JPH032350B2 - - Google Patents

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JPH032350B2
JPH032350B2 JP56138568A JP13856881A JPH032350B2 JP H032350 B2 JPH032350 B2 JP H032350B2 JP 56138568 A JP56138568 A JP 56138568A JP 13856881 A JP13856881 A JP 13856881A JP H032350 B2 JPH032350 B2 JP H032350B2
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JP
Japan
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semiconductor layer
bandgap semiconductor
layer
wide
narrow
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JP56138568A
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Japanese (ja)
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JPS5840855A (en
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Tadashi Fukuzawa
Juichi Shimada
Yoshifumi Katayama
Yoshimasa Murayama
Eizaburo Yamada
Michiharu Nakamura
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5840855A publication Critical patent/JPS5840855A/en
Publication of JPH032350B2 publication Critical patent/JPH032350B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H10B99/10Memory cells having a cross-point geometry

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体記憶素子に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to semiconductor memory elements.

本発明はこれまで半導体記憶素子として用いら
れてきたたとえば浮遊ゲートを有するMOS型メ
モリとは異なる動作原理に基づき、より高速の動
作を可能とする半導体記憶素子を提供する。
The present invention provides a semiconductor memory element which is based on an operating principle different from that of, for example, a MOS type memory having a floating gate, which has been used as a semiconductor memory element so far, and which enables faster operation.

半導体記憶素子ではキヤリアの移動の速度がそ
の素子の応答速度を決定している。
In a semiconductor memory element, the speed of carrier movement determines the response speed of the element.

本発明の素子構造は電子の移動度をこれまでの
MOS型電界効果トランジスタに比較し大巾に向
上せしめ、素子動作の高速化をはかるものであ
る。
The device structure of the present invention improves the electron mobility compared to the previous one.
This is a significant improvement over MOS type field effect transistors, and aims to speed up device operation.

本発明の半導体記憶装置の基本的構造は次の通
りである。
The basic structure of the semiconductor memory device of the present invention is as follows.

第1図aが本発明の半導体記憶装置の代表例の
要部断面図であるので、これを用いて原理を説明
する。後述する様に本発明の半導体記憶装置はこ
の例に限られるものではない。
Since FIG. 1a is a sectional view of a main part of a typical example of a semiconductor memory device of the present invention, the principle will be explained using this. As will be described later, the semiconductor memory device of the present invention is not limited to this example.

狭禁制帯半導体層3およびこれをはさむ2つの
広禁制帯半導体層2,4を有し、その広禁制帯半
導体層および狭禁制帯半導体層は両層間の界面に
ヘテロ接合を形成するように相互に格子整合がと
られている。更に前記各ヘテロ接合部はキヤリア
を狭禁制帯半導体層に閉じ込めるに十分な大きさ
の伝導帯段差又は価電子帯段差を有している。前
記2つの広禁制帯半導体層のうちの一方、たとえ
ば基板1(一般には基板は半絶縁性の半導体基板
を用いる)に近い半導体層2は当該半導体装置の
第1および第2の電極5,6(通常、ソース電極
およびドレイン電極と称している)に接続されて
いる。もう一方の広禁制帯半導体層4上にキヤリ
アの制御用電極が設けられている。この制御用電
極は半導体層4に直接設けられる場合も、絶縁物
層を介して設けられる場合もある。2つの広禁制
帯半導体層2,4の不純物濃度は狭禁制帯半導体
層3のそれより大きい。その濃度差は500倍以上
となすのが好都合である。GaAs−GaAlAs系の
材料を用いた場合、狭禁制帯半導体層はノン・ド
ープとなし製造上自然に混入する程度の不純物濃
度、通常1×1014〜1×1015cm-3程度以下、一方、
広禁制帯半導体層は5×1016〜3×1018cm-3程度
である。前記狭禁制帯半導体層と広禁制帯半導体
層の界面に形成されたポテンシヤルの井戸に両半
導体層における不純物濃度の差異に主として基因
しキヤリアが確保される。
It has a narrow forbidden band semiconductor layer 3 and two wide forbidden band semiconductor layers 2 and 4 sandwiching it, and the wide forbidden band semiconductor layer and the narrow forbidden band semiconductor layer are mutually connected to form a heterojunction at the interface between the two layers. lattice matching has been achieved. Furthermore, each of the heterojunctions has a conduction band step or valence band step large enough to confine carriers in the narrow bandgap semiconductor layer. One of the two wide band gap semiconductor layers, for example, the semiconductor layer 2 close to the substrate 1 (generally, a semi-insulating semiconductor substrate is used as the substrate) is connected to the first and second electrodes 5 and 6 of the semiconductor device. (commonly referred to as source and drain electrodes). A carrier control electrode is provided on the other wide forbidden band semiconductor layer 4. This control electrode may be provided directly on the semiconductor layer 4 or may be provided via an insulating layer. The impurity concentrations of the two wide bandgap semiconductor layers 2 and 4 are higher than that of the narrow bandgap semiconductor layer 3. It is convenient that the difference in concentration is 500 times or more. When GaAs-GaAlAs-based materials are used, the narrow bandgap semiconductor layer is non-doped and has an impurity concentration that is naturally mixed in during manufacturing, usually about 1×10 14 to 1×10 15 cm -3 or less. ,
The wide forbidden band semiconductor layer has a density of about 5×10 16 to 3×10 18 cm −3 . Carriers are secured in the potential well formed at the interface between the narrow bandgap semiconductor layer and the wide bandgap semiconductor layer, mainly due to the difference in impurity concentration between the two semiconductor layers.

前記の2つの広禁制帯層2,4は同じ導電型を
有している。
The two wide forbidden band layers 2 and 4 have the same conductivity type.

第2の広禁制帯半導体層4と狭禁制帯半導体層
3との界面に生じたキヤリア8が前記第1および
第2の電極5,6に電気的に接触しない如く構成
する。たとえば、キヤリアの制御用電極7が設け
られた広禁制帯半導体層4のキヤリアの走行方向
に対する長さを、前記第1および第2の電極5,
6の間隔より短かくするのが好都合である。
The configuration is such that the carriers 8 generated at the interface between the second wide forbidden band semiconductor layer 4 and the narrow forbidden band semiconductor layer 3 do not come into electrical contact with the first and second electrodes 5 and 6. For example, the length of the wide forbidden band semiconductor layer 4 provided with the carrier control electrode 7 with respect to the carrier running direction is determined by the first and second electrodes 5,
A spacing of less than 6 is advantageous.

また、前記の狭禁制帯半導体層3と前記の広禁
制帯半導体層2,4との界面にドープされていな
い広禁制帯半導体層を設けるのが好ましい。第1
図bはこの例を示す断面図である。2′および
4′がこのドープされていない広禁制帯半導体層
である。同図において他の符号の部位は第1図a
と同様である。この構造は広禁制帯半導体層のド
ーピングを、前述のヘテロ接合近くで止める或い
はヘテロ接合近くはノンドープで層を形成して後
はじめてドーピングを開始することで目的を達し
得る。その厚は20Å〜60Å程度が適切である。広
禁制帯半導体層から狭禁制帯半導体層へ不純物が
拡散するのを防ぎ、狭禁制帯半導体層の界面付近
におけるイオン化不純物散乱を減少させることが
出来る。更に広禁制帯半導体層の不純物が狭禁制
帯半導体層に拡散することの防止にも有用であ
る。
Further, it is preferable to provide an undoped wide band gap semiconductor layer at the interface between the narrow band gap semiconductor layer 3 and the wide band gap semiconductor layers 2 and 4. 1st
Figure b is a sectional view showing this example. 2' and 4' are the undoped wide bandgap semiconductor layers. In the figure, parts with other symbols are shown in Figure 1a.
It is similar to This structure can achieve its purpose by stopping the doping of the wide bandgap semiconductor layer near the aforementioned heterojunction, or by starting doping only after forming a non-doped layer near the heterojunction. The appropriate thickness is about 20 Å to 60 Å. It is possible to prevent impurities from diffusing from the wide bandgap semiconductor layer to the narrow bandgap semiconductor layer, and to reduce scattering of ionized impurities near the interface of the narrow bandgap semiconductor layer. Furthermore, it is also useful for preventing impurities in the wide bandgap semiconductor layer from diffusing into the narrow bandgap semiconductor layer.

第2図を用いて記憶装置の動作を説明する。第
2図は第1図に示した装置のゲート電極部におけ
るエネルギー・バンド構造の伝導電子帯を示して
いる。キヤリアの制御電極7はシヨツトキ電極で
ある。第2図における2,3,4および7は第1
図における同一符号の半導体層の部分を示す。
8,9は2つの広禁制帯半導体層2,4と狭禁制
帯半導体層3の界面に生じる2次元状の電子ガス
を示している。10はフエルミ準位である。キヤ
リアの制御電極7に電圧が印加されない場合に2
次元状の電子ガス8が存在するように第2の広禁
制帯半導体4の厚さ、および不純物濃度が選択さ
れている。
The operation of the storage device will be explained using FIG. FIG. 2 shows the conduction electron band of the energy band structure in the gate electrode portion of the device shown in FIG. The control electrode 7 of the carrier is a shot electrode. 2, 3, 4 and 7 in Figure 2 are the first
Parts of the semiconductor layer with the same reference numerals in the figure are shown.
Reference numerals 8 and 9 indicate two-dimensional electron gas generated at the interface between the two wide bandgap semiconductor layers 2 and 4 and the narrow bandgap semiconductor layer 3. 10 is the Fermi level. 2 when no voltage is applied to the control electrode 7 of the carrier.
The thickness and impurity concentration of the second wide forbidden band semiconductor 4 are selected so that a dimensional electron gas 8 exists.

界面に存在する2次元状の電子ガス8が存在す
るため、ソース5とドレイン6間に電流を流すた
めのゲート電圧のしきい値はこれがない場合に比
較して大きくなる。なお、このソース・ドレイン
間を流れる電流は主として半導体層2と3の界面
に存在する2次元状の電子ガス9の走行による。
Since the two-dimensional electron gas 8 exists at the interface, the threshold voltage of the gate voltage for flowing current between the source 5 and the drain 6 becomes larger than in the case without this. Note that this current flowing between the source and drain is mainly due to the traveling of the two-dimensional electron gas 9 existing at the interface between the semiconductor layers 2 and 3.

今、パルス状の負の電位を更に重畳印加し、電
子ガス8をポテンシヤルの井戸より追い出すこと
により、半導体層3と4の界面には電子が存在し
なくなる。この状態ではゲート電圧のしきい値が
低下するため、同一のゲート電圧に対してはソー
ス・ドレイン間の電流が増大することとなる。
Now, by further applying a pulsed negative potential to expel the electron gas 8 from the potential well, no electrons exist at the interface between the semiconductor layers 3 and 4. In this state, the threshold voltage of the gate voltage decreases, so the current between the source and drain increases for the same gate voltage.

従つて、前述の二つの状態を二値論理演算にお
ける「0」と「1」に対応させることができる。
Therefore, the above two states can be made to correspond to "0" and "1" in binary logic operation.

このように本発明は、ダブルヘテロ接合界面に
1個づつ、2つのキヤリアの捕獲域を設け、その
一方の捕獲域におけるキヤリアの存在をゲート電
極への印加信号で制御し、そのキヤリアの有無が
他方の捕獲域を流れる電流に影響を与える現象を
用いて高速のダイナミツク・メモリを可能とし
た。ダブルヘテロ接合の狭禁制帯の半導体層をア
ンドープとして、不純物散乱をなくし、かつ低温
にして、フオノンによる散乱をなくすことで、ナ
ノ秒以下の動作が可能である。
In this way, the present invention provides two carrier trapping regions, one at a time at the double heterojunction interface, and controls the presence of carriers in one of the trapping regions by a signal applied to the gate electrode, so that the presence or absence of the carriers can be controlled. High-speed dynamic memory was made possible by using a phenomenon that affects the current flowing through the other capture region. By making the narrow bandgap semiconductor layer of the double heterojunction undoped to eliminate impurity scattering, and by lowering the temperature to eliminate phonon scattering, sub-nanosecond operation is possible.

なお、キヤリアの制御用電極7が無バイアス時
には、この制御用電極7の下部に存在する空乏層
が制御用電極7に近い広禁制帯半導体層4と狭禁
制帯層3との間のヘテロ接合まで到達せず、従つ
て上記ヘテロ接合界面に生じるエネルギーの段差
部にキヤリアとなる二次元電子ガス8が存在す
る。そして制御用電極に所望の信号電圧を印加し
た時、空乏層が制御用電極7に近い側のヘテロ接
合に到達し、上記キヤリアが伝導帯のエネルギー
の段差部に存在しなくなることが必要である。従
つて制御用電極7に近い側の広禁制帯半導体層中
のドーパントの濃度と厚みとを上記の条件を満す
ように選択してやる必要がある。
Note that when the carrier control electrode 7 is not biased, the depletion layer existing under the control electrode 7 forms a heterojunction between the wide forbidden band semiconductor layer 4 and the narrow forbidden band layer 3 near the control electrode 7. Therefore, there is a two-dimensional electron gas 8 that becomes a carrier at the stepped portion of the energy generated at the heterojunction interface. When a desired signal voltage is applied to the control electrode, the depletion layer should reach the heterojunction on the side closer to the control electrode 7, and the carrier should no longer exist at the energy step in the conduction band. . Therefore, it is necessary to select the concentration and thickness of the dopant in the wide forbidden band semiconductor layer on the side closer to the control electrode 7 so as to satisfy the above conditions.

本半導体記憶素子におけるキヤリアの移動度を
室温より大ならしめ、且ヘテロ接合面に生じた伝
導帯の段差から熱的にキヤリアが逸脱せず、本発
明の効果をより顕著ならしめるに当該素子を少な
くとも100K以下に冷却せしめる。
In order to make the carrier mobility in the present semiconductor memory element higher than room temperature and to prevent the carrier from thermally deviating from the step of the conduction band generated at the heterojunction surface, the effect of the present invention can be made more remarkable. Cool to at least 100K or less.

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

実施例 1 本実施例はアンドープGaAs層とn型Ga0.7Al0.3
As層との界面に生じる2次元電子ガスを利用し
た高速ダイナミツクメモリの例である。その要部
断面図は第1図に示したものである。
Example 1 This example uses an undoped GaAs layer and an n-type Ga 0.7 Al 0.3
This is an example of high-speed dynamic memory that utilizes two-dimensional electron gas generated at the interface with the As layer. A sectional view of the main part thereof is shown in FIG.

半絶縁性GaAs基板1上に5×1016cm-3〜3×
1018cm-3の範囲でSiをドーピングしたn−Ga0.7
Al0.3As層2(厚さ0.05〜1μm)、アンドープ
GaAs層3(厚さ0.02〜0.1μm)、n=5×1016
3×1018cm-3の範囲でSiをドーピングしたGa0.7
Al0.3As層4を成長する。成長方法は周知の分子
線エピタキシヤル法を用いた。
5×10 16 cm -3 ~3× on semi-insulating GaAs substrate 1
n-Ga 0.7 doped with Si in the range of 10 18 cm -3
Al 0.3 As layer 2 (thickness 0.05-1μm), undoped
GaAs layer 3 (thickness 0.02-0.1 μm), n=5×10 16 ~
Ga 0.7 doped with Si in the range of 3×10 18 cm -3
Grow Al 0.3 As layer 4. The well-known molecular beam epitaxial method was used as the growth method.

分子線エピタキシヤル法はドーピングを急激に
変化させることが可能であること、又低温での成
長が可能なこと等に利点があり、本発明の記憶装
置の製造に好都合である。
The molecular beam epitaxial method has advantages such as being able to rapidly change doping and being able to grow at low temperatures, and is convenient for manufacturing the memory device of the present invention.

ここまで形成した半導体基板を成長室から取り
出すことなく、Cr、Ti、Auを連続して蒸着し、
半導体層4とこの金属層の界面にシヨツトキ接合
を形成する。フオトリソグラフイ法によりこの金
属層をゲート電極7に加工する。ひきつづき、ゲ
ート電極7の下部のn−Ga0.7Al0.3As部以外の領
域をエツチングにより除去する。最後にAu−Ge
−Niアロイによつてオーミツク電極5,6を形
成しダイナミツク・メモリが完成する。
Cr, Ti, and Au are successively deposited without taking out the semiconductor substrate formed so far from the growth chamber.
A shotgun junction is formed at the interface between the semiconductor layer 4 and this metal layer. This metal layer is processed into a gate electrode 7 by photolithography. Subsequently, the region other than the n-Ga 0.7 Al 0.3 As portion below the gate electrode 7 is removed by etching. Finally, Au−Ge
The ohmic electrodes 5 and 6 are formed from -Ni alloy, and the dynamic memory is completed.

ダイナミツク・メモリは、低温で動作させた場
合、電子移動度が高くなること及び、書きこんだ
情報が熱的に失われにくいという利点が顕著であ
る。
Dynamic memory has the remarkable advantage that when operated at low temperatures, electron mobility increases and written information is less likely to be thermally lost.

77Kでは本ダイナミツク・メモリにおける電子
の移動度は、約5万cm2V-1S-1であり、きわめて、
高速である。
At 77K, the electron mobility in this dynamic memory is approximately 50,000 cm 2 V -1 S -1 , which is extremely low.
It's fast.

メモリの書きこみ時間は、400psec、読み出し
時間は、200psecであつた。
The memory write time was 400 psec, and the read time was 200 psec.

実施例 2 第3図は本発明の別な実施例を示す要部断面図
である。
Embodiment 2 FIG. 3 is a sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.

本実施例では、メモリの書き込みに使う2次元
状の電子ガスを、埋め込み型のゲート電極部によ
つて形成している点が実施例1とは異なつてい
る。
This embodiment differs from the first embodiment in that the two-dimensional electron gas used for memory writing is formed by a buried gate electrode section.

図中1は半絶縁性GaAs基板、3はアンドープ
GaAs層0.2μm、21はn−Ga0.7Al0.3As層(n=
8×1017cm-3、厚さ0.03μm)、4は、n−Ga0.7
Al0.3As層(n=1×1018cm-3、厚さ0.05μm)5,
6は、ソース及びドレイン電極、7は、制御ゲー
トである。
In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 3 is an undoped
GaAs layer 0.2 μm, 21 is n-Ga 0.7 Al 0.3 As layer (n=
8×10 17 cm -3 , thickness 0.03 μm), 4 is n-Ga 0.7
Al 0.3 As layer (n=1×10 18 cm -3 , thickness 0.05 μm) 5,
6 is a source and drain electrode, and 7 is a control gate.

半絶縁性GaAs基板1上に、MBE法により、
アンドープGa0.7Al0.3As層2、2μmを成長する。
次いで、Siイオンを加速電圧150kVで打込み、n
型領域21を形成し、850℃でアニールする。
On the semi-insulating GaAs substrate 1, by MBE method,
Grow an undoped Ga 0.7 Al 0.3 As layer 2, 2 μm thick.
Next, Si ions were implanted at an accelerating voltage of 150 kV, and n
A mold region 21 is formed and annealed at 850°C.

成長層の表面を0.2μmの厚さだけH2SO4
H2O2:H2O(3:1:1)混液でエツチングした
後、2時間水洗を行ない、表面を清浄にするとと
もに、酸化膜を形成せしめる。しかる後、MBE
装置内で、570℃で加熱し、表面の酸化膜を除去
後、アンドープGa0.7Al0.3As層22、40Å、アン
ドープGaAs層3、0.1μm、アンドープGa0.7Al0.3
As層23、40Å、Siドープ(n=1018cm-3
Ga0.7Al0.3As層4、0.05μmをMBE法で順次成長
する。次いで、燐酸、過酸化水素、エチレングリ
コール(1:1:3)溶液を用いて、表面より
0.2μmメサエツチングを行ないn型領域21を中
心部に残して逆メサ状半導体領域を形成する。こ
の逆メサ状の段差より厚く、オーム性電極5,6
をAu−Ge−Niアロイ(0.6μm厚)で形成する。
逆メサ領域の端部5′,6′は半導体と電極メタル
がアロイ化した領域である。埋め込まれたフロー
テイングゲート21の上にあたる領域に制御用ゲ
ート7を、Ti、Pt、Auを積層して、形成する。
電極形成は、ともにリフト・オフ法を用いた。
The surface of the growth layer is coated with H 2 SO 4 to a thickness of 0.2 μm:
After etching with a mixture of H 2 O 2 :H 2 O (3:1:1), water washing is performed for 2 hours to clean the surface and form an oxide film. After that, MBE
After heating at 570°C in the device and removing the surface oxide film, undoped Ga 0.7 Al 0.3 As layer 22, 40 Å, undoped GaAs layer 3, 0.1 μm, undoped Ga 0.7 Al 0.3
As layer 23, 40 Å, Si doped (n=10 18 cm -3 )
A Ga 0.7 Al 0.3 As layer 4 with a thickness of 0.05 μm is sequentially grown using the MBE method. Next, use a solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide, and ethylene glycol (1:1:3) to remove the
0.2 μm mesa etching is performed to form an inverted mesa-shaped semiconductor region, leaving the n-type region 21 in the center. The ohmic electrodes 5 and 6 are thicker than this reverse mesa-shaped step.
is made of Au-Ge-Ni alloy (0.6 μm thick).
The ends 5' and 6' of the inverted mesa region are regions in which the semiconductor and electrode metal are alloyed. A control gate 7 is formed in a region above the buried floating gate 21 by laminating Ti, Pt, and Au.
The lift-off method was used for electrode formation in both cases.

第4図に、単体素子の場合の平面図及び配線状
態を示す。埋込みゲート21は、配線されていな
い。第3図と同一番号は同一の部位を示す。IC
の場合には、通常用いられているコンタクト穴を
有する層間絶縁膜上に、配線を形成する。
FIG. 4 shows a plan view and wiring state in the case of a single element. The buried gate 21 is not wired. The same numbers as in FIG. 3 indicate the same parts. I C
In this case, wiring is formed on a commonly used interlayer insulating film having contact holes.

この型のデバイスでは、ヘテロ界面にたまる電
子ガスは、8と9で、8は、オーミツク電極によ
り、外部と接続されており、信号の読み出しに用
いる。
In this type of device, the electron gas accumulated at the hetero interface is 8 and 9, and 8 is connected to the outside through an ohmic electrode, and is used for signal reading.

8は、ゲート電極7に加えられた正のパルスで
吸い出され、電子のトラツプは空になる。このた
め、チヤネル9における電流電圧特性が変化し、
情報が読み出せる。
8 are sucked out by the positive pulse applied to the gate electrode 7, and the electron trap becomes empty. Therefore, the current-voltage characteristics in channel 9 change,
Information can be read.

実施例 3 第5図は、実施例1で示した室温に近い温度で
動作できるようにした素子改良された記憶断面図
である。実施例1におけるアンドープGaAs層3
を2層31,32に分割し、これらの層の間にn
−Ga1-xAlxAs(0<x0.3)層33を挿入した
構造を持つ。
Embodiment 3 FIG. 5 is a sectional view of an improved memory element shown in Embodiment 1, which can operate at a temperature close to room temperature. Undoped GaAs layer 3 in Example 1
is divided into two layers 31 and 32, and between these layers n
- It has a structure in which a layer 33 of Ga 1-x Al x As (0<x0.3) is inserted.

第6図に素子のゲート電極部におけるエネルギ
ー・バンド構造の伝導電子帯の下端を示してい
る。8,9は第2図におけると同様に2次元状の
電子ガスを、10はフエルミ単位を示している。
FIG. 6 shows the lower end of the conduction electron band of the energy band structure in the gate electrode portion of the device. 8 and 9 indicate two-dimensional electron gases as in FIG. 2, and 10 indicates Fermi units.

半導体層31,32は基本的に前述の半導体層
3と同様の性質をなす。
The semiconductor layers 31 and 32 basically have the same properties as the semiconductor layer 3 described above.

電子ガス8,9が熱により互いに移動すること
を防止し、記憶された情報が熱的に蒸発するのを
防ぐ。
This prevents the electron gases 8 and 9 from moving toward each other due to heat, and prevents stored information from thermally evaporating.

77Kまで冷却すれば、電子移動度が大巾に改善
される。中間に入れる層31は、P型にドープし
たGaAsでもよい。
Cooling to 77K significantly improves electron mobility. The intermediate layer 31 may be P-type doped GaAs.

本発明についてGaAs−GaAlAsの例を具体例
として述べたが他の半導体材料でも実現し得る。
たとえば、AlGaAs−AlGaAs、GaAs−
AlGaAsP、InP−InGaAsP、InP−InGaAs或い
はInAs−GaAsSb等がその例である。
Although the present invention has been described using GaAs-GaAlAs as a specific example, it can also be implemented using other semiconductor materials.
For example, AlGaAs−AlGaAs, GaAs−
Examples include AlGaAsP, InP-InGaAsP, InP-InGaAs, and InAs-GaAsSb.

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

第1図a,bは本発明の代表的な半導体記憶素
子の断面図、第2図は第1図aの素子のバンドモ
デル図、第3図は別な実施例の素子断面図、第4
図は第3図の実施例の平面図、第5図は別な実施
例の素子断面図、第6図は第5図の素子のバンド
モデル図である。 1……半絶縁性半導体基板、2,4……広禁制
帯半導体層、3……狭禁制帯半導体層、5,6…
…電極、7……キヤリアの制御電極、8,9……
二次元電子ガス。
1A and 1B are cross-sectional views of a typical semiconductor memory element of the present invention, FIG. 2 is a band model diagram of the element of FIG. 1A, FIG.
The figure is a plan view of the embodiment shown in FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view of an element of another embodiment, and FIG. 6 is a band model diagram of the element of FIG. 5. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semi-insulating semiconductor substrate, 2, 4... Wide forbidden band semiconductor layer, 3... Narrow forbidden band semiconductor layer, 5, 6...
...Electrode, 7...Carrier control electrode, 8,9...
Two-dimensional electron gas.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 狭禁制帯半導体層およびこれを挟んで第1、
第2の2つの広禁制帯半導体層が設けられ、該第
1および第2の広禁制帯半導体層は互いに同じ導
電型であり且それらの不純物濃度は狭禁制帯半導
体層の不純物濃度に比較し大となし、該狭禁制帯
半導体層と該第1および該第2の広禁制帯半導体
層との2つの界面には狭禁制帯半導体層にキヤリ
アを閉じ込めるに必要な大きさの伝導帯段差又は
価電子帯段差を有し、前記第1の広禁制帯半導体
層に接して、第1の広禁制帯半導体層と狭禁制帯
半導体層との界面のキヤリアに接続された第1お
よび第2の電極が形成され、前記第2の広禁制帯
半導体層は前記第1および第2の電極には接続さ
れず且第2の広禁制帯半導体層上には該第2の広
禁制帯半導体層と前記狭禁制帯半導体層との界面
のキヤリアを制御する電極が設けられていること
を特徴とする半導体記憶素子。
1 a narrow bandgap semiconductor layer and a first layer sandwiching the narrow bandgap semiconductor layer;
Two second wide bandgap semiconductor layers are provided, the first and second wide bandgap semiconductor layers are of the same conductivity type and have impurity concentrations that are compared to the impurity concentration of the narrow bandgap semiconductor layer. The two interfaces between the narrow bandgap semiconductor layer and the first and second wide bandgap semiconductor layers have a conduction band step of a size necessary to confine carriers in the narrow bandgap semiconductor layer. A first and a second semiconductor layer having a valence band step and in contact with the first wide forbidden semiconductor layer and connected to a carrier at the interface between the first wide forbidden semiconductor layer and the narrow forbidden semiconductor layer. an electrode is formed, the second wide bandgap semiconductor layer is not connected to the first and second electrodes, and the second wide bandgap semiconductor layer and the second wide bandgap semiconductor layer are formed on the second wide bandgap semiconductor layer. A semiconductor memory element comprising an electrode for controlling carriers at an interface with the narrow bandgap semiconductor layer.
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