。リーク電流の少ない、保持時間
の長い半導体記憶装置を実現することができる。次に、
本実施例による半導体記憶装置の製造方法について説明
する。
Note that non-doped In 0.53 Ga 0.47 As
In place of the layer 72, a p-doped amount of about 5 × 10 17 cm -3
-In 0.53 Ga 0.47 As layer or p-In 0.0.52 Ga 0.48
An As layer may be used. A semiconductor memory device with small leakage current and long holding time can be realized. next,
A method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described.

【0094】まず、電子線ビームエピタキシャル(MB
E)法により、半絶縁性InP基板10上に、ノンドー
プのi−In0.52Al0.48Asからなる約300nm厚
の厚いバリア層12、ノンドープの約200nm厚のI
0.53Ga0.47As層72を滞積する。次に、In0.53
Ga0.47As層72上にレジスト層(図示せず)を塗布
し、このレジスト層を半導体記憶装置を形成する領域が
開口するようにパターニングする。続いて、パターニン
グされたレジスト層をマスクとして、In0.53Ga0.47
As層72に、不純物であるシリコンをドーズ量5×1
12cm-2、注入エネルギー100KeV程度で選択的
にイオン注入する。続いて、フラッシュランプ・アニー
ル法により、In0.53Ga0.47As層72を900℃で
5秒程度アニールして活性化し、In0.53Ga0.47As
層72に選択的にドープ量が5×1017cm-3のn−I
0.53Ga0.47Asからなる浮遊導電層72aを形成す
る。
First, electron beam epitaxy (MB
The thick barrier layer 12 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 300 nm, and the non-doped I layer having a thickness of about 200 nm are formed on the semi-insulating InP substrate 10 by the method E).
The n 0.53 Ga 0.47 As layer 72 is deposited. Next, In 0.53
A resist layer (not shown) is applied on the Ga 0.47 As layer 72, and the resist layer is patterned so that a region for forming a semiconductor memory device is opened. Subsequently, using the patterned resist layer as a mask, In 0.53 Ga 0.47
The As layer 72 is doped with silicon as an impurity at a dose of 5 × 1.
Ion implantation is performed selectively at 0 12 cm -2 and implantation energy of about 100 KeV. Then, the flash lamp annealing method, activation was approximately 5 seconds annealed In 0.53 Ga 0.47 As layer 72 at 900 ℃, In 0.53 Ga 0.47 As
The layer 72 is selectively doped with 5 × 10 17 cm -3 n-I
A floating conductive layer 72a made of n 0.53 Ga 0.47 As is formed.

【0095】なお、ノンドープの約200nm厚のIn
0.53Ga0.47As層72の代わりにドープ量が5×10
17cm-3程度のp−In0.53Ga0.47As層又はp−I
0. 0.52Ga0.48As層を滞積し、この層にシリコンを
イオン注入することにより、p型半導体層中にn型半導
体層である浮遊導電層を形成するようにしてもよい。次
に、In0.53Ga0.47As層72上の全面に、ノンドー
プのi−In0.52(AlxGa1−x)0.48Asからな
る約20nm厚の薄いバリア層16、シリコンのドープ
量が5×1017cm-3のn−In0.53Ga0.47Asから
なる約30nm厚のチャネル層18、シリコンのドープ
量を5×1017cm-3から5×1019cm-3まで変化さ
せた約70nm厚のn−In0.53Ga0.47Asからなる
コンタクト層20を連続的に結晶成長させる。
It should be noted that the non-doped In 200
Instead of the 0.53 Ga 0.47 As layer 72, the doping amount is 5 × 10
A p-In 0.53 Ga 0.47 As layer of about 17 cm -3 or p-I
n 0. to accumulate the 0.52 Ga 0.48 As layer, by ion-implanting silicon in the layer, it may be formed a floating conductive layer is an n-type semiconductor layer on the p-type semiconductor layer. Next, on the entire surface of the In 0.53 Ga 0.47 As layer 72, a thin barrier layer 16 of about 20 nm thick made of non-doped i-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As, and a silicon doping amount of 5 × 10 17 cm − 3 , a channel layer 18 of about 30 nm thickness made of n-In 0.53 Ga 0.47 As, and an n-In thickness of about 70 nm obtained by changing the doping amount of silicon from 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3. The contact layer 20 made of 0.53 Ga 0.47 As is continuously crystal-grown.

【0096】次に、コンタクト層20上に、例えば、約
200nm厚のタングステンシリサイド(WSi)層を
形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術によ
りパターンエッチングして第1電極22と第2電極24
を形成する。次に、第1電極22と第2電極24をマス
クとして、CH4 とH2 を用いたRIE法によりガス圧
4パスカル(Pa)、RFパワー60Wのエッチング条
件により、第1電極22と第2電極間のコンタクト層2
0をエッチング除去すると共に、第1電極22と第2電
極24を取り囲むようにIn0.53Ga0.47As層72に
達するまでエッチング除去して、本実施例の半導体記憶
装置を完成する。
Next, a tungsten silicide (WSi) layer having a thickness of, for example, about 200 nm is formed on the contact layer 20. Subsequently, the first electrode 22 and the second electrode 24 are subjected to pattern etching by a usual photolithography technique.
To form Next, using the first electrode 22 and the second electrode 24 as a mask, the first electrode 22 and the second electrode 22 are etched by RIE using CH 4 and H 2 under an etching condition of a gas pressure of 4 Pascal (Pa) and an RF power of 60 W. Contact layer 2 between electrodes
0 is removed by etching and the first electrode 22 and the second electrode 24 are removed by etching until they reach the In 0.53 Ga 0.47 As layer 72 to complete the semiconductor memory device of this embodiment.

【0097】次に、本発明の第10の実施例による半導
体記憶装置を図13及び図14を用いて説明する。半絶
縁性InP基板10上には、ノンドープのi−In0.52
Al0.48Asからなる約300nm厚の厚いバリア層1
2が形成されている。厚いバリア層12上には、シリコ
ン(Si)のドープ量が1×1018cm-3のn−In
0.53Ga0.47Asからなる約200nm厚の浮遊導電層
14が形成されている。
Next, a semiconductor memory device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. On the semi-insulating InP substrate 10, a non-doped i-In 0.52
Thick barrier layer 1 of about 300 nm thick made of Al 0.48 As
2 are formed. On the thick barrier layer 12, n-In having a doping amount of silicon (Si) of 1 × 10 18 cm −3 is formed.
A floating conductive layer 14 of about 200 nm thick made of 0.53 Ga 0.47 As is formed.

【0098】浮遊電極層14上には、ノンドープのi−
In0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなる約20
nm厚の薄いバリア層80が形成されている。薄いバリ
ア層80のi−In0.52(AlxGa1−x)0.48As
のアルミニウムの組成比(x値)は、半絶縁性InP基
板10側から表面側に向かってx=0.5から1.0ま
で直線的に変化している。薄いバリア層80は、図13
(b)に示すように、浮遊電極層14側のバリア高さが
0.27eVと低く、徐々にバリア高さが高くなり、上
面のバリア高さが0.53eVとなっている。
On the floating electrode layer 14, a non-doped i-
In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As
A thin barrier layer 80 having a thickness of nm is formed. I-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As of thin barrier layer 80
The aluminum composition ratio (x value) linearly changes from x = 0.5 to 1.0 from the semi-insulating InP substrate 10 side to the surface side. The thin barrier layer 80 is shown in FIG.
As shown in (b), the barrier height on the floating electrode layer 14 side is as low as 0.27 eV, the barrier height is gradually increased, and the barrier height on the upper surface is 0.53 eV.

【0099】薄いバリア層80上には、ノンドープのi
−In0.53Ga0.47Asからなる約30nm厚のチャネ
ル層18が形成されている。チャネル層18上には、シ
リコンのドープ量を1×1018cm-3から5×1019
-3まで変化させた約20nm厚のn−In0.53Ga
0.47As層20aと、シリコンのドープ量が5×1019
cm-3の約50nm厚のn−In0.53Ga0.47As層2
0bからなるコンタクト層20が形成されている。コン
タクト層20には、2つの電極を形成するための凸部が
設けられている。
On the thin barrier layer 80, a non-doped i
A channel layer 18 of about 30 nm thick made of -In 0.53 Ga 0.47 As is formed. On the channel layer 18, the doping amount of silicon is set to 1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 c
n-In 0.53 Ga of about 20 nm thickness changed to m -3
0.47 As layer 20a and silicon doping amount of 5 × 10 19
n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 2 with a thickness of about 50 nm of cm -3
0b is formed. The contact layer 20 is provided with a protrusion for forming two electrodes.

【0100】コンタクト層20の2つの凸部には、約2
00nm厚のタングステンシリサイド(WSi)層から
なる第1電極22、第2電極24が形成されている。第
1電極22、第2電極24は、タングステンシリサイド
層の代わりに、約20nm厚のクロム層と約190nm
厚の金層とを積層したCr/Au層や、約60nm厚の
パラジウム層と約80nm厚のゲルマニウム層を積層し
たPd/Ge層を用いてもよい。
The two convex portions of the contact layer 20 have approximately 2
A first electrode 22 and a second electrode 24 made of a tungsten silicide (WSi) layer having a thickness of 00 nm are formed. Instead of the tungsten silicide layer, the first electrode 22 and the second electrode 24 are formed of a chromium layer having a thickness of about 20 nm and a chromium layer having a thickness of about 190 nm.
A Cr / Au layer in which a thick gold layer is stacked, or a Pd / Ge layer in which a palladium layer having a thickness of about 60 nm and a germanium layer having a thickness of about 80 nm may be used.

【0101】次に、本実施例による半導体記憶装置の記
憶方法について図14を用いて説明する。図14は本実
施例の薄いバリア層の順方向と逆方向の電流電圧特性を
示すグラフである。まず、情報の書込み方法について説
明する。この半導体記憶装置に情報を書込む場合には、
第1電極22と第2電極24の一方、例えば、第1電極
22を接地し、第2電極24を正の電位にする書込みバ
イアス電圧を印加する。このような書込みバイアス電圧
を印加すると、浮遊電極層14に蓄積された電子は薄い
バリア層80をトンネルしてチャネル層18に流れ、第
2電極24から引き抜かれると共に、第1電極22から
薄いバリア層80をトンネルして浮遊電極層14に電子
が注入される。
Next, the storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 14 is a graph showing the current-voltage characteristics of the thin barrier layer of this example in the forward and reverse directions. First, a method for writing information will be described. When writing information to this semiconductor storage device,
One of the first electrode 22 and the second electrode 24, for example, the first electrode 22 is grounded, and a write bias voltage for making the second electrode 24 positive is applied. When such a write bias voltage is applied, electrons accumulated in the floating electrode layer 14 tunnel through the thin barrier layer 80 and flow to the channel layer 18, are extracted from the second electrode 24, and are thinned from the first electrode 22. Electrons are injected into the floating electrode layer 14 by tunneling through the layer 80.

【0102】薄いバリア層80は、図14(b)に示す
ように、バリア高さが浮遊電極層14側からチャネル層
18側に向かって0.27eVから0.53eVに傾斜
させている。このため、第1電極22から浮遊電極層1
4に流れる電子に対する順方向のバリアは、図14
(c)に示すように、電子がトンネルしにくいバンド構
造となる。これに対し、浮遊電極層14から第2電極2
4に流れる電子に対する逆方向のバリアは、図14
(d)に示すように、電子がトンネルしやすいバンド構
造となる。
As shown in FIG. 14B, the barrier height of the thin barrier layer 80 is inclined from 0.27 eV to 0.53 eV from the floating electrode layer 14 side to the channel layer 18 side. For this reason, the floating electrode layer 1
4 is a forward barrier to electrons flowing in FIG.
As shown in (c), a band structure in which electrons do not easily tunnel is obtained. On the other hand, from the floating electrode layer 14 to the second electrode 2
The barrier in the reverse direction for the electrons flowing in FIG.
As shown in (d), a band structure in which electrons easily tunnel is obtained.

【0103】図14(a)に、77Kにおける、傾斜し
たバンド構造の薄いバイアス層80に印加されるバイア
ス電圧に対する順方向と逆方向に流れる電流値を示す。
バイアス電圧が0.5V程度までは順方向と逆方向の電
流値はほとんど差がなく、その値も0.5A/cm2
度と非常に小さい。しかしながら、0.9V程度になる
と、順方向と逆方向の電流値は順方向で102 A/cm
2 、逆方向で105 A/cm2 となり、電流値の差が約
1000倍にもなる。
FIG. 14A shows the current value flowing in the forward and reverse directions with respect to the bias voltage applied to the thin bias layer 80 having the inclined band structure at 77K.
Up to a bias voltage of about 0.5 V, there is almost no difference between the current values in the forward and reverse directions, and the value is very small, about 0.5 A / cm 2 . However, at about 0.9 V, the forward and reverse current values are 10 2 A / cm in the forward direction.
2. In the reverse direction, it is 10 5 A / cm 2 , and the difference in current value is about 1000 times.

【0104】このため、第1電極22を接地して第2電
極24に約1.8Vの電圧を印加すると、印加した時点
では順方向と逆方向の薄いバリア層80にほぼ等しいバ
イアス電圧(約0.9V)が印加されるので、約1ps
程度の非常に短い時間内に10-6C/cm2 程度の電荷
量に相当する電子が浮遊電極層14から引き抜かれる。
For this reason, when the first electrode 22 is grounded and a voltage of about 1.8 V is applied to the second electrode 24, at the time of application, a bias voltage (approximately equal to the forward and reverse thin barrier layers 80) is applied. 0.9 V) is applied, so about 1 ps
Electrons corresponding to a charge amount of about 10 -6 C / cm 2 are extracted from the floating electrode layer 14 within a very short time.

【0105】その結果、浮遊電極層14の電位が約0.
2V程度下がり、順方向の電流値と逆方向の電流値がほ
ぼ等しくなった電圧(この場合は、順方向の薄いバリア
層80に1.2V程度、逆方向の薄いバリア層80に
0.7V程度)で平衡状態に達して、浮遊電極14から
電子が引き抜かれる。浮遊電極14から電子が引き抜か
れると、チャネル層18に2次元電子チャネル28が形
成されるので、第1電極22と第2電極24間に電流が
流れるようになり、情報を書込むことができる。
As a result, the potential of the floating electrode layer 14 becomes about 0.5.
A voltage that drops by about 2 V and makes the forward current value and the reverse current value almost equal (in this case, about 1.2 V for the forward thin barrier layer 80 and 0.7 V for the reverse thin barrier layer 80). ), And electrons are extracted from the floating electrode 14. When electrons are extracted from the floating electrode 14, a two-dimensional electron channel 28 is formed in the channel layer 18, so that a current flows between the first electrode 22 and the second electrode 24, so that information can be written. .

【0106】このとき、第2電極24の電圧を0Vにす
ると、浮遊電極層14の電位は0.2V程度低くなって
いる。しかし、浮遊電極層14が0.2V程度低くなっ
たとしても、図14(a)に示すように、順方向の電流
値も逆方向の電流値も10-5A/cm2 程度しかなく、
浮遊電極層14に電子はゆっくりと注入され、この状態
は約10ms程度保持される。さらに、浮遊電極層14
に電子が注入されると浮遊電極層14の電位が上昇して
電子はさらにゆっくりと注入される。例えば、浮遊電極
層14の電位が0.1V程度低い状態では、その状態は
約1s程度保持される。
At this time, when the voltage of the second electrode 24 is set to 0 V, the potential of the floating electrode layer 14 is lowered by about 0.2 V. However, even if the floating electrode layer 14 is lowered by about 0.2 V, as shown in FIG. 14A, the forward current value and the reverse current value are only about 10 −5 A / cm 2 ,
Electrons are slowly injected into the floating electrode layer 14, and this state is maintained for about 10 ms. Further, the floating electrode layer 14
Is injected, the potential of the floating electrode layer 14 increases, and electrons are injected more slowly. For example, when the potential of the floating electrode layer 14 is lower by about 0.1 V, the state is maintained for about 1 s.

【0107】次に、情報の読出し方法について説明す
る。第1電極22からチャネル層18を通して第2電極
24に流れる電流は、浮遊電極層14から電子が引き抜
かれていない状態では、第1電極22と第2電極24間
に0.5V程度の電圧を加えても、ほとんど電流は流れ
ない。これに対し、浮遊電極層14から電子が引き抜か
れた状態では、チャネル層18に2次元電子チャネル2
8が形成されるので、第1電極22と第2電極24間に
大きな電流が流れる。
Next, a method of reading information will be described. A current flowing from the first electrode 22 to the second electrode 24 through the channel layer 18 applies a voltage of about 0.5 V between the first electrode 22 and the second electrode 24 when no electrons are extracted from the floating electrode layer 14. Even if added, almost no current flows. On the other hand, when electrons are extracted from the floating electrode layer 14, the two-dimensional electron channel 2
Since 8 is formed, a large current flows between the first electrode 22 and the second electrode 24.

【0108】このように、読出しバイアス電圧を印加し
て、第1電極22と第2電極24間に流れる電流の有無
を検出することにより、浮遊電極層14から電子が引き
抜かれたか否かによる記憶情報を読出すことができる。
なお、第1電極22と第2電極24間に0.5V程度の
読出しバイアス電圧を印加したときに、薄いバリア層8
0を介して流れる電流は10-4A/cm2 程度しかない
ので、記憶情報の読出しに影響することはない。
As described above, by applying the read bias voltage and detecting the presence / absence of the current flowing between the first electrode 22 and the second electrode 24, it is possible to determine whether or not electrons have been extracted from the floating electrode layer 14. Information can be read.
When a read bias voltage of about 0.5 V is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24, the thin barrier layer 8
Since the current flowing through 0 is only about 10 −4 A / cm 2, it does not affect reading of stored information.

【0109】本実施例では、浮遊電極層14に蓄積され
た電子は約1秒程度で放出され、記憶情報は失われる
が、薄いバリア層80を約20nm厚から約30nm厚
に厚くすることにより、24時間程度保持するようにす
ることが可能である。次に、情報の消去方法について説
明する。浮遊電極層14から電子が引き抜かれ、チャネ
ル層18に2次元電子チャネル28が形成された状態
で、第1電極22と第2電極24間に1.0V程度の消
去電圧を印加すると、2次元電子チャネル28の電子は
ホットエレクトロンとなり、薄いバリア層80を越えて
浮遊電極層14に注入される。この場合、薄いバリア層
80が表面側から基板側に向かってバリア高さが低くな
っているため、ホットエレクトロンは浮遊電極層14に
戻りやすい。所定時間以上、第1電極22と第2電極2
4間に1.0V程度の電圧を印加しつづけると、チャネ
ル層18の2次元電子チャネル28は消滅し、浮遊電極
層14に書き込まれた情報が消去される。
In this embodiment, the electrons accumulated in the floating electrode layer 14 are released in about one second, and the stored information is lost. However, by increasing the thickness of the thin barrier layer 80 from about 20 nm to about 30 nm. , For about 24 hours. Next, a method of erasing information will be described. When an erase voltage of about 1.0 V is applied between the first electrode 22 and the second electrode 24 in a state where electrons are extracted from the floating electrode layer 14 and the two-dimensional electron channel 28 is formed in the channel layer 18, two-dimensional electron channels 28 are formed. The electrons in the electron channel 28 become hot electrons and are injected into the floating electrode layer 14 beyond the thin barrier layer 80. In this case, since the barrier height of the thin barrier layer 80 decreases from the surface side toward the substrate side, the hot electrons easily return to the floating electrode layer 14. The first electrode 22 and the second electrode 2 for a predetermined time or more.
When a voltage of about 1.0 V is continuously applied between the four, the two-dimensional electron channel 28 of the channel layer 18 disappears, and information written in the floating electrode layer 14 is erased.

【0110】また、紫外線を照射することにより浮遊電
極層14に電子を注入して、情報を一括消去することが
できる。なお、本実施例の半導体記憶装置は、熱電的(t
hermonic) な電流成分を抑えるために77K以下の低温
で動作させることが望ましい。このように、本実施例に
よれば、高速に電気的に書込み可能な読出し専用のメモ
リ(EPROM)を実現できる。2本の配線を設けるだ
けでよいので高集積化が可能であると共に書込み時間を
短縮することができる。
Further, by irradiating ultraviolet rays, electrons can be injected into the floating electrode layer 14 to collectively erase information. It should be noted that the semiconductor memory device of this embodiment is thermoelectric (t
It is desirable to operate at a low temperature of 77K or less in order to suppress a current component which is not hermonic. As described above, according to this embodiment, a read-only memory (EPROM) that can be electrically written at high speed can be realized. Since only two wirings need to be provided, high integration is possible and the writing time can be shortened.

【0111】次に、本実施例による半導体記憶装置の製
造方法について説明する。まず、電子線ビームエピタキ
シャル(MBE)法により、半絶縁性InP基板10上
に、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asからなる約
300nm厚の厚いバリア層(バッファ層)12、シリ
コン(Si)のドープ量が1×1018cm -3のn−In
0.53Ga0.47Asからなる約200nm厚の浮遊導電層
14、ノンドープのi−In0.52(AlxGa1−x)
0.48Asからなる約20nm厚の薄いバリア層80、ノ
ンドープのi−In0.53Ga0.47Asからなる約30n
m厚のチャネル層18、シリコンのドープ量を1×10
18cm-3から5×1019cm -3まで変化させた約20n
m厚のn−In0.53Ga0.47As層20a、シリコンの
ドープ量が5×1019cm-3の約50nm厚のn−In
0.53Ga0.47As層20bを連続的に結晶成長させる。
Next, the fabrication of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described.
The fabrication method will be described. First, electron beam epitaxy
On the semi-insulating InP substrate 10 by the Char (MBE) method
In addition, non-doped i-In0.52Al0.48About As
300 nm thick barrier layer (buffer layer) 12
The doping amount of the con (Si) is 1 × 1018cm -3N-In
0.53Ga0.47About 200 nm thick floating conductive layer made of As
14. Non-doped i-In0.52(AlxGa1-x)
0.48A thin barrier layer 80 of about 20 nm thick made of As;
Doped i-In0.53Ga0.47About 30n made of As
channel layer 18 having a thickness of m and a silicon doping amount of 1 × 10
18cm-3From 5 × 1019cm -3Changed to about 20n
m-thick n-In0.53Ga0.47As layer 20a, silicon
Dope amount is 5 × 1019cm-3About 50 nm thick n-In
0.53Ga0.47The As layer 20b is continuously grown.

【0112】次に、コンタクト層20上に、約200n
m厚のタングステンシリサイド(WSi)層、約20n
m厚のクロム層と約190nm厚の金層とを積層したC
r/Au層、又は、約60nm厚のパラジウム層と約8
0nm厚のゲルマニウム層を積層したPd/Ge層を形
成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術により
パターンエッチングして第1電極22と第2電極24を
形成する。
Next, on the contact layer 20, about 200 n
m thick tungsten silicide (WSi) layer, about 20 n
C having a chrome layer of about m thickness and a gold layer of about 190 nm thickness
r / Au layer or about 60 nm thick palladium layer and about 8
A Pd / Ge layer in which a germanium layer having a thickness of 0 nm is laminated is formed. Subsequently, the first electrode 22 and the second electrode 24 are formed by pattern etching using a normal photolithography technique.

【0113】次に、第1電極22と第2電極24をマス
クとして、CH4 とH2 を用いたRIE法によりガス圧
4Pa、RFパワー60Wのエッチング条件により、第
1電極22と第2電極間のn−In0.53Ga0.47As層
20bとn−In0.53Ga0. 47As層20aをエッチン
グ除去すると共に、第1電極22と第2電極24を取り
囲むように厚いバリア層12に達するまでエッチング除
去して、本実施例の半導体記憶装置を完成する。
Next, using the first electrode 22 and the second electrode 24 as a mask, the first electrode 22 and the second electrode 22 are etched by RIE using CH 4 and H 2 under the etching conditions of a gas pressure of 4 Pa and an RF power of 60 W. the n-in 0.53 Ga 0.47 as layer 20b and the n-in 0.53 Ga 0. 47 as layer 20a between with etched away, to the first electrode 22 reaches the thick barrier layer 12 so as to surround the second electrode 24 etch By removing, the semiconductor memory device of this embodiment is completed.

【0114】次に、本発明の第11の実施例による半導
体記憶装置を図15を用いて説明する。図13に示す第
10の実施例の半導体記憶装置と同一の構成要素には同
一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。半絶縁性
InP基板10上には、ノンドープのi−In0.52Al
0.48Asからなる約300nm厚の厚いバリア層12が
形成されている。この厚いバリア層12上には、図15
左側の領域に素子分離された状態で、第10の実施例と
同様に、シリコンのドープ量が5×1017cm-3のn−
In0.53Ga0.47Asからなる約200nm厚の浮遊導
電層14、ノンドープのi−In0.52(AlxGa1−
x)0.48Asからなる約20nm厚の薄いバリア層80
が形成されている。
Next, a semiconductor memory device according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor memory device of the tenth embodiment shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified. On the semi-insulating InP substrate 10, a non-doped i-In 0.52 Al
A thick barrier layer 12 of about 300 nm thick made of 0.48 As is formed. On this thick barrier layer 12, FIG.
In a state where the element is isolated on the left side region, as in the tenth embodiment, the n-type silicon is doped with 5 × 10 17 cm −3 .
A floating conductive layer 14 made of In 0.53 Ga 0.47 As and having a thickness of about 200 nm, a non-doped i-In 0.52 (AlxGa1-
x) A thin barrier layer 80 of about 20 nm thick consisting of 0.48 As
Are formed.

【0115】薄いバリア層80では、第10の実施例と
同様に、i−In0.52(AlxGa1−x)0.48Asの
アルミニウムの組成比(x値)が、半絶縁性InP基板
10側から表面側に向かってx=0.5から1.0まで
直線的に変化している。薄いバリア層80は、浮遊電極
層14側のバリア高さが0.27eVと低く、徐々にバ
リア高さが高くなり、上面のバリア高さが0.53eV
となっている。
In the thin barrier layer 80, as in the tenth embodiment, the composition ratio (x value) of i-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As aluminum is changed from the semi-insulating InP substrate 10 side to the surface side. , And changes linearly from x = 0.5 to 1.0. In the thin barrier layer 80, the barrier height on the floating electrode layer 14 side is as low as 0.27 eV, the barrier height is gradually increased, and the barrier height on the upper surface is 0.53 eV.
It has become.

【0116】薄いバリア層80上には、ノンドープのi
−In0.53Ga0.47Asからなる約30nm厚のチャネ
ル層18が形成されている。チャネル層18上には、シ
リコンのドープ量を1×1018cm-3から5×1019
-3まで変化させた約20nm厚のn−In0.53Ga
0.47As層20aと、シリコンのドープ量が5×1019
cm-3の約50nm厚のn−In0.53Ga0.47As層2
0bからなるコンタクト層20が形成されている。コン
タクト層20には、2つの電極を形成するための凸部が
設けられている。
On the thin barrier layer 80, a non-doped i
A channel layer 18 of about 30 nm thick made of -In 0.53 Ga 0.47 As is formed. On the channel layer 18, the doping amount of silicon is set to 1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 c
n-In 0.53 Ga of about 20 nm thickness changed to m -3
0.47 As layer 20a and silicon doping amount of 5 × 10 19
n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 2 with a thickness of about 50 nm of cm -3
0b is formed. The contact layer 20 is provided with a protrusion for forming two electrodes.

【0117】コンタクト層20の2つの凸部には、約2
00nm厚のタングステンシリサイド(WSi)層から
なる第1電極22、第2電極24が形成されている。こ
のようにして半絶縁性InP基板10上の左側の領域
に、第10の実施例と同様の半導体記憶装置が形成され
ている。一方、半絶縁性InP基板10上の右側の領域
にも、半導体記憶装置と同様の層構造のHEMTが形成
されている。すなわち、厚いバリア層12上に、素子分
離層81により素子分離された状態で、シリコンのドー
プ量が5×1017cm-3の約200nm厚のn−In
0.53Ga0.47As層82、電子供給層84、能動層8
6、コンタクト層20が順番に積層されている。
The two convex portions of the contact layer 20 have a thickness of about 2
A first electrode 22 and a second electrode 24 made of a tungsten silicide (WSi) layer having a thickness of 00 nm are formed. Thus, a semiconductor memory device similar to that of the tenth embodiment is formed in the left region on the semi-insulating InP substrate 10. On the other hand, a HEMT having a layer structure similar to that of the semiconductor memory device is also formed in the right region on the semi-insulating InP substrate 10. In other words, on the thick barrier layer 12, in a state where the element is separated by the element separation layer 81, the n-In thickness of about 200 nm with the silicon doping amount of 5 × 10 17 cm −3.
0.53 Ga 0.47 As layer 82, electron supply layer 84, active layer 8
6. The contact layers 20 are sequentially stacked.

【0118】電子供給層84は、半導体記憶装置の薄い
バリア層80と同じ約20nm厚のノンドープのi−I
0.52(AlxGa1−x)0.48Asから構成されてい
る。能動層86は、チャネル層18と同じ約30nm厚
のノンドープのi−In0. 53Ga0.47Asからなる。電
子供給層34から能動層36中に電子が染みだし、能動
層86中に2次元電子チャネル88が形成される。
The electron supply layer 84 is a non-doped i-I layer having a thickness of about 20 nm, which is the same as the thin barrier layer 80 of the semiconductor memory device.
n 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As. The active layer 86 consists of the same about 30nm thick undoped channel layer 18 i-In 0. 53 Ga 0.47 As. Electrons seep from the electron supply layer 34 into the active layer 36 and form a two-dimensional electron channel 88 in the active layer 86.

【0119】コンタクト層20上にはソース電極90と
ドレイン電極92が形成され、これらソース電極90と
ドレイン電極92間のn−In0.53Ga0.47As層20
a上には、アルミニウム(Al)や白金(Pt)からな
るゲート電極94が形成されている。本実施例によれ
ば、チャネル層内の2次元電子チャネルに電流が流れる
か否かにより情報の読出しを行っているので、非常に高
速に情報の読出しを行うことができる。また、半導体記
憶装置と同じ半絶縁性InP基板上にHEMTを形成す
ることができ、記憶情報の増幅やメモリ素子用の周辺回
路を簡単に形成することができる。次に、本発明の第1
2の実施例による半導体記憶装置を図16及び図17を
用いて説明する。本実施例は、上述した第1乃至第11
の実施例によるメモリセルをマトリックス状に多数配列
してメモリを構成したものである。
A source electrode 90 and a drain electrode 92 are formed on the contact layer 20, and an n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 20 between the source electrode 90 and the drain electrode 92 is formed.
A gate electrode 94 made of aluminum (Al) or platinum (Pt) is formed on a. According to the present embodiment, since information is read depending on whether or not a current flows through the two-dimensional electron channel in the channel layer, information can be read at a very high speed. Further, the HEMT can be formed on the same semi-insulating InP substrate as the semiconductor memory device, and the amplification of storage information and the peripheral circuit for a memory element can be easily formed. Next, the first of the present invention
A semiconductor memory device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the above-described first to eleventh
The memory is constructed by arranging a large number of memory cells according to the embodiment in a matrix.

【0120】各メモリセルMCには、それぞれ第1電極
E1、第2電極E2とが設けられている。ワード線WL
は、Ti/Pt/Au等からなり、横方向に隣接するメ
モリセルMCの第1電極E1同志を接続する。ワード線
WLと直交するビット線BLは、Ti/Pt/Au等か
らなり、縦方向に隣接するメモリセルMCの第2電極E
2同志を接続する。
Each memory cell MC is provided with a first electrode E1 and a second electrode E2. Word line WL
Are made of Ti / Pt / Au or the like, and connect the first electrodes E1 of the memory cells MC adjacent in the horizontal direction. The bit line BL orthogonal to the word line WL is made of Ti / Pt / Au or the like, and the second electrode E of the memory cell MC adjacent in the vertical direction.
Connect two comrades.

【0121】ワード線WLにはそれぞれトライステート
バッファTBが接続され、ビット線BLにもそれぞれト
ライステートバッファTBが接続されている。トライス
テートバッファTBは、図17図(a)の真理値表に示
すような論理動作をする回路である。制御信号OEがハ
イレベルであると、ハイレベルの入力信号に対してロー
レベルの信号が出力され、ローレベルの入力信号に対し
てハイレベルの信号が出力される。制御信号OEがロー
レベルになると、入力信号がハイレベルでもローレベル
でも、出力信号がハイインピーダンスとなり、ワード線
WL、ビット線BLと切り離された状態となる。
A tri-state buffer TB is connected to each of the word lines WL, and a tri-state buffer TB is connected to each of the bit lines BL. The tri-state buffer TB is a circuit that performs a logical operation as shown in the truth table of FIG. When the control signal OE is at a high level, a low-level signal is output for a high-level input signal, and a high-level signal is output for a low-level input signal. When the control signal OE becomes low level, the output signal becomes high impedance regardless of whether the input signal is high level or low level, and is in a state of being disconnected from the word line WL and the bit line BL.

【0122】トライステートバッファの具体的回路例
を、図17(b)、図17(c)に示す。図17(b)
はCMOS型トライステートバッファの回路であり、図
17(c)はE/D型トライステートバッファの回路で
ある。メモリセルアレイ中の特定のメモリセルMCに書
込みをするときには、トライステートバッファTBによ
り、そのメモリセルMCの第1電極E1に接続されたワ
ード線WLをロ−レベル(0V)にした後に、そのメモ
リセルMCの第2電極E2に接続されたビット線BLを
ハイレベル(2V)にする。このようにすると、その特
定のメモリセルMCに情報が書込まれる。その他のワー
ド線WL、ビット線BLは、トライステートバッファT
Bによりハイインピーダンスにされるので、一方の電極
がハイレベル又はローレベルになっても情報が書込まれ
ることはない。
FIGS. 17B and 17C show specific circuit examples of the tristate buffer. FIG. 17 (b)
FIG. 17C shows a circuit of a CMOS tri-state buffer, and FIG. 17C shows a circuit of an E / D tri-state buffer. When writing to a specific memory cell MC in the memory cell array, the word line WL connected to the first electrode E1 of the memory cell MC is set to low level (0 V) by the tri-state buffer TB, and then the memory is turned on. The bit line BL connected to the second electrode E2 of the cell MC is set to a high level (2 V). In this way, information is written to the specific memory cell MC. Other word lines WL and bit lines BL are connected to a tri-state buffer T
Since the impedance is made high by B, no information is written even if one of the electrodes goes high or low.

【0123】メモリセルアレイ中の特定のメモリセルM
Cに記憶された情報を読出すときには。トライステート
バッファTBにより、そのメモリセルMCの第2電極E
2に接続されたビット線BLをロ−レベル(0V)にし
た後に、そのメモリセルMCの第1電極E1に接続され
たワード線WLをハイレベル(1V)にする。このよう
にすると、その特定のメモリセルMCから選択的に情報
が読出される。その他のワード線WL、ビット線BL
は、トライステートバッファTBによりハイインピーダ
ンスにされる。
Specific memory cell M in memory cell array
When reading information stored in C. The tristate buffer TB allows the second electrode E of the memory cell MC to be set.
After the bit line BL connected to the memory cell MC is set to low level (0 V), the word line WL connected to the first electrode E1 of the memory cell MC is set to high level (1 V). In this manner, information is selectively read from the specific memory cell MC. Other word lines WL, bit lines BL
Are made high impedance by the tri-state buffer TB.

【0124】第1、第2、第3、第6、第7及び第9の
実施例のように、浮遊導電層側のバリア高さが高い非対
称なバリアを有するバリア層を用いたメモリセルMCに
対しては、上述したように、ワード線WLのローレベル
を0V、ハイレベルを1Vにし、ビット線BLのローレ
ベルを0V、ハイレベルを2Vにして、情報「0」
「1」の書込み、読出し、消去を選択的に行ったが、他
の実施例の場合にはそのメモリセルMCに応じてワード
線WL、ビット線BLのレベルを定める。
As in the first, second, third, sixth, seventh, and ninth embodiments, a memory cell MC using a barrier layer having an asymmetric barrier with a high barrier height on the floating conductive layer side is used. As described above, as described above, the low level of the word line WL is set to 0 V, the high level is set to 1 V, the low level of the bit line BL is set to 0 V, and the high level is set to 2 V.
Writing, reading, and erasing of "1" were performed selectively. In other embodiments, the levels of the word line WL and the bit line BL are determined according to the memory cell MC.

【0125】例えば、第4、第5及び第8の実施例のよ
うに、共鳴トンネリングバリア層を用いたメモリセルM
Cでは、ワード線WLのローレベルを0V、ハイレベル
を1Vにし、ビット線BLのローレベルを0.5V、ハ
イレベルを2Vにすれば、情報「0」「1」の書込み、
読出し、消去を選択的に行うことができる。また、第1
0及び第11の実施例のように、浮遊導電層側のバリア
高さが高い非対称なバリアを有するバリア層を用いたメ
モリセルMCに対しては、約1.8Vの書込みバイアス
電圧、約0.5Vの読出しバイアス電圧、約1.0の消
去バイアス電圧が選択に印加されるように、ワード線W
L及びビット線BLのローレベル、ハイレベルを定めれ
ばよい。
For example, as in the fourth, fifth, and eighth embodiments, a memory cell M using a resonant tunneling barrier layer
In C, if the low level of the word line WL is 0 V and the high level is 1 V, and the low level of the bit line BL is 0.5 V and the high level is 2 V, writing of information "0" and "1"
Reading and erasing can be selectively performed. Also, the first
As in the zeroth and eleventh embodiments, a write bias voltage of about 1.8 V and a write bias voltage of about 0 V are applied to a memory cell MC using a barrier layer having an asymmetric barrier with a high barrier height on the floating conductive layer side. Word line W so that a read bias voltage of 0.5 V and an erase bias voltage of about 1.0
The low level and the high level of L and the bit line BL may be determined.

【0126】本実施例によれば、ひとつのメモリセルに
対して2本の配線を設ければよいので、記憶情報を高速
で書込み又は読出しすることができる。また、従来の半
導体記憶装置、例えば、シリコンのMOSFETとキャ
パシタを用いた1MOSセル方式のDRAMの場合、セ
ル面積は0.6μmルールで約2μm2 であるのに対
し、本実施例の場合、セル面積を約1μm2 と小さくで
きる。
According to the present embodiment, it is only necessary to provide two wirings for one memory cell, so that stored information can be written or read at high speed. In the case of a conventional semiconductor memory device, for example, a 1-MOS cell type DRAM using a silicon MOSFET and a capacitor, the cell area is about 2 μm 2 according to the 0.6 μm rule. The area can be reduced to about 1 μm 2 .

【0127】また、本実施例では大きな専有面積を必要
とするキャパシタを必要としないため、製造プロセスも
非常に簡単となる。さらに、より一層の微細化が要請さ
れた場合、シリコンを用いたDRAMではキャパシタの
容量に起因するノイズマージンが問題となっているのに
対し、本実施例の半導体記憶装置では、微細化に対する
本質的な問題点が特になく、より一層の微細化が可能で
ある。
Further, in this embodiment, since a capacitor requiring a large occupied area is not required, the manufacturing process is very simplified. Further, when further miniaturization is required, the noise margin due to the capacitance of the capacitor has become a problem in the DRAM using silicon, whereas the semiconductor memory device of the present embodiment has an essential There is no particular problem, and further miniaturization is possible.

【0128】本発明は上記実施例に限らず種々の変形が
可能である。例えば、上記実施例ではInGaAs/I
n(AlGa)As系の化合物半導体材料を用いたが、
GaAs/AlGaAs系、InGaAs/InP系、
InAs/AlGaAsSb系等の化合物半導体材料
や、SiとSiGe、SiとSiO2 等の半導体材料
や、CaFとCoSi等の金属と絶縁物の組合わせや、
NbとNbO等の超伝導材料や、MgOとSrTiO3
等の酸化物超伝導体等の他の材料を用いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, InGaAs / I
Although an n (AlGa) As-based compound semiconductor material was used,
GaAs / AlGaAs system, InGaAs / InP system,
A compound semiconductor material such as InAs / AlGaAsSb, a semiconductor material such as Si and SiGe, a Si and SiO 2 , a combination of a metal and an insulator such as CaF and CoSi,
Superconducting materials such as Nb and NbO, and MgO and SrTiO 3
Other materials such as oxide superconductors may be used.

【0129】[0129]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半導体基
板上に、ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープ
された浮遊導電層と、浮遊導電層側のバリア高さが高い
非対称なバリアを有する薄いバリア層と、チャネル層と
を積層し、チャネル層上に第1電極及び第2電極とを設
けたので、第1電極より第2電極の方が電位が高い書込
みバイアス電圧を印加することにより、第1電極から薄
いバリア層を介して浮遊電極層に注入される電子の量が
浮遊電極層から薄いバリア層を介して第2電極に放出さ
れる電子の量より多いことを利用して、浮遊電極層に電
子を注入して情報を書込み、第1電極と第2電極間に書
込バイアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加し
たときにチャネル層に電流が流れるか否かに基づいて記
憶された情報を読出すようにすることができる。
As described above, according to the present invention, a thick non-doped barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, and an asymmetric barrier having a high barrier height on the floating conductive layer side are provided on a semiconductor substrate. A thin barrier layer having the following structure and a channel layer are stacked, and the first electrode and the second electrode are provided on the channel layer. Therefore, a write bias voltage having a higher potential in the second electrode than in the first electrode is applied. By utilizing the fact that the amount of electrons injected from the first electrode to the floating electrode layer via the thin barrier layer is larger than the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode via the thin barrier layer. Information is written by injecting electrons into the floating electrode layer, and whether a current flows through the channel layer when a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Read the stored information It can be in Suyo.

【0130】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層側の共鳴準位が高い非対称な共
鳴トンネリングバリアを有する薄いバリア層と、チャネ
ル層とを積層し、チャネル層上に第1電極及び第2電極
とを設けたので、第1電極より第2電極の方が電位が高
い書込みバイアス電圧を印加することにより、第1電極
から薄いバリア層を介して浮遊電極層に注入される電子
の量が浮遊電極層から薄いバリア層を介して第2電極に
放出される電子の量より多いことを利用して、浮遊電極
層に電子を注入して情報を書込み、第1電極と第2電極
間に書込バイアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を
印加したときにチャネル層に電流が流れるか否かに基づ
いて記憶された情報を読出し、書込みバイアス電圧より
も高い消去バイアス電圧を第1電極及び第2電極に印加
することにより、浮遊電極層から薄いバリア層を介して
第2電極に放出される電子の量が第1電極から薄いバリ
ア層を介して浮遊電極層に注入される電子の量より多い
ことを利用して、浮遊電極層に蓄積された電子を放出し
て情報を消去するようにすることができる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, a thin barrier layer having an asymmetric resonance tunneling barrier having a high resonance level on the floating conductive layer side, and a channel layer are stacked. Since the first electrode and the second electrode are provided, by applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, the first electrode is injected into the floating electrode layer via a thin barrier layer. Utilizing that the amount of electrons to be emitted is larger than the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer, electrons are injected into the floating electrode layer to write information, and the first electrode is written. When a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the memory cell and the second electrode, the stored information is read based on whether a current flows in the channel layer, and an erase via higher than the write bias voltage is read. By applying a voltage to the first and second electrodes, the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode via the thin barrier layer is reduced from the first electrode to the floating electrode layer via the thin barrier layer. Utilizing the fact that the amount is larger than the amount of injected electrons, the information can be erased by discharging the electrons accumulated in the floating electrode layer.

【0131】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層側のバリア高さが低い非対称な
バリアを有する中間バリア層と、チャネル層と、バリア
高さが変化しない対称なバリアを有する薄いバリア層と
を積層し、薄いバリア層上に第1電極及び第2電極とを
設けたので、第1電極より第2電極の方が電位が高い書
込みバイアス電圧を印加することにより、第1電極から
薄いバリア層及び中間バリア層を介して浮遊電極層に注
入される電子の量が浮遊電極層から中間バリア層及び薄
いバリア層を介して第2電極に放出される電子の量より
多いことを利用して、第1電極から薄いバリア層及び中
間バリア層を通して浮遊電極層に電子を注入して浮遊電
極層に情報を書込み、第1電極と第2電極間に書込バイ
アス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加したとき
にチャネル層に電流が流れるか否かに基づいて記憶され
た情報を読出し、書込みバイアス電圧よりも高い消去バ
イアス電圧を第1電極及び第2電極に印加することによ
り、浮遊電極層から薄いバリア層及び中間バリア層を介
して第2電極に放出される電子の量が第1電極から薄い
バリア層及び中間バリア層を介して浮遊電極層に注入さ
れる電子の量より多いことを利用して、第2電極から薄
いバリア層及び中間バリア層を通して浮遊電極層に蓄積
された電子を放出して浮遊電極層の情報を消去するよう
にすることができる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A thick non-doped barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, an intermediate barrier layer having an asymmetric barrier with a low barrier height on the floating conductive layer side, a channel layer, and a symmetric barrier where the barrier height does not change And the first electrode and the second electrode are provided on the thin barrier layer. By applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, The amount of electrons injected from the first electrode into the floating electrode layer through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer is smaller than the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the intermediate barrier layer and the thin barrier layer. Utilizing the fact that electrons are injected into the floating electrode layer from the first electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer to write information in the floating electrode layer, and a write bias voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Also low By reading stored information based on whether a current flows through the channel layer when a read bias voltage is applied and applying an erase bias voltage higher than the write bias voltage to the first electrode and the second electrode, The amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer is smaller than the amount of electrons injected from the first electrode to the floating electrode layer through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer. Utilizing this fact, electrons accumulated in the floating electrode layer can be emitted from the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer to erase information in the floating electrode layer.

【0132】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、バリア高さが変化しない対称なバリアを有
する中間バリア層と、チャネル層と、共鳴トンネリング
バリアを有する薄いバリア層とを積層し、薄いバリア層
上に第1電極及び第2電極とを設けたので、第1電極よ
り第2電極の方が電位が高い書込みバイアス電圧を印加
することにより、第1電極から薄いバリア層及び中間バ
リア層を介して浮遊電極層に注入される電子の量が浮遊
電極層から中間バリア層及び薄いバリア層を介して第2
電極に放出される電子の量より多いことを利用して、第
1電極から薄いバリア層及び中間バリア層を通して浮遊
電極層に電子を注入して浮遊電極層に情報を書込み、第
1電極と第2電極間に書込バイアス電圧よりも低い読出
しバイアス電圧を印加したときにチャネル層に電流が流
れるか否かに基づいて記憶された情報を読出し、書込み
バイアス電圧よりも高い消去バイアス電圧を第1電極及
び第2電極に印加することにより、浮遊電極層から薄い
バリア層及び中間バリア層を介して第2電極に放出され
る電子の量が第1電極から薄いバリア層及び中間バリア
層を介して浮遊電極層に注入される電子の量より多いこ
とを利用して、第2電極から薄いバリア層及び中間バリ
ア層を通して浮遊電極層に蓄積された電子を放出して浮
遊電極層の情報を消去するようにすることができる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, an intermediate barrier layer having a symmetric barrier whose barrier height does not change, a channel layer, and a thin barrier layer having a resonant tunneling barrier are stacked, Since the first electrode and the second electrode are provided on the thin barrier layer, by applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, the thin barrier layer and the intermediate barrier are removed from the first electrode. The amount of electrons injected into the floating electrode layer through the layer is changed from the floating electrode layer to the second through the intermediate barrier layer and the thin barrier layer.
Utilizing the fact that it is larger than the amount of electrons emitted to the electrode, electrons are injected into the floating electrode layer from the first electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer, and information is written into the floating electrode layer. When a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the two electrodes, the stored information is read based on whether a current flows in the channel layer, and the erase bias voltage higher than the write bias voltage is set to the first. When applied to the electrode and the second electrode, the amount of electrons emitted from the floating electrode layer to the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer is increased from the first electrode to the thin barrier layer and the intermediate barrier layer. Utilizing the fact that the amount of electrons injected into the floating electrode layer is larger than the amount of electrons injected into the floating electrode layer, the electrons stored in the floating electrode layer are released from the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer, and information on the floating electrode layer is obtained. It is possible to be removed by.

【0133】また、本発明によれば、半導体基板上に、
ノンドープの厚いバリア層と、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層側のバリア高さが低い非対称な
バリアを有する薄いバリア層と、チャネル層とを積層
し、チャネル層上に第1電極及び第2電極とを設けたの
で、第1電極より第2電極の方が電位が高い書込みバイ
アス電圧を印加することにより、浮遊電極層から薄いバ
リア層を介して第2電極に放出される電子の量が第1電
極から薄いバリア層を介して浮遊電極層に注入される電
子の量より多いことを利用して、浮遊電極層から電子を
放出して情報を書込み、第1電極と第2電極間に書込バ
イアス電圧よりも低い読出しバイアス電圧を印加したと
きにチャネル層に電流が流れるか否かに基づいて記憶さ
れた情報を読出し、第1電極と第2電極間に書込バイア
ス電圧よりも低く読出しバイアス電圧よりも高い消去バ
イアス電圧を印加することにより、チャネル層内の電子
蓄積層から薄いバリア層を通して浮遊電極層に電子を注
入して浮遊電極層の情報を消去するようにすることがで
きる。
Further, according to the present invention, on a semiconductor substrate,
A non-doped thick barrier layer, a floating conductive layer doped with impurities, a thin barrier layer having an asymmetric barrier with a low barrier height on the floating conductive layer side, and a channel layer are stacked, and a first layer is formed on the channel layer. Since the electrode and the second electrode are provided, by applying a write bias voltage having a higher potential on the second electrode than on the first electrode, the second electrode is discharged from the floating electrode layer to the second electrode via the thin barrier layer. Utilizing that the amount of electrons is larger than the amount of electrons injected from the first electrode into the floating electrode layer through the thin barrier layer, electrons are emitted from the floating electrode layer to write information, and the first electrode and the first electrode are written. When a read bias voltage lower than the write bias voltage is applied between the two electrodes, the stored information is read based on whether or not a current flows in the channel layer, and a write bias is applied between the first electrode and the second electrode. Read below voltage By applying an erase bias voltage higher than the bias voltage, electrons can be injected from the electron storage layer in the channel layer through the thin barrier layer into the floating electrode layer to erase information in the floating electrode layer. .

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

【図1】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
薄いバリア層の順方向と逆方向の電流電圧特性を示すグ
ラフである。
FIG. 2 is a graph showing current-voltage characteristics of a thin barrier layer of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention in forward and reverse directions.

【図3】本発明の第2の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例による半導体記憶装置の
薄いバリア層の順方向と逆方向の電流電圧特性を示すグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph showing forward and reverse current-voltage characteristics of a thin barrier layer of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施例による半導体記憶装置を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施例による半導体記憶装置
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a semiconductor memory device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第8の実施例による半導体記憶装置
の中間バリア層と薄いバリア層の電流電圧特性を示すグ
ラフである。
FIG. 11 is a graph showing current-voltage characteristics of an intermediate barrier layer and a thin barrier layer of a semiconductor memory device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第9の実施例による半導体記憶装置
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第10の実施例による半導体記憶装
置を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第10の実施例による半導体記憶装
置の薄いバリア層の順方向と逆方向の電流電圧特性を示
すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing current and voltage characteristics of a thin barrier layer of a semiconductor memory device according to a tenth embodiment of the present invention in the forward and reverse directions.

【図15】本発明の第11の実施例による半導体記憶装
置を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a semiconductor memory device according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第12の実施例による半導体記憶装
置を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第12の実施例による半導体記憶装
置で用いられるトライステートバッファを示す図であ
る。
FIG. 17 is a diagram showing a tri-state buffer used in a semiconductor memory device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半絶縁性InP基板 12…厚いバリア層 14…浮遊導電層 16…薄いバリア層 18…チャネル層 20…コンタクト層 20a…n−In0.53Ga0.47As層 20b…n−In0.53Ga0.47As層 22…第1電極 24…第2電極 26…保護層 28…2次元電子チャネル 30…薄いバリア層 30a…i−AlAsバリア層 30b…i−InGaAs井戸層 30c…i−In0.35Al0.65Asバリア層 30d…i−InGaAs井戸層 30e…i−In0.52Al0.48Asバリア層 32…n−In0.53Ga0.47As層 34…電子供給層 36…能動層 38…2次元電子チャネル 40…ソース電極 42…ドレイン電極 44…ゲート電極 46…中間バリア層 48…チャネル層 50…薄いバリア層 52…コンタクト層 52a…n−In0.53Ga0.47As層 52b…n−In0.53Ga0.47As層 54…コレクタ層 56…バリア層 58…ベース引出し層 60…ベース層 62…エミッタ層 64…コレクタ電極 66…ベース電極 68…エミッタ電極 70…薄いバリア層 70a…i−AlAsバリア層 70b…i−InGaAs井戸層 70c…i−AlAsバリア層 72…In0.53Ga0.47As層 72a…浮遊導電層 72b…素子分離層 80…薄いバリア層 81…素子分離層 82…n−In0.53Ga0.47As層 84…電子供給層 86…能動層 88…2次元電子チャネル 90…ソース電極 92…ドレイン電極 94…ゲート電極 MC…メモリセル E1…第1電極 E2…第2電極 WL…ワード線 BL…ビット線 TB…トライステートバッファReference Signs List 10 semi-insulating InP substrate 12 thick barrier layer 14 floating conductive layer 16 thin barrier layer 18 channel layer 20 contact layer 20a n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 20b n-In 0.53 Ga 0.47 As layer Reference Signs List 22 first electrode 24 second electrode 26 protective layer 28 two-dimensional electron channel 30 thin barrier layer 30a i-AlAs barrier layer 30b i-InGaAs well layer 30c i-In 0.35 Al 0.65 As barrier layer 30d ... i-InGaAs well layer 30e ... i-In 0.52 Al 0.48 As barrier layer 32 ... n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 34 ... electron supply layer 36 ... active layer 38 ... two-dimensional electron channel 40 ... source electrode 42 ... drain Electrode 44 Gate electrode 46 Intermediate barrier layer 48 Channel layer 50 Thin barrier layer 52 Contact layer 52a nI 0.53 Ga 0.47 As layer 52b ... n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 54 ... collector layer 56 ... barrier layer 58 ... base lead layer 60 ... base layer 62 ... emitter layer 64 ... collector electrode 66 ... base electrode 68 ... emitter electrode 70 ... Thin barrier layer 70a i-AlAs barrier layer 70b i-InGaAs well layer 70c i-AlAs barrier layer 72 In0.53 Ga0.47 As layer 72a floating conductive layer 72b element isolation layer 80 thin barrier layer 81 element Separation layer 82 n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 84 electron supply layer 86 active layer 88 two-dimensional electron channel 90 source electrode 92 drain electrode 94 gate electrode MC memory cell E1 first electrode E2 Second electrode WL: word line BL: bit line TB: tristate buffer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたノンドープの厚いバリア
層と、 前記厚いバリア層上に形成され、不純物がドープされた
浮遊導電層と、 前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層側のバリ
ア高さが高い非対称なバリアを有する薄いバリア層と、 前記薄いバリア層上に形成されたチャネル層と、 前記チャネル層上に形成された第1電極及び第2電極と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor substrate; a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate; a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities; and formed on the floating conductive layer. A thin barrier layer having an asymmetric barrier having a high barrier height on the floating conductive layer side; a channel layer formed on the thin barrier layer; a first electrode and a second electrode formed on the channel layer A semiconductor memory device comprising: an electrode;
【請求項2】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたノンドープの厚いバリア
層と、 前記厚いバリア層上に形成され、不純物がドープされた
浮遊導電層と、 前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層側の共鳴
準位が高い非対称な共鳴トンネリングバリアを有する薄
いバリア層と、 前記薄いバリア層上に形成されたチャネル層と、 前記チャネル層上に形成された第1電極及び第2電極と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
2. A semiconductor substrate, a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities, and formed on the floating conductive layer. A thin barrier layer having an asymmetric resonance tunneling barrier having a high resonance level on the floating conductive layer side; a channel layer formed on the thin barrier layer; a first electrode formed on the channel layer; A semiconductor memory device comprising: a second electrode.
【請求項3】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたノンドープの厚いバリア
層と、 前記厚いバリア層上に形成され、不純物がドープされた
浮遊導電層と、 前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層側のバリ
ア高さが低い非対称なバリアを有する中間バリア層と、 前記中間バリア層上に形成されたチャネル層と、 前記チャネル層上に形成され、バリア高さが変化しない
対称なバリアを有する薄いバリア層と、 前記薄いバリア層上に形成された第1電極及び第2電極
とを有することを特徴とする半導体記憶装置。
3. A semiconductor substrate; a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate; a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities; and formed on the floating conductive layer. An intermediate barrier layer having an asymmetric barrier having a low barrier height on the floating conductive layer side; a channel layer formed on the intermediate barrier layer; and a barrier layer formed on the channel layer and having a constant barrier height. A semiconductor memory device comprising: a thin barrier layer having a symmetric barrier; and a first electrode and a second electrode formed on the thin barrier layer.
【請求項4】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたノンドープの厚いバリア
層と、 前記厚いバリア層上に形成され、不純物がドープされた
浮遊導電層と、 前記浮遊導電層上に形成され、バリア高さが変化しない
対称なバリアを有する中間バリア層と、 前記中間バリア層上に形成されたチャネル層と、 前記チャネル層上に形成され、共鳴トンネリングバリア
を有する薄いバリア層と、 前記薄いバリア層上に形成された第1電極及び第2電極
とを有することを特徴とする半導体記憶装置。
4. A semiconductor substrate; a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate; a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities; and formed on the floating conductive layer. An intermediate barrier layer having a symmetric barrier whose barrier height does not change; a channel layer formed on the intermediate barrier layer; a thin barrier layer formed on the channel layer and having a resonant tunneling barrier; A semiconductor memory device comprising a first electrode and a second electrode formed on a thin barrier layer.
【請求項5】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたノンドープの厚いバリア
層と、 前記厚いバリア層上に形成され、不純物がドープされた
浮遊導電層と、 前記浮遊導電層上に形成され、前記浮遊導電層側のバリ
ア高さが低い非対称なバリアを有する薄いバリア層と、 前記薄いバリア層上に形成されたチャネル層と、 前記チャネル層上に形成された第1電極及び第2電極と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
5. A semiconductor substrate, a non-doped thick barrier layer formed on the semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the thick barrier layer and doped with impurities, and formed on the floating conductive layer. A thin barrier layer having an asymmetric barrier with a low barrier height on the floating conductive layer side; a channel layer formed on the thin barrier layer; a first electrode and a second electrode formed on the channel layer A semiconductor memory device comprising: an electrode;
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の半導
体記憶装置において、 前記薄いバリア層は、ノンドープの半導体層であり、 前記チャネル層は、不純物がドープされた半導体層であ
ることを特徴とする半導体記憶装置。
6. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said thin barrier layer is a non-doped semiconductor layer, and said channel layer is a semiconductor layer doped with impurities. A semiconductor memory device characterized by the following.
【請求項7】 請求項1乃至5のいずれかに記載の半導
体記憶装置において、 前記薄いバリア層は、少なくとも前記チャネル層側の部
分に不純物がドープされ、 前記チャネル層は、ノンドープの半導体層であり、 前記チャネル層に、前記薄いバリア層から供給された電
子により2次元電子チャネルが形成されることを特徴と
する半導体記憶装置。
7. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the thin barrier layer is doped with an impurity at least in a portion on the channel layer side, and the channel layer is a non-doped semiconductor layer. And a two-dimensional electron channel is formed in the channel layer by electrons supplied from the thin barrier layer.
【請求項8】 請求項1記載の半導体記憶装置に情報を
記憶する半導体記憶装置の情報記憶方法において、 前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い書込み
バイアス電圧を印加することにより、前記第1電極から
前記薄いバリア層を介して前記浮遊電極層に電子を注入
して前記浮遊電極層に情報を書込み、 前記第1電極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧
よりも低い読出しバイアス電圧を印加し、前記チャネル
層に電流が流れるか否かに基づいて、前記浮遊電極層に
記憶された情報を読出すことを特徴とする半導体記憶装
置の情報記憶方法。
8. The information storage method for a semiconductor memory device according to claim 1, wherein said second electrode has a higher potential than said first electrode by applying a write bias voltage having a higher potential than said first electrode. Writing information into the floating electrode layer by injecting electrons from the first electrode into the floating electrode layer via the thin barrier layer, and applying a voltage between the first electrode and the second electrode that is lower than the write bias voltage. An information storage method for a semiconductor memory device, comprising: applying a low read bias voltage; and reading information stored in the floating electrode layer based on whether a current flows in the channel layer.
【請求項9】 請求項2記載の半導体記憶装置に情報を
記憶する半導体記憶装置の情報記憶方法において、 前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い書込み
バイアス電圧を印加することにより、前記第1電極から
前記薄いバリア層を介して前記浮遊電極層に電子を注入
して前記浮遊電極層に情報を書込み、 前記第1電極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧
よりも低い読出しバイアス電圧を印加し、前記チャネル
層に電流が流れるか否かに基づいて、前記浮遊電極層に
記憶された情報を読出し、 前記書込みバイアス電圧よりも高い消去バイアス電圧を
前記第1電極及び前記第2電極に印加することにより、
前記第2電極から前記薄いバリア層を介して前記浮遊電
極層に蓄積された電子を放出して前記浮遊電極層の情報
を消去することを特徴とする半導体記憶装置の情報記憶
方法。
9. The information storage method for a semiconductor memory device according to claim 2, wherein said second electrode has a higher potential than said first electrode by applying a write bias voltage having a higher potential than said first electrode. Writing information into the floating electrode layer by injecting electrons from the first electrode into the floating electrode layer via the thin barrier layer, and applying a voltage between the first electrode and the second electrode that is lower than the write bias voltage. A low read bias voltage is applied, and information stored in the floating electrode layer is read based on whether a current flows in the channel layer. An erase bias voltage higher than the write bias voltage is applied to the first electrode and By applying to the second electrode,
An information storage method for a semiconductor memory device, wherein the information stored in the floating electrode layer is erased by emitting electrons stored in the floating electrode layer from the second electrode via the thin barrier layer.
【請求項10】 請求項3又は4記載の半導体記憶装置
に情報を記憶する半導体記憶装置の情報記憶方法におい
て、 前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い書込み
バイアス電圧を印加することにより、前記第1電極から
前記薄いバリア層及び前記中間バリア層を通して前記浮
遊電極層に電子を注入して前記浮遊電極層に情報を書込
み、 前記第1電極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧
よりも低い読出しバイアス電圧を印加し、前記チャネル
層に電流が流れるか否かに基づいて、前記浮遊電極層に
記憶された情報を読出し、 前記書込みバイアス電圧よりも高い消去バイアス電圧を
前記第1電極及び前記第2電極に印加することにより、
前記第2電極から前記薄いバリア層及び前記中間バリア
層を通して前記浮遊電極層に蓄積された電子を放出して
前記浮遊電極層の情報を消去することを特徴とする半導
体記憶装置の情報記憶方法。
10. A method for storing information in a semiconductor memory device according to claim 3, wherein a write bias voltage having a higher potential on said second electrode than on said first electrode is applied. Thereby, information is written into the floating electrode layer by injecting electrons from the first electrode into the floating electrode layer through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer, and the writing is performed between the first electrode and the second electrode. A read bias voltage lower than the write bias voltage is applied, and information stored in the floating electrode layer is read based on whether or not a current flows through the channel layer, and an erase bias voltage higher than the write bias voltage is read. By applying to the first electrode and the second electrode,
An information storage method for a semiconductor memory device, wherein the information stored in the floating electrode layer is erased by emitting electrons stored in the floating electrode layer from the second electrode through the thin barrier layer and the intermediate barrier layer.
【請求項11】 請求項5記載の半導体記憶装置に情報
を記憶する半導体記憶装置の情報記憶方法において、 前記第1電極より前記第2電極の方が電位が高い書込み
バイアス電圧を印加することにより、前記浮遊電極層か
ら前記薄いバリア層を介して電子を放出し、前記チャネ
ル層内に電子蓄積層を形成して、前記浮遊電極層に情報
を書込み、 前記第1電極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧
よりも低い読出しバイアス電圧を印加し、前記チャネル
層に電流が流れるか否かに基づいて、前記浮遊電極層に
記憶された情報を読出し、 前記第1電極と前記第2電極間に前記書込バイアス電圧
よりも低く前記読出しバイアス電圧よりも高い消去バイ
アス電圧を印加することにより、前記チャネル層内の前
記電子蓄積層から前記薄いバリア層を通して前記浮遊電
極層に電子を注入して前記浮遊電極層の情報を消去する
ことを特徴とする半導体記憶装置の情報記憶方法。
11. A method for storing information in a semiconductor memory device according to claim 5, wherein said second electrode has a higher potential than said first electrode by applying a write bias voltage having a higher potential than said first electrode. Emitting electrons from the floating electrode layer through the thin barrier layer, forming an electron storage layer in the channel layer, writing information into the floating electrode layer, and writing information between the first electrode and the second electrode. A read bias voltage lower than the write bias voltage, and reads information stored in the floating electrode layer based on whether a current flows through the channel layer. By applying an erase bias voltage lower than the write bias voltage and higher than the read bias voltage between the electrodes, the thin barrier layer is removed from the electron storage layer in the channel layer. And injecting electrons into the floating electrode layer to erase information in the floating electrode layer.
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