JPH07122660A - Semiconductor memory and method for storing information - Google Patents

Semiconductor memory and method for storing information

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JPH07122660A
JPH07122660A JP26733693A JP26733693A JPH07122660A JP H07122660 A JPH07122660 A JP H07122660A JP 26733693 A JP26733693 A JP 26733693A JP 26733693 A JP26733693 A JP 26733693A JP H07122660 A JPH07122660 A JP H07122660A
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JP
Japan
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layer
electrode
barrier layer
conductive layer
information
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP26733693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Imamura
健一 今村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to US08/222,634 priority patent/US5432356A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor memory suitable for fine patterning in which the number of wiring per unit memory cell is decreased through a simple structure while allowing high speed writing and reading. CONSTITUTION:A floating conductive layer 14 doped with impurities, an undoped barrier layer 16, a channel layer 18, an undoped thin barrier layer 20, and a conductive layer 22 are formed sequentially on a semiconductor substrate 10 and then first and second electrodes 24, 26 are provided, respectively, on the conductive layer 22 and the channel layer 18. Information is written into the floating conductive layer 14 by applying a write bias voltage which is higher for the second channel 26 than for the first electrode 24. Stored information is read out by applying a read bias voltage which is lower for the second electrode 26 than for the first electrode 24. Information written into the floating conductive layer 14 is erased by applying a erasure voltage having absolute value larger than that of the read bias voltage.

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 operating principle and an information storage method thereof.

【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, the progress of semiconductor integrated circuits has been remarkable, and the demand for higher speed and higher integration has been increasing. In particular, MOSF made of silicon semiconductor
High integration of semiconductor memory devices using ET is remarkable, and for example, 1 MO using one MOSFET in a memory cell.
In the case of S cell type dynamic memory (DRAM),
Currently, a large capacity DRAM of 1 Mbit to 4 Mbit is commercially available, and a large capacity DRAM of 64 Mbit to 128 Mbit is in the stage of trial manufacture.

【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。
Along with the higher integration of DRAMs, miniaturization of transistors and capacitors forming memory cells is progressing, and the size of memory cells is also miniaturized to about 2 μm square. In the 1MOS memory type DRAM,
Since the storage states of 0 and 1 are identified by the amount of electric charge accumulated in the capacitor, it is necessary to make the capacitance of the capacitor relatively large compared to the external capacitance such as wiring capacitance, which results in a large surface area for the capacitor. is necessary. Therefore, a structure having a groove formed in the semiconductor substrate or a fin structure for the capacitor is used to realize a capacitor having a large surface area in a memory cell having a small area. However, even with such a method, further miniaturization than the current situation 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EPROM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 Devices”, page 501, A WILEY INTER SCIENCE PUBLIC
ATION, 1981). In this EPROM as well, it is necessary to provide three wirings for one memory cell, which takes a long time to electrically write, and even if there are two wirings, a very high voltage is required, so that a high voltage is required. 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) 。
In response to such a situation, a storage element (static RAM (SRAM)) using a differential negative resistance due to a quantum effect, particularly a resonance tunnel effect, has been studied (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 resonance tunnel barrier (RTB) as a load element of an FET or two resonance tunnel barriers connected in series, and voltages at two stable points due to the resonance tunneling barriers are applied to adjacent FETs. Write information by changing the gate electrode of
There has been proposed an SRAM element for reading stored information, an SRAM element for writing / reading by a threshold diode provided under two resonant tunneling barriers, and the like.

【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, these storage elements also have a problem that the number of wirings per memory cell is three or more and the area of the memory cell does not become so small. In addition, these storage elements are
Since the stored information is retained by the valley current of the resonance tunnel barrier (RTB), it is desirable to make the valley current sufficiently smaller than the peak current, but at present, the ratio of the peak current to the valley current is about 10 to 100, There is a problem that the valley current cannot be made sufficiently small.

【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 having a simple structure, a small number of wirings per memory cell, high-speed writing and high-speed reading, and suitable for miniaturization, and an information storage method thereof. Especially.

【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、半導体基板上に形成され、不純物がドープされた浮
遊導電層と、浮遊導電層上に形成されたノンドープのバ
リア層と、バリア層上に形成されたチャネル層と、チャ
ネル層上に形成されたノンドープの薄いバリア層と、薄
いバリア層上に形成された導電層と、導電層上に形成さ
れた第1の電極と、チャネル層上に形成された第2の電
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 above object is to provide a semiconductor substrate, a floating conductive layer formed on the semiconductor substrate and doped with impurities, a non-doped barrier layer formed on the floating conductive layer, and a barrier layer. A channel layer formed on the channel layer, a non-doped thin barrier layer formed on the channel layer, a conductive layer formed on the thin barrier layer, a first electrode formed on the conductive layer, and a channel layer And a second electrode formed on the semiconductor memory device.

【0010】上記目的は、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バリア層及び/又は
浮遊導電層に電子を注入してバリア層及び/又は浮遊導
電層に情報を書込み、第1電極より第2電極の方が電位
が低い読出しバイアス電圧を印加し、チャネル層に電流
が流れるか否かに基づいて、浮遊導電層に記憶された情
報を読出し、第1電極より第2電極の方が電位が低く、
読出しバイアス電圧よりも絶対値が大きい消去バイアス
電圧を印加することにより、第1電極から薄いバリア層
を介してバリア層及び/又は浮遊導電層に蓄積された電
子を放出して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 to apply a write bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode,
Information is written in the barrier layer and / or the floating conductive layer by injecting electrons from the first electrode into the barrier layer and / or the floating conductive layer through the thin barrier layer, and the potential of the second electrode is lower than that of the first electrode. The information stored in the floating conductive layer is read based on whether or not a current flows through the channel layer by applying a read bias voltage, and the potential of the second electrode is lower than that of the first electrode,
By applying an erase bias voltage having an absolute value larger than the read bias voltage, electrons accumulated in the barrier layer and / or the floating conductive layer are emitted from the first electrode through the thin barrier layer to erase information. And a method for storing information in a semiconductor memory device.

【0011】[0011]

【作用】本発明によれば、半導体基板上に、不純物がド
ープされた浮遊導電層と、ノンドープのバリア層と、チ
ャネル層と、ノンドープの薄いバリア層と、導電層とを
積層し、導電層上に第1の電極を形成し、チャネル層上
に第2の電極を設けたので、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バリア層及び/
又は浮遊導電層に電子を注入してバリア層及び/又は浮
遊導電層に情報を書込み、第1電極より第2電極の方が
電位が低い読出しバイアス電圧を印加し、チャネル層に
電流が流れるか否かに基づいて、浮遊導電層に記憶され
た情報を読出し、第1電極より第2電極の方が電位が低
く、読出しバイアス電圧よりも絶対値が大きい消去バイ
アス電圧を印加することにより、第1電極から薄いバリ
ア層を介してバリア層及び/又は浮遊導電層に蓄積され
た電子を放出して情報を消去することができる。
According to the present invention, a floating conductive layer doped with impurities, a non-doped barrier layer, a channel layer, a thin non-doped barrier layer, and a conductive layer are laminated on a semiconductor substrate to form a conductive layer. Since the first electrode is formed on the first electrode and the second electrode is provided on the channel layer, by applying the write bias voltage having a higher potential to the second electrode than to the first electrode, the second electrode is thinned from the first electrode. Barrier layer and / or via barrier layer
Alternatively, whether electrons flow into the channel layer by injecting electrons into the floating conductive layer to write information in the barrier layer and / or the floating conductive layer and applying a read bias voltage having a lower potential to the second electrode than to the first electrode. Based on whether or not the information stored in the floating conductive layer is read, an erase bias voltage having a lower potential on the second electrode than the first electrode and an absolute value larger than the read bias voltage is applied, Information can be erased by discharging electrons accumulated in the barrier layer and / or the floating conductive layer from one electrode through the thin barrier layer.

【0012】[0012]

【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乃至図9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。
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. 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 semi-insulating InP substrate 10. On the thick barrier layer 12, n-In 0.53 Ga 0.47 As having a silicon (Si) doping amount of 1 × 10 18 cm −3 is formed.
The floating conductive layer 14 having a thickness of about 200 nm is formed.

【0013】浮遊導電層14上には、ノンドープのi−
In0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなる約50
nm厚のバリア層16が形成されている。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x=0.5と一定であり、図
1(b)に示すように、そのバリア高さは0.27eV
と一定である。
On the floating conductive layer 14, non-doped i-
Approximately 50 consisting of In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As
A barrier layer 16 having a thickness of nm is formed. Barrier layer 16
I-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As has a constant aluminum composition ratio (x value) of x = 0.5, and its barrier height is 0.27 eV as shown in FIG. 1 (b).
And is constant.

【0014】バリア層16上には、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が形成されている。チ
ャネル層18上の図1左側の領域には、ノンドープのi
−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚の薄いバリ
ア層20が形成されている。薄いバリア層20上の図1
左側の領域には、シリコンのドープ量を1×1018cm
-3から5×1019cm -3まで変化させた約20nm厚の
n−In0.53Ga0.47As層22aと、シリコンのドー
プ量が5×1019cm-3の約50nm厚のn−In0.53
Ga0.47As層22bからなるコンタクト層22が形成
されている。
On the barrier layer 16, the doping amount of silicon is set.
Is 5 × 1017cm-3N-In0.53Ga0.47From As
A channel layer 18 having a thickness of about 30 nm is formed. Chi
In the region on the left side of FIG. 1 on the channel layer 18, undoped i
-In0.52Al0.48Thin burr of about 5 nm thick made of As
A layer 20 is formed. Figure 1 on thin barrier layer 20
In the left side region, the silicon doping amount is 1 × 1018cm
-3From 5 × 1019cm -3Up to about 20 nm thickness
n-In0.53Ga0.47As layer 22a and silicon layer
5 x 1019cm-3About 50 nm thick n-In0.53
Ga0.47A contact layer 22 made of As layer 22b is formed.
Has been done.

【0015】コンタクト層22上には、約200nm厚
のタングステンシリサイド(WSi)層からなる第1電
極24が形成され、チャネル層18上の図1右側の領域
には、約200nm厚のタングステンシリサイド(WS
i)層からなる第2電極26が形成されている。これら
第1電極24、第2電極26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190n
m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。
A first electrode 24 made of a tungsten silicide (WSi) layer having a thickness of about 200 nm is formed on the contact layer 22, and a tungsten silicide (thickness of about 200 nm is formed on a region on the right side of FIG. 1 on the channel layer 18. WS
The second electrode 26 composed of the i) layer is formed. Instead of the tungsten silicide layer, the first electrode 24 and the second electrode 26 include a chromium layer having a thickness of about 20 nm and a thickness of about 190 n.
A Cr / Au layer in which a m-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 are stacked may be used.

【0016】次に、本実施例による半導体記憶装置の情
報記憶方法について図2乃至図7を用いて説明する。ま
ず、情報「1」の書込み方法について、図2のエネルギ
バンド図を参照しながら説明する。この半導体記憶装置
に情報「1」を書込む場合には、第1電極24と第2電
極26の一方、例えば、第1電極24を接地し、第2電
極26を正の電位にする1V程度の書込みバイアス電圧
Vwを印加する。このような書込みバイアス電圧Vwを
印加すると、第1電極24から注入された電子のほとん
ど(約95%)は、図2(a)に示すように、コンタク
ト層22から薄いバリア層20をトンネルし、ホットエ
レクトロンとしてバリア層16を越えて浮遊導電層14
に到達する。バリア層16を越えられなかった一部の電
子(約5%)は、図2(a)に示すように、コールドエ
レクトロンとしてチャネル層18に到達する。
Next, the information storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. First, a method of writing the information “1” will be described with reference to the energy band diagram of FIG. When writing information "1" to this semiconductor memory device, one of the first electrode 24 and the second electrode 26, for example, the first electrode 24 is grounded and the second electrode 26 is set to a positive potential, about 1 V. Write bias voltage Vw is applied. When such a write bias voltage Vw is applied, most of the electrons (about 95%) injected from the first electrode 24 tunnel from the contact layer 22 to the thin barrier layer 20 as shown in FIG. , As hot electrons across the barrier layer 16 and floating conductive layer 14
To reach. Some electrons (about 5%) that cannot pass through the barrier layer 16 reach the channel layer 18 as cold electrons, as shown in FIG.

【0017】薄いバリア層20をトンネルした電子は、
ほとんどがホットエレクトロンとして浮遊導電層14に
到達して蓄積され、浮遊導電層14の電位を上昇させ
る。浮遊導電層14の電位が上昇するとバリア層16の
電位も上昇し、図2(b)に示すように、バリア層16
により浮遊導電層14へのホットエレクトロンの注入が
阻止される。その結果、浮遊導電層14に一定量の電荷
量(5×10-9C/cm 2 程度)の電子が蓄積されて情
報「1」が書込まれる。
The electrons tunneling through the thin barrier layer 20 are
Most of them are hot electrons in the floating conductive layer 14.
It reaches and accumulates and raises the potential of the floating conductive layer 14.
It When the potential of the floating conductive layer 14 rises, the barrier layer 16
The potential also rises, and as shown in FIG. 2B, the barrier layer 16
As a result, hot electrons can be injected into the floating conductive layer 14.
Be blocked. As a result, the floating conductive layer 14 has a certain amount of charge.
Quantity (5 × 10-9C / cm 2The degree of electrons accumulated
Report "1" is written.

【0018】このとき、第2電極26の電圧を0Vにし
て書込バイアス電圧Vwを除去しても、図2(c)に示
すように、蓄積された電子により浮遊導電層14の電位
は0.2V程度高くなる。なお、浮遊導電層14に蓄積
された電子はゆっくりと放出されるが、バリア層16が
厚いので、77Kでは約10sec以上保持される。次
に、情報の読出し方法について、図3のエネルギバンド
図と図4のグラフを参照しながら説明する。
At this time, even if the voltage of the second electrode 26 is set to 0 V and the write bias voltage Vw is removed, as shown in FIG. 2C, the potential of the floating conductive layer 14 becomes 0 due to the accumulated electrons. It will be about 2V higher. Although the electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are slowly released, the barrier layer 16 is thick, so that the electrons are retained for about 10 seconds or longer at 77K. Next, a method of reading information will be described with reference to the energy band diagram of FIG. 3 and the graph of FIG.

【0019】浮遊導電層14に電荷が蓄積されていない
状態では、チャネル層18は表面空乏層の影響を受ける
だけなので空乏化されていない(図3(a))。ここ
で、第1電極24を接地し、第2電極26を負の電位に
する1V程度の読出しバイアス電圧Vrを印加すると、
5×103 A/cm2 程度の電流が流れる(図4
(a))。
In the state where no charges are accumulated in the floating conductive layer 14, the channel layer 18 is not depleted because it is only affected by the surface depletion layer (FIG. 3A). Here, when the read bias voltage Vr of about 1 V that grounds the first electrode 24 and sets the second electrode 26 to a negative potential is applied,
A current of about 5 × 10 3 A / cm 2 flows (Fig. 4
(A)).

【0020】これに対し、浮遊導電層14に電荷が蓄積
された状態では、浮遊導電層14から空乏層が伸びてチ
ャネル層18がほとんど空乏化される(図3(b))。
ここで、第1電極24を接地し、第2電極26を負の電
位にする1V程度の読出しバイアス電圧Vrを印加して
も、1×103 A/cm2 程度の電流しか流れない(図
4(b))。
On the other hand, when charges are accumulated in the floating conductive layer 14, the depletion layer extends from the floating conductive layer 14 and the channel layer 18 is almost depleted (FIG. 3B).
Here, even if the read bias voltage Vr of about 1 V that grounds the first electrode 24 and sets the second electrode 26 to a negative potential is applied, only a current of about 1 × 10 3 A / cm 2 flows (FIG. 4 (b)).

【0021】このように、読出しバイアス電圧Vrを印
加して、第1電極24と第2電極26間に流れる電流の
有無を検出することにより、浮遊導電層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。
次に、書込まれた情報「1」の消去方法(情報「0」の
書込方法)について図5のエネルギバンド図を参照しな
がら説明する。
As described above, by applying the read bias voltage Vr and detecting the presence or absence of the current flowing between the first electrode 24 and the second electrode 26, it depends on whether or not the charge is accumulated in the floating conductive layer 14. The stored information can be read.
Next, a method of erasing the written information "1" (a method of writing the information "0") will be described with reference to the energy band diagram of FIG.

【0022】書込まれた情報「1」を消去する場合(情
報「0」を書込む場合)には、第1電極24と第2電極
26の一方、例えば、第1電極24を接地し、第2電極
26を負の電位にして読出しバイアス電圧Vrよりも絶
対値の大きい3V程度の消去バイアス電圧Veを印加す
る。浮遊導電層14に電子が蓄積され情報「1」が書込
まれた状態では、浮遊導電層14から空乏層が伸びてチ
ャネル層18が空乏化されるので、第1電極24と第2
電極26間がチャネル層18により電気的に導通しない
状態となっている。このため、消去バイアス電圧Veを
印加すると、第1電極24から、コンタクト層22、薄
いバリア層20、チャネル層18、バリア層16を介し
て、浮遊導電層14に達し、さらに、浮遊導電層14か
らバリア層16、チャネル層18を介して第2電極26
に達する電流通路が形成される。
When erasing the written information "1" (when writing the information "0"), one of the first electrode 24 and the second electrode 26, for example, the first electrode 24 is grounded, The second electrode 26 is set to a negative potential, and the erase bias voltage Ve of about 3V having an absolute value larger than the read bias voltage Vr is applied. In the state where electrons are accumulated in the floating conductive layer 14 and the information “1” is written, the depletion layer extends from the floating conductive layer 14 and the channel layer 18 is depleted, so that the first electrode 24 and the second electrode 24 are depleted.
The channel layer 18 does not electrically connect between the electrodes 26. Therefore, when the erase bias voltage Ve is applied, it reaches the floating conductive layer 14 from the first electrode 24 through the contact layer 22, the thin barrier layer 20, the channel layer 18, and the barrier layer 16, and further, the floating conductive layer 14 is reached. To the second electrode 26 through the barrier layer 16 and the channel layer 18.
A current path is formed that reaches

【0023】この電流通路に沿ったエネルギバンド図を
図5(a)に示す。3V程度の大きな消去バイアス電圧
Veが印加されるので、図5(a)に示すように、浮遊
導電層14に蓄積された電子はバリア層16を越えてチ
ャネル層18に引き抜かれ、さらに、薄いバリア層20
を越えてコンタクト層22を介して第1電極24に引き
抜かれ、書込まれた情報「1」が消去される(情報
「0」が書込まれる)。
An energy band diagram along this current path is shown in FIG. Since a large erase bias voltage Ve of about 3 V is applied, as shown in FIG. 5A, the electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are extracted to the channel layer 18 beyond the barrier layer 16 and further thin. Barrier layer 20
The information "1" written above is erased by passing through the contact layer 22 to the first electrode 24 (the information "0" is written).

【0024】浮遊導電層14に電子が蓄積されておらず
情報「1」が書込まれていない状態(情報「0」が書込
まれた状態)では、チャネル層18が空乏化されていな
いので第1電極24から、コンタクト層22、薄いバリ
ア層20、チャネル層18を介して直接的に第2電極2
6に達する電流通路が形成される。そのときのエネルギ
バンド図を図5(b)に示す。
In the state where electrons are not accumulated in the floating conductive layer 14 and the information "1" is not written (the information "0" is written), the channel layer 18 is not depleted. Directly from the first electrode 24 to the second electrode 2 via the contact layer 22, the thin barrier layer 20, and the channel layer 18.
A current path reaching 6 is formed. The energy band diagram at that time is shown in FIG.

【0025】図6に、上述した情報「1」の書込み、情
報「0」「1」の読出し、情報「1」の消去(情報
「0」の書込み)動作に対する本実施例の半導体記憶装
置の電圧電流特性を示す。第1電極24を接地して第2
電極26に印加した電圧をVとし、第1電極24と第2
電極26間に流れる電流をIとする。電圧Vを0Vから
1Vへと高くすると、電流Iもほぼ比例して大きくなり
情報「1」が書込まれる。続いて、電圧Vを1Vから0
Vへと低くすると、電流Iもほぼ比例して小さくなる。
FIG. 6 shows the semiconductor memory device of this embodiment for the above-described operations of writing information "1", reading information "0" and "1", and erasing information "1" (writing information "0"). The voltage-current characteristic is shown. The first electrode 24 is grounded to the second
The voltage applied to the electrode 26 is V, and the first electrode 24 and the second electrode
The current flowing between the electrodes 26 is I. When the voltage V is increased from 0V to 1V, the current I also increases almost in proportion and the information "1" is written. Then, the voltage V is changed from 1V to 0.
When it is lowered to V, the current I is also reduced almost in proportion.

【0026】次に、電圧Vを0Vから−1Vに低くする
が、電流Iはほとんど流れないままであり、情報「1」
が読み出される。続いて、電圧Vを−1Vから−3Vに
低くすると、電流Iが急激に大きくなり、情報「1」が
消去される(情報「0」が書込まれる)。次に、電圧V
を−3Vから0Vに高くすると、電流Iもほぼ比例して
小さくなるが、電圧Vが−1Vでも一定量の電流Iが流
れて、情報「0」が読み出される。
Next, the voltage V is lowered from 0V to -1V, but the current I remains almost non-flowing, and information "1" is given.
Is read. Subsequently, when the voltage V is lowered from -1V to -3V, the current I rapidly increases and the information "1" is erased (information "0" is written). Next, the voltage V
If the voltage is increased from -3V to 0V, the current I also decreases in a substantially proportional manner, but even if the voltage V is -1V, a constant amount of the current I flows and the information "0" is read.

【0027】図7は、本実施例の半導体記憶装置に対し
て、+1V(書込みバイアス電圧Vw)のパルス、−1
V(読出しバイアス電圧Vr)のパルス、−3V(消去
バイアス電圧Vr)のパルス、−1V(読出しバイアス
電圧Vr)のパルス、…を順番に印加した場合の、入力
パルス信号と出力パルス信号を示すタイムチャートであ
る。入力信号を実線で示し、出力信号を破線で示す。パ
ルス幅は1μsecであり、パルス間隔は1μsecで
ある。
FIG. 7 shows a pulse of +1 V (write bias voltage Vw), -1 for the semiconductor memory device of this embodiment.
The following shows an input pulse signal and an output pulse signal when V (read bias voltage Vr) pulse, -3V (erase bias voltage Vr) pulse, -1V (read bias voltage Vr) pulse, ... Are sequentially applied. It is a time chart. The input signal is shown by a solid line and the output signal is shown by a broken line. The pulse width is 1 μsec and the pulse interval is 1 μsec.

【0028】図7から明らかなように、読出しバイアス
電圧Vrを印加したとき、情報「1」が書込まれている
場合と情報「0」が書込まれている場合とでは出力パル
スの大きさが異なる。しきい値をこれらの出力パルスの
大きさの中間に設定することにより、書込まれている情
報を判別することができる。なお、本実施例の半導体記
憶装置では上述したように情報「1」「0」を自由に書
込むことができるので通常は必要性が少ないが、紫外線
を照射することにより浮遊導電層14に蓄積された電子
を放出して、情報を一括消去することもできる。
As is apparent from FIG. 7, when the read bias voltage Vr is applied, the magnitude of the output pulse is different depending on whether the information "1" is written or the information "0" is written. Is different. By setting the threshold value in the middle of the magnitude of these output pulses, the written information can be discriminated. In the semiconductor memory device of the present embodiment, since information "1" and "0" can be freely written as described above, it is usually unnecessary, but it is accumulated in the floating conductive layer 14 by irradiating with ultraviolet rays. Information can be erased at once by emitting the generated electrons.

【0029】また、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。本実施例による半導
体記憶装置の情報記憶のメカニズムについては、図2、
図3及び図5のエネルギバンド図を用いて説明したが、
他の情報記憶メカニズムも存在していることが判明し
た。そのメカニズムについて図8及び図9を用いて説明
する。
Further, the semiconductor memory device of this embodiment is preferably operated at a low temperature of 77K or less in order to suppress a thermoelectric current component. The information storage mechanism of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
Although it has been described using the energy band diagrams of FIGS. 3 and 5,
It turns out that other information storage mechanisms also exist. The mechanism will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

【0030】まず、情報「1」の書込み方法について、
図8のエネルギバンド図を参照しながら説明する。この
半導体記憶装置に情報「1」を書込む場合には、第1電
極24と第2電極26の一方、例えば、第1電極24を
接地し、第2電極26を正の電位にする1V程度の書込
みバイアス電圧Vwを印加する。このような書込みバイ
アス電圧Vwを印加すると、第1電極24から注入され
た電子は、当初、図8(a)に示すように、ホットエレ
クトロンとしてバリア層16を越えて浮遊導電層14に
到達する。
First, regarding the writing method of the information "1",
This will be described with reference to the energy band diagram of FIG. When writing information "1" to this semiconductor memory device, one of the first electrode 24 and the second electrode 26, for example, the first electrode 24 is grounded and the second electrode 26 is set to a positive potential, about 1 V. Write bias voltage Vw is applied. When such a write bias voltage Vw is applied, the electrons injected from the first electrode 24 initially reach the floating conductive layer 14 as hot electrons through the barrier layer 16 as shown in FIG. 8A. .

【0031】浮遊導電層14に電子が蓄積されると、図
8(b)に示すように、浮遊導電層14の電位が上昇し
てバリア層16の電位も上昇する。第1電極24から注
入されたホットエレクトロンは、バリア層16において
エネルギを失い、バリア層16中の深い準位に捕獲(ト
ラップ)される。バリア層16中の深い準位のほとんど
に電子が蓄積され、一定の電荷量(5×10-9C/cm
2 程度)の電子が蓄積されると、図8(c)に示すよう
に、バリア層16の電位が上昇し、浮遊導電層14への
ホットエレクトロンの注入も阻止され、情報「1」が書
込まれる。
When electrons are accumulated in the floating conductive layer 14, as shown in FIG. 8B, the potential of the floating conductive layer 14 rises and the potential of the barrier layer 16 also rises. The hot electrons injected from the first electrode 24 lose energy in the barrier layer 16 and are trapped in a deep level in the barrier layer 16. Electrons are accumulated in most of the deep levels in the barrier layer 16 and a constant charge amount (5 × 10 −9 C / cm
When about 2 ) electrons are accumulated, as shown in FIG. 8C, the potential of the barrier layer 16 rises, hot electrons are prevented from being injected into the floating conductive layer 14, and the information “1” is written. Get caught.

【0032】このとき、第2電極26の電圧を0Vにし
て書込バイアス電圧Vwを除去しても、図8(d)に示
すように、蓄積された電子によりバリア層16の電位は
0.2V程度高くなる。なお、バリア層16に蓄積され
た電子はゆっくりと放出されるが、準位が約0.15e
Vと深く、電子の捕獲断面積が10-22 cm-2程度と小
さいので、77Kでは約1019sec以上保持され、3
00Kでも約3×10 6 sec程度保持され、不揮発性
メモリとして機能する。
At this time, the voltage of the second electrode 26 is set to 0V.
Even if the write bias voltage Vw is removed by the method shown in FIG.
As a result, the potential of the barrier layer 16 is changed by the accumulated electrons.
It becomes higher by about 0.2V. In addition, it is accumulated in the barrier layer 16.
Electrons are released slowly, but the level is about 0.15e
Deep with V, electron capture cross section is 10-twenty twocm-2Degree and small
So, at 77K, about 1019Hold for more than sec, 3
About 3 × 10 even at 00K 6Holds for about sec and is non-volatile
Functions as a memory.

【0033】次に、情報の読出し方法について説明す
る。情報の読出し方法については、前述したメカニズム
の場合と同じである。バリア層16に電荷が蓄積されて
いない状態では、チャネル層18は表面空乏層の影響を
受けるだけなので空乏化されていないので、第1電極2
4を接地し、第2電極26を負の電位にする1V程度の
読出しバイアス電圧Vrを印加すると、5×103 A/
cm2 程度の電流が流れる。
Next, a method of reading information will be described. The method of reading information is the same as that of the mechanism described above. In the state where no electric charge is accumulated in the barrier layer 16, the channel layer 18 is not depleted because it is only affected by the surface depletion layer.
4 is grounded, and a read bias voltage Vr of about 1 V that makes the second electrode 26 a negative potential is applied, 5 × 10 3 A /
A current of about cm 2 flows.

【0034】これに対し、バリア層16に電荷が蓄積さ
れた状態では、バリア層16から空乏層が伸びてチャネ
ル層18がほとんど空乏化されるので、第1電極24を
接地し、第2電極26を負の電位にする1V程度の読出
しバイアス電圧Vrを印加しても、1×103 A/cm
2 程度の電流しか流れない。このように、読出しバイア
ス電圧Vrを印加して、第1電極24と第2電極26間
に流れる電流の大小を検出することにより、バリア層1
6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 barrier layer 16, since the depletion layer extends from the barrier layer 16 and the channel layer 18 is almost depleted, the first electrode 24 is grounded and the second electrode is grounded. Even if a read bias voltage Vr of about 1 V is applied to make 26 a negative potential, 1 × 10 3 A / cm
Only about 2 current flows. In this way, by applying the read bias voltage Vr and detecting the magnitude of the current flowing between the first electrode 24 and the second electrode 26, the barrier layer 1
It is possible to read the stored information depending on whether or not the electric charge is accumulated in 6.

【0035】次に、書込まれた情報「1」の消去方法
(情報「0」の書込方法)について図9のエネルギバン
ド図を参照しながら説明する。書込まれた情報「1」を
消去する場合(情報「0」を書込む場合)には、第1電
極24と第2電極26の一方、例えば、第1電極24を
接地し、第2電極26を負の電位にして読出しバイアス
電圧Vrよりも絶対値の大きい3V程度の消去バイアス
電圧Veを印加する。
Next, a method of erasing the written information "1" (a method of writing the information "0") will be described with reference to the energy band diagram of FIG. When erasing the written information “1” (when writing the information “0”), one of the first electrode 24 and the second electrode 26, for example, the first electrode 24 is grounded, and the second electrode An erasing bias voltage Ve of about 3 V having an absolute value larger than that of the read bias voltage Vr is applied by setting 26 to a negative potential.

【0036】バリア層16に電子が蓄積され情報「1」
が書込まれた状態では、バリア層16から空乏層が伸び
てチャネル層18が空乏化されるので、第1電極24と
第2電極26間がチャネル層18により電気的に導通し
ない状態となっている。このため、消去バイアス電圧V
eを印加すると、第1電極24から、コンタクト層2
2、薄いバリア層20、チャネル層18、バリア層16
を介して、浮遊導電層14に達し、さらに、浮遊導電層
14からバリア層16、チャネル層18を介して第2電
極26に達する電流通路が形成される。
Information "1" is generated when electrons are accumulated in the barrier layer 16.
In the state in which is written, since the depletion layer extends from the barrier layer 16 and the channel layer 18 is depleted, the channel layer 18 is not electrically connected between the first electrode 24 and the second electrode 26. ing. Therefore, the erase bias voltage V
When e is applied, from the first electrode 24 to the contact layer 2
2, thin barrier layer 20, channel layer 18, barrier layer 16
A current path is formed that reaches the floating conductive layer 14 via the barrier layer 16 and the second electrode 26 from the floating conductive layer 14 via the barrier layer 16 and the channel layer 18.

【0037】この電流通路に沿ったエネルギバンド図を
図9(a)に示す。3V程度の大きな消去バイアス電圧
Veが印加されるので、図9(a)に示すように、バリ
ア層16中の深い準位に蓄積された電子は浮遊導電層1
4とチャネル層18に引き抜かれ、さらに、薄いバリア
層20を越えてコンタクト層22を介して第1電極24
に引き抜かれ、書込まれた情報「1」が消去される(情
報「0」が書込まれる)。
An energy band diagram along this current path is shown in FIG. 9 (a). Since a large erase bias voltage Ve of about 3 V is applied, as shown in FIG. 9A, the electrons accumulated in the deep level in the barrier layer 16 are floating conductive layer 1
4 and the channel layer 18, and further the first electrode 24 over the thin barrier layer 20 and the contact layer 22.
And the written information "1" is erased (information "0" is written).

【0038】バリア層16に電子が蓄積されておらず情
報「1」が書込まれていない状態(情報「0」が書込ま
れた状態)では、チャネル層18が空乏化されていない
ので第1電極24から、コンタクト層22、薄いバリア
層20、チャネル層18を介して直接的に第2電極26
に達する電流通路が形成される。そのときのエネルギバ
ンド図を図8(b)に示す。
In the state where electrons are not accumulated in the barrier layer 16 and the information "1" is not written (the state where information "0" is written), the channel layer 18 is not depleted. The second electrode 26 directly from the first electrode 24 through the contact layer 22, the thin barrier layer 20, and the channel layer 18.
A current path is formed that reaches The energy band diagram at that time is shown in FIG.

【0039】バリア層16中の深い準位に電子が捕獲さ
れて蓄積されるという上述したメカニズムも、前述した
メカニズムと同様に支配的であると考えられる。このよ
うに、本実施例によれば、高速に電気的に書込み消去可
能な読出し専用のメモリ(EEPROM)や、書込み読
出し消去ができるメモリ(DRAM)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。
It is considered that the above-mentioned mechanism in which the electrons are captured and accumulated in the deep level in the barrier layer 16 is as dominant as the above-mentioned mechanism. As described above, according to this embodiment, it is possible to realize a read-only memory (EEPROM) capable of electrically writing and erasing at high speed and a memory (DRAM) capable of writing, reading and erasing. Two
Since it is only necessary to provide a book wiring, high integration can be achieved and writing time can be shortened.

【0040】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。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)1
2、シリコンのドープ量が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(x=0.5)からなる約50nm厚のバリア
層16、シリコンのドープ量が5×1017cm-3のn−
In0.53Ga 0.47Asからなる約30nm厚のチャネル
層18、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asからな
る約5nm厚の薄いバリア層20、シリコンのドープ量
を1×1018cm-3から5×1019cm-3まで変化させ
た約20nm厚のn−In0.53Ga0.47As層22a
と、シリコンのドープ量が5×1019cm-3の約50n
m厚のn−In0.53Ga0.47As層22bを連続的に結
晶成長させる。
However, in the semiconductor memory device of this embodiment,
The stored information will disappear after a certain time, so
Refresh that rewrites stored information within that time
Control is needed. Next, the semiconductor memory device according to the present embodiment
A method of manufacturing the device will be described. First, the electron beam
Semi-insulating InP substrate by the epitaxial (MBE) method
10 on top of undoped i-In0.52Al0.48From As
Thick barrier layer (buffer layer) with a thickness of about 300 nm
2. Dope amount of silicon is 1 × 1018cm-3N-In
0.53Ga0.47About 200nm thick floating conductive layer made of As
14, undoped i-In0.52(AlxGa1-x)
0.48Approximately 50 nm thick barrier made of As (x = 0.5)
Layer 16, silicon doping 5 × 1017cm-3N-
In0.53Ga 0.47About 30 nm thick channel made of As
Layer 18, undoped i-In0.52Al0.48From As
Thin barrier layer 20 with a thickness of about 5 nm, and the doping amount of silicon
1 x 1018cm-3From 5 × 1019cm-3Up to
About 20 nm thick n-In0.53Ga0.47As layer 22a
And the silicon doping amount is 5 × 1019cm-3About 50n
m-thick n-In0.53Ga0.47As layer 22b is continuously connected
Grow crystals.

【0041】次に、第1電極24の領域が残るようにコ
ンタクト層22をメサエッチングし、更に、素子領域が
残るように薄いバリア層20、チャネル層18、バリア
層16、浮遊導電層14をメサエッチングして素子分離
を行う。次に、コンタクト層22及びチャネル層18上
に、約200nm厚のタングステンシリサイド(WS
i)層、約20nm厚のクロム層と約190nm厚の金
層とを積層したCr/Au層、又は、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24
と第2電極26を形成する。
Next, the contact layer 22 is mesa-etched so that the region of the first electrode 24 remains, and the thin barrier layer 20, the channel layer 18, the barrier layer 16, and the floating conductive layer 14 are further removed so that the element region remains. Element isolation is performed by mesa etching. Next, on the contact layer 22 and the channel layer 18, about 200 nm thick tungsten silicide (WS) is formed.
i) layer, a Cr / Au layer in which a chromium layer having a thickness of approximately 20 nm and a gold layer having a thickness of approximately 190 nm are stacked, or a Pd / Ge layer in which a palladium layer having a thickness of approximately 60 nm and a germanium layer having a thickness of approximately 80 nm are stacked. To do. Then, pattern etching is performed by a normal photolithography technique to perform the first electrode 24.
And the second electrode 26 is formed.

【0042】なお、バリア層20上にAuGe/Au層
からなる第2電極26を形成し、アロイ化することによ
りバリア層20を突き抜けてチャネル層18に第2電極
26をコンタクトするようにしてもよい。次に、本発明
の第2の実施例による半導体記憶装置を図10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。
The second electrode 26 made of an AuGe / Au layer is formed on the barrier layer 20 and alloyed to penetrate the barrier layer 20 to contact the channel layer 18 with the second electrode 26. Good. Next, a semiconductor memory device according to the 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 designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0043】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1×1018cm-3のn−In0.53Ga0.47
Asからなる約200nm厚の浮遊導電層14が順番に
積層されている。浮遊導電層14上には、第1の実施例
におけるノンドープのi−In0.52(AlxGa1−
x)0.48Asからなるバリア層16の代わりに、チャネ
ル層18側の一部又は層全体をシリコンによりドープ量
が1×1018cm-3でドープした約50nm厚のバリア
層16が形成されている。
On the semi-insulating InP substrate 10, as in the first embodiment, undoped i-In 0.52 Al 0.48 As.
A thick barrier layer 12 of about 300 nm thick, n-In 0.53 Ga 0.47 with a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm −3.
A floating conductive layer 14 made of As and having a thickness of about 200 nm is sequentially stacked. On the floating conductive layer 14, the undoped i-In 0.52 (AlxGa1-
x) Instead of the barrier layer 16 made of 0.48 As, a barrier layer 16 having a thickness of about 50 nm is formed by doping a part or the entire layer on the channel layer 18 side with silicon at a doping amount of 1 × 10 18 cm −3. There is.

【0044】バリア層16上には、第1の実施例におけ
るシリコンのドープ量が5×1017cm-3のn−In
0.53Ga0.47Asからなるチャネル層18の代わりに、
ノンドープのi−In0.53Ga0.47Asからなる約30
nm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、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asか
らなる約5nm厚の薄いバリア層20、シリコンのドー
プ量を1×1018cm-3から5×1019cm-3まで変化
させた約20nm厚のn−In0.53Ga0.47As層22
aと、シリコンのドープ量が5×1019cm-3の約50
nm厚のn−In0.53Ga0. 47As層22bからなるコ
ンタクト層22が形成されている。
On the barrier layer 16, n-In having a silicon doping amount of 5 × 10 17 cm -3 in the first embodiment is formed.
Instead of the channel layer 18 made of 0.53 Ga 0.47 As,
About 30 made of undoped i-In 0.53 Ga 0.47 As
A channel layer 18 having a thickness of nm is formed. A thin barrier layer 20 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 5 nm is formed on the channel layer 18, and the doping amount of silicon is changed from 1 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 cm −3. About 20 nm thick n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 22
a and a silicon doping amount of 5 × 10 19 cm −3 , about 50
a contact layer 22 made nm thick n-In 0.53 Ga 0. 47 As layer 22b is formed.

【0045】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2
8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。次に、本発明の第3の
実施例による半導体記憶装置を図11及び図12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。
Electrons seep out from the barrier layer 16 into the channel layer 18, and the two-dimensional electron channel 2 appears in the channel layer 18.
8 is formed. The configuration and operation other than the formation of the two-dimensional electron channel in the channel layer are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. According to the present embodiment, the information is read out depending on whether or not a current flows through the two-dimensional electron channel in the channel layer, so that the information can be read out at a very high speed. Next, a semiconductor memory device according to a third 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 designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0046】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1×1018cm-3のn−In0.53Ga0.47
Asからなる約200nm厚の浮遊導電層14が順番に
積層されている。浮遊導電層14上には、第1の実施例
におけるノンドープのi−In0.52(AlxGa1−
x)0.48Asからなるバリア層16の代わりに、共鳴ト
ンネリングバリア(RTB)を有する共鳴トンネリング
バリア層30が形成されている。この共鳴トンネリング
バリア層30の本来のピーク電圧は0.5Vで、バレー
電圧は1.0Vである。
On the semi-insulating InP substrate 10, as in the first embodiment, undoped i-In 0.52 Al 0.48 As.
A thick barrier layer 12 of about 300 nm thick, n-In 0.53 Ga 0.47 with a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm −3.
A floating conductive layer 14 made of As and having a thickness of about 200 nm is sequentially stacked. On the floating conductive layer 14, the undoped i-In 0.52 (AlxGa1-
x) A resonant tunneling barrier layer 30 having a resonant tunneling barrier (RTB) is formed instead of the barrier layer 16 made of 0.48 As. The original peak voltage of the resonant tunneling barrier layer 30 is 0.5V and the valley voltage is 1.0V.

【0047】共鳴トンネリングバリア層30は、図11
(b)に示すように、浮遊導電層14側から、バリア高
さ0.53eVの約3nm厚のi−InAlAsバリア
層30a、約2nm厚のi−InGaAs井戸層30
b、バリア高さ0.53eVの約3nm厚のi−InA
lAsバリア層30cが積層された構造となっている。
共鳴トンネリングバリア層30上には、第1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からなるチャネル層18、ノンド
ープのi−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚の
薄いバリア層20、シリコンのドープ量を1×1018
-3から5×1019cm-3まで変化させた約20nm厚
のn−In0.53Ga0.47As層22aと、シリコンのド
ープ量が5×1019cm-3の約50nm厚のn−In
0.53Ga0.47As層22bからなるコンタクト層22と
が順番に積層されている。
The resonant tunneling barrier layer 30 is shown in FIG.
As shown in (b), from the floating conductive layer 14 side, an i-InAlAs barrier layer 30a having a barrier height of 0.53 eV and a thickness of about 3 nm, and an i-InGaAs well layer 30 having a thickness of about 2 nm.
b, i-InA with a barrier height of 0.53 eV and a thickness of about 3 nm
It has a structure in which the 1As barrier layer 30c is laminated.
On the resonance tunneling barrier layer 30, as in the first embodiment, n− with a silicon doping amount of 5 × 10 17 cm −3 is used.
A channel layer 18 made of In 0.53 Ga 0.47 As, a thin barrier layer 20 made of undoped i-In 0.52 Al 0.48 As with a thickness of about 5 nm, and a silicon doping amount of 1 × 10 18 c
The n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 22a having a thickness of about 20 nm changed from m −3 to 5 × 10 19 cm −3 and the n-In having a thickness of about 50 nm with a silicon doping amount of 5 × 10 19 cm −3.
The contact layer 22 made of 0.53 Ga 0.47 As layer 22b is sequentially laminated.

【0048】コンタクト層22上に第1電極24が形成
され、チャネル層18上に第2電極26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情報記憶方
法について図12を用いて説明する。図12に本実施例
の半導体記憶装置の電圧電流特性を示す。第1電極24
を接地して第2電極26に印加した電圧をVとし、第1
電極24と第2電極26間に流れる電流をIとする。
A first electrode 24 is formed on the contact layer 22, and a second electrode 26 is formed on the channel layer 18. Next, the information storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows the voltage-current characteristics of the semiconductor memory device of this embodiment. First electrode 24
Is grounded and the voltage applied to the second electrode 26 is V,
The current flowing between the electrode 24 and the second electrode 26 is I.

【0049】電圧Vを0Vから1Vへと高くすると、電
流Iはピーク電圧である V近傍で最大値となり、そ
の後減少する。薄いバリア層20をトンネリングして注
入された電子は、共鳴トンネリングバリア層30を共鳴
トンネリングして浮遊導電層14に注入され蓄積され
る。このようにして情報「1」が書込まれる。第1電極
24から注入された電子がホットエレクトロンとなって
浮遊導電層14に到達する時間は約1psecであり、
非常に高速な情報書込みが可能である。しかも、この場
合、0Vから1Vまで電圧を印加する際に実効的に流れ
る電流はバレー領域の存在により低消費電力化が可能と
なる。
When the voltage V is increased from 0V to 1V, the current I reaches its maximum value in the vicinity of the peak voltage V, and then decreases. The electrons injected by tunneling the thin barrier layer 20 are resonantly tunneled by the resonant tunneling barrier layer 30 and injected and accumulated in the floating conductive layer 14. In this way, the information "1" is written. It takes about 1 psec for the electrons injected from the first electrode 24 to reach the floating conductive layer 14 as hot electrons.
Very high speed information writing is possible. Moreover, in this case, the current that effectively flows when the voltage is applied from 0 V to 1 V can have low power consumption due to the existence of the valley region.

【0050】続いて、電圧Vを1Vから0Vへと低くす
ると、電流Iは、電圧Vの上昇時と同様に変化する。浮
遊導電層14に電子が蓄積されると0.2V程度電位が
上昇し、これによりチャネル層18は空乏化される。第
2電極26の電圧を0Vにしても、共鳴トンネリングバ
リア層30が存在するので、浮遊導電層14から直ちに
電子が放出されることなく、一定時間浮遊導電層14の
電位が約0.2Vに保持される。本実施例では106
ec程度電位が保持される。
Then, when the voltage V is lowered from 1V to 0V, the current I changes in the same manner as when the voltage V rises. When electrons are accumulated in the floating conductive layer 14, the potential rises by about 0.2 V, whereby the channel layer 18 is depleted. Even if the voltage of the second electrode 26 is set to 0V, the resonant tunneling barrier layer 30 exists, so that electrons are not immediately emitted from the floating conductive layer 14 and the potential of the floating conductive layer 14 is kept at about 0.2V for a certain period of time. Retained. In this embodiment, 10 6 s
The potential is held at about ec.

【0051】次に、浮遊導電層14の電位が保持されて
いる間に、電圧Vを0Vから−1Vに低くすると、浮遊
導電層14に蓄積された電子によりチャネル層18が空
乏化されているので、電流Iは1×103 A/cm2
度と少ない。続いて、電圧Vを−1Vから−3Vに低く
すると、徐々に電流Iが大きくなると共に、コレクトバ
リアが逆バイアスとなり、浮遊導電層14に蓄積された
電子が引き抜かれ、情報「1」が消去される(情報
「0」が書込まれる)。浮遊導電層14に蓄積された電
子を共鳴トンネリングバリア層30を介して第1電極2
4に引き抜くためのトンネル時間は約10psecであ
る。このときは、共鳴トンネリングバリア層30の特性
は余り関係なく、第2電極26から第1電極24直下の
チャネル層18までの速度飽和に制限されたチャネル電
流で制限される。
Next, when the voltage V is lowered from 0 V to -1 V while the potential of the floating conductive layer 14 is held, the channel layer 18 is depleted by the electrons accumulated in the floating conductive layer 14. Therefore, the current I is as small as about 1 × 10 3 A / cm 2 . Then, when the voltage V is lowered from -1V to -3V, the current I gradually increases, the collect barrier becomes reverse bias, the electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are extracted, and the information "1" is erased. (Information “0” is written). The electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are transmitted through the resonance tunneling barrier layer 30 to the first electrode 2
The tunnel time for pulling out to 4 is about 10 psec. At this time, the characteristics of the resonant tunneling barrier layer 30 are irrelevant, and are limited by the channel current limited to the velocity saturation from the second electrode 26 to the channel layer 18 immediately below the first electrode 24.

【0052】次に、電圧Vを−3Vから0Vに高くする
と、チャネル層18が導通しているので、電流Iは大き
くなり、−1V近傍で大きなヒステリシスを描く。その
ため、電圧Vが−1Vで1×104 A/cm2 程度と大
きな電流Iが流れて、情報「0」が読み出される。この
ように、本実施例によれば、高速かつ低消費電力で電気
的に書込み消去可能な読出し専用のメモリ(EEPRO
M)や、書込み読出し消去ができるメモリ(DRAM)
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。
Next, when the voltage V is increased from -3V to 0V, the channel layer 18 is conducting, so that the current I increases and a large hysteresis is drawn in the vicinity of -1V. Therefore, a large current I of about 1 × 10 4 A / cm 2 at a voltage V of −1 V flows, and information “0” is read. As described above, according to this embodiment, a read-only memory (EEPRO) capable of electrically writing and erasing at high speed and low power consumption is used.
M) and memory that can be written, read and erased (DRAM)
Can be realized. Since only two wirings need to be provided, high integration is possible and writing time can be shortened.

【0053】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。次に、本発明の第4の実施例による
半導体記憶装置を図13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。
However, since the stored information in the semiconductor memory device of this embodiment disappears after a certain time,
Refresh control is required to rewrite the stored information within that time. Next, a semiconductor memory device according to the fourth 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 designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0054】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1×1018cm-3のn−In0.53Ga0.47
Asからなる約200nm厚の浮遊導電層14が順番に
積層されている。浮遊導電層14上には、第1の実施例
におけるノンドープのi−In0.52(Al0.5
0.5 0.48Asからなるバリア層16の代わりに、浮
遊導電層14側のアルミニウムの組成比(x値)が低く
徐々に高くなるような、ノンドープのi−In0.52(A
lxGa1−x)0.48Asからなる約50nm厚のバリ
ア層30が形成されている。例えば、第13図(b)に
示すように、浮遊導電層14側でx=0.50であれば
反対側でx=0.75とし、浮遊導電層14側でx=
0.25であれば反対側でx=0.50とする。
On the semi-insulating InP substrate 10, as in the first embodiment, undoped i-In 0.52 Al 0.48 As.
A thick barrier layer 12 of about 300 nm thick, n-In 0.53 Ga 0.47 with a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm −3.
A floating conductive layer 14 made of As and having a thickness of about 200 nm is sequentially stacked. On the floating conductive layer 14, the undoped i-In 0.52 (Al 0.5 G in the first embodiment is formed.
a 0.5 ) 0.48 As, instead of the barrier layer 16 made of non-doped i-In 0.52 (A
A barrier layer 30 made of lxGa1-x) 0.48 As and having a thickness of about 50 nm is formed. For example, as shown in FIG. 13B, if x = 0.50 on the floating conductive layer 14 side, x = 0.75 on the opposite side, and x = 0.75 on the floating conductive layer 14 side.
If 0.25, x = 0.50 on the opposite side.

【0055】バリア層30上には、第1の実施例と同様
に、シリコンのドープ量が5×10 17cm-3のn−In
0.53Ga0.47Asからなるチャネル層18、ノンドープ
のi−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚の薄い
バリア層20、シリコンのドープ量を1×1018cm-3
から5×1019cm-3まで変化させた約20nm厚のn
−In0.53Ga0.47As層22aと、シリコンのドープ
量が5×1019cm-3の約50nm厚のn−In0.53
0.47As層22bからなるコンタクト層22とが順番
に積層されている。
On the barrier layer 30, the same as in the first embodiment.
And the silicon doping amount is 5 × 10 17cm-3N-In
0.53Ga0.47Channel layer 18 made of As, non-doped
I-In0.52Al0.48Thin about 5 nm thick consisting of As
Barrier layer 20, the doping amount of silicon is 1 × 1018cm-3
From 5 × 1019cm-3Up to about 20 nm n
-In0.53Ga0.47As layer 22a and silicon doping
The amount is 5 × 1019cm-3About 50 nm thick n-In0.53G
a0.47The contact layer 22 composed of the As layer 22b is in order.
Are stacked on.

【0056】次に、本実施例による半導体記憶装置の情
報記憶方法について図14乃至図16を用いて説明す
る。まず、情報「1」の書込み方法について、図14の
エネルギバンド図を参照しながら説明する。この半導体
記憶装置に情報「1」を書込む場合には、第1電極24
と第2電極26の一方、例えば、第1電極24を接地
し、第2電極26を正の電位にする1V程度の書込みバ
イアス電圧Vwを印加する。このような書込みバイアス
電圧Vwを印加すると、第1電極24から注入された電
子のほとんどが、図14(a)に示すように、コンタク
ト層22から薄いバリア層20をトンネルし、ホットエ
レクトロンとしてバリア層32を越えて浮遊導電層14
に到達する。
Next, the information storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. 14 to 16. First, a method of writing the information “1” will be described with reference to the energy band diagram of FIG. When writing information "1" to this semiconductor memory device, the first electrode 24
One of the second electrodes 26, for example, the first electrode 24 is grounded, and a write bias voltage Vw of about 1 V that makes the second electrode 26 a positive potential is applied. When such a write bias voltage Vw is applied, most of the electrons injected from the first electrode 24 tunnel through the thin barrier layer 20 from the contact layer 22 as shown in FIG. Floating conductive layer 14 beyond layer 32
To reach.

【0057】薄いバリア層20をトンネルした電子は、
浮遊導電層14に蓄積され、浮遊導電層14の電位を上
昇させるが、本実施例では、浮遊導電層14側のバリア
高さが低いので、図14(b)に示すように、バリア層
32により浮遊導電層14へのホットエレクトロンの注
入が阻止されにくく、その結果、浮遊導電層14に多量
の電荷量(5×10-9C/cm2 程度)の電子が蓄積さ
れる。
The electrons tunneling through the thin barrier layer 20 are
Although it is accumulated in the floating conductive layer 14 and raises the potential of the floating conductive layer 14, in this embodiment, since the barrier height on the floating conductive layer 14 side is low, as shown in FIG. Therefore, injection of hot electrons into the floating conductive layer 14 is hard to be blocked, and as a result, a large amount of electrons (about 5 × 10 −9 C / cm 2 ) are accumulated in the floating conductive layer 14.

【0058】その後、第2電極26の電圧を0Vにして
書込バイアス電圧Vwを除去しても、図14(c)に示
すように、蓄積された電子により浮遊導電層14の電位
は0.2V程度高くなる。次に、情報の読出し方法につ
いて、図15のエネルギバンド図を参照しながら説明す
る。
After that, even if the write bias voltage Vw is removed by setting the voltage of the second electrode 26 to 0V, the potential of the floating conductive layer 14 becomes 0. It becomes about 2V higher. Next, a method of reading information will be described with reference to the energy band diagram of FIG.

【0059】浮遊導電層14に電荷が蓄積されていない
状態では、チャネル層18は表面空乏層の影響を受ける
だけなので空乏化されていない(図15(a))。ここ
で、第1電極24を接地し、第2電極26を負の電位に
する1V程度の読出しバイアス電圧Vrを印加すると、
5×10-3A/cm2 程度の電流が流れる。これに対
し、浮遊導電層14に電荷が蓄積された状態では、浮遊
導電層14から空乏層が伸びてチャネル層18がほとん
ど空乏化される(図15(b))。ここで、第1電極2
4を接地し、第2電極26を負の電位にする1V程度の
読出しバイアス電圧Vrを印加しても、1×10-3A/
cm2 程度の電流しか流れない。
In the state where no charges are accumulated in the floating conductive layer 14, the channel layer 18 is not depleted because it is only affected by the surface depletion layer (FIG. 15A). Here, when the read bias voltage Vr of about 1 V that grounds the first electrode 24 and sets the second electrode 26 to a negative potential is applied,
A current of about 5 × 10 −3 A / cm 2 flows. On the other hand, in the state where electric charges are accumulated in the floating conductive layer 14, the depletion layer extends from the floating conductive layer 14 and the channel layer 18 is almost depleted (FIG. 15B). Here, the first electrode 2
4 is grounded, and a read bias voltage Vr of about 1 V that makes the second electrode 26 a negative potential is applied, 1 × 10 −3 A /
Only a current of about cm 2 flows.

【0060】このように、読出しバイアス電圧Vrを印
加して、第1電極24と第2電極26間に流れる電流の
有無を検出することにより、浮遊導電層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。
次に、書込まれた情報「1」の消去方法(情報「0」の
書込方法)について図16のエネルギバンド図を参照し
ながら説明する。
As described above, by applying the read bias voltage Vr and detecting the presence / absence of a current flowing between the first electrode 24 and the second electrode 26, it depends on whether or not the charge is accumulated in the floating conductive layer 14. The stored information can be read.
Next, a method of erasing the written information "1" (writing method of the information "0") will be described with reference to the energy band diagram of FIG.

【0061】書込まれた情報「1」を消去する場合(情
報「0」を書込む場合)には、第1電極24と第2電極
26の一方、例えば、第1電極24を接地し、第2電極
26を負の電位にして読出しバイアス電圧Vrよりも絶
対値の大きい2V程度の消去バイアス電圧Veを印加す
る。浮遊導電層14に電子が蓄積され情報「1」が書込
まれた状態では、浮遊導電層14から空乏層が伸びてチ
ャネル層18が空乏化されるので、第1電極24から、
コンタクト層22、薄いバリア層20、チャネル層1
8、バリア層32を介して、浮遊導電層14に達し、さ
らに、浮遊導電層14からバリア層32、チャネル層1
8を介して第2電極26に達する電流通路が形成され
る。
When erasing the written information "1" (when writing the information "0"), one of the first electrode 24 and the second electrode 26, for example, the first electrode 24 is grounded, The second electrode 26 is set to a negative potential, and the erase bias voltage Ve of about 2V having an absolute value larger than the read bias voltage Vr is applied. In the state where electrons are accumulated in the floating conductive layer 14 and the information “1” is written, the depletion layer extends from the floating conductive layer 14 and the channel layer 18 is depleted.
Contact layer 22, thin barrier layer 20, channel layer 1
8, the floating conductive layer 14 is reached through the barrier layer 32, and the barrier layer 32 and the channel layer 1 are further extended from the floating conductive layer 14.
A current path reaching the second electrode 26 via 8 is formed.

【0062】この電流通路に沿ったエネルギバンド図を
図16(a)に示す。3V程度の大きな消去バイアス電
圧Veが印加されるので、図16(a)に示すように、
浮遊導電層14に蓄積された電子はバリア層32を越え
てチャネル層18に引き抜かれ、さらに、薄いバリア層
20を越えてコンタクト層22を介して第1電極24に
引き抜かれ、書込まれた情報「1」が消去される(情報
「0」が書込まれる)。浮遊導電層14側のバリア層3
2のバリア高さが低いので、2V程度の低い消去バイア
ス電圧Veで情報「1」を高速に消去することができ
る。
An energy band diagram along this current path is shown in FIG. Since a large erase bias voltage Ve of about 3 V is applied, as shown in FIG.
The electrons accumulated in the floating conductive layer 14 are extracted to the channel layer 18 over the barrier layer 32, and further to the first electrode 24 via the contact layer 22 over the thin barrier layer 20 and written. Information "1" is erased (information "0" is written). Barrier layer 3 on the side of the floating conductive layer 14
Since the barrier height of 2 is low, the information "1" can be erased at a high speed with a low erase bias voltage Ve of about 2V.

【0063】浮遊導電層14に電子が蓄積されておらず
情報「1」が書込まれていない状態では、チャネル層1
8が空乏化されていないので、第1電極24から、コン
タクト層22、薄いバリア層20、チャネル層18を介
して直接的に第2電極26に達する電流通路が形成され
る。そのときのエネルギバンド図を図16(b)に示
す。
In the state where electrons are not accumulated in the floating conductive layer 14 and information "1" is not written, the channel layer 1
Since 8 is not depleted, a current path is formed from the first electrode 24 directly to the second electrode 26 via the contact layer 22, the thin barrier layer 20, and the channel layer 18. The energy band diagram at that time is shown in FIG.

【0064】このように、本実施例によれば、高速に電
気的に書込み消去可能な読出し専用のメモリ(EPRO
M)や、書込み読出し消去ができるメモリ(DRAM)
を実現できる。浮遊導電層側のバリア層のバリア高さが
低いので、情報の書込み及び消去を低いバイアス電圧で
行うことができる。次に、本発明の第5の実施例による
半導体記憶装置を図17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。
As described above, according to this embodiment, the read-only memory (EPRO) capable of electrically writing and erasing at high speed is used.
M) and memory that can be written, read and erased (DRAM)
Can be realized. Since the barrier height of the barrier layer on the floating conductive layer side is low, writing and erasing of information can be performed with a low bias voltage. Next, a semiconductor memory device according to the 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 first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0065】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1×1018cm-3のn−In0.53Ga0.47
Asからなる約200nm厚の浮遊導電層14が順番に
積層されている。浮遊導電層14上には、第1の実施例
におけるノンドープのi−In0.52(Al0.5
0.5 0.48Asからなるバリア層16の代わりに、図
17(b)に示すように、約1.465nm厚のノンド
ープのi−In0.52Al0.48As層34aと約1.46
5nm厚のノンドープのi−In0.53Ga0.47As層3
4bが交互に50周期積層された超格子からなる約14
6.5nm厚の超格子バリア層34が形成されている。
超格子バリア層34の多重量子井戸に電子が蓄積され
る。
On the semi-insulating InP substrate 10, undoped i-In 0.52 Al 0.48 As was formed as in the first embodiment.
A thick barrier layer 12 of about 300 nm thick, n-In 0.53 Ga 0.47 with a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm −3.
A floating conductive layer 14 made of As and having a thickness of about 200 nm is sequentially stacked. On the floating conductive layer 14, the undoped i-In 0.52 (Al 0.5 G in the first embodiment is formed.
Instead of the barrier layer 16 made of a 0.5 ) 0.48 As, as shown in FIG. 17B, a non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As layer 34 a having a thickness of about 1.465 nm and a thickness of about 1.46 are used.
Non-doped i-In 0.53 Ga 0.47 As layer 3 with a thickness of 5 nm
Approximately 14 consisting of superlattices in which 4b are alternately laminated for 50 periods
A superlattice barrier layer 34 having a thickness of 6.5 nm is formed.
Electrons are accumulated in the multiple quantum wells of the superlattice barrier layer 34.

【0066】超格子バリア層34上には、第1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からなるチャネル層18、ノン
ドープのi−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚
の薄いバリア層20、シリコンのドープ量を1×1018
cm-3から5×1019cm-3まで変化させた約20nm
厚のn−In0.53Ga0.47As層22aと、シリコンの
ドープ量が5×1019cm-3の約50nm厚のn−In
0.53Ga0.47As層22bからなるコンタクト層22と
が順番に積層されている。
On the superlattice barrier layer 34, as in the first embodiment, n having a silicon doping amount of 5 × 10 17 cm −3 is used.
-In 0.53 Ga 0.47 channel layer 18 made of As, thin barrier layer 20 of approximately 5nm thickness made of undoped i-In 0.52 Al 0.48 As, a doping amount of silicon 1 × 10 18
Approximately 20 nm varied from cm -3 to 5 x 10 19 cm -3
N-In 0.53 Ga 0.47 As layer 22a with a thickness of about 50 nm with a silicon doping amount of 5 × 10 19 cm −3.
The contact layer 22 made of 0.53 Ga 0.47 As layer 22b is sequentially laminated.

【0067】なお、超格子バリア層34としては、図1
7(c)に示すように、約1.465nm厚のノンドー
プのi−In0.52Al0.48As層34aと約1.465
nm厚のノンドープのi−In0.52(AlxGa1−
x)0.48As層34bが交互に50周期積層された約1
46.5nm厚の超格子構造でもよい。本実施例では、
電極から注入された電子を浮遊導電層14と共に超格子
バリア層34の多重量子井戸に蓄積することにより情報
を記憶する。超格子バリア層34に電子を蓄積する以外
の動作については第1の実施例と同様であるので説明を
省略する。
As the superlattice barrier layer 34, as shown in FIG.
7 (c), a non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As layer 34a having a thickness of about 1.465 nm and a thickness of about 1.465 are formed.
nm non-doped i-In 0.52 (AlxGa1-
x) About 0.48 As layers 34b are alternately stacked for about 50 cycles
A superlattice structure having a thickness of 46.5 nm may be used. In this embodiment,
Information is stored by accumulating the electrons injected from the electrodes in the multiple quantum well of the superlattice barrier layer 34 together with the floating conductive layer 14. The operation other than the operation of accumulating electrons in the superlattice barrier layer 34 is the same as that of the first embodiment, and therefore its explanation is omitted.

【0068】本実施例によれば、超格子バリア層34の
多重量子井戸に電子を蓄積するようにしており、所望の
特性の多重量子井戸を形成することは比較的容易である
ので、制御性のよいメモリセルを実現することができ
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18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, electrons are stored in the multiple quantum wells of the superlattice barrier layer 34, and it is relatively easy to form multiple quantum wells with desired characteristics. It is possible to realize a good memory cell. 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 designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0069】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18左側の領域に素子分離された状態
で、第1の実施例と同様に、シリコンのドープ量が1×
1018cm-3のn−In0.53Ga0.47Asからなる約2
00nm厚の浮遊導電層14、ノンドープのi−In
0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなるバリア層1
6、シリコンのドープ量が5×1017cm-3のn−In
0.53Ga0.47Asからなるチャネル層18、ノンドープ
のi−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚の薄い
バリア層20、シリコンのドープ量を1×1018cm-3
から5×1019cm-3に変化する約70nm厚のn−I
0.53Ga 0.47Asからなるコンタクト層22とが順番
に積層されている。さらに、コンタクト層22上に第1
電極24が形成され、チャネル層18上に第2電極26
が形成されている。
On the semi-insulating InP substrate 10, non-doped
I-In0.52Al0.48About 300nm thick consisting of As
Thick barrier layer 12 is formed. This thick barrier
On the layer 12, elements are isolated in the region on the left side of FIG.
In the same manner as the first embodiment, the silicon doping amount is 1 ×.
1018cm-3N-In0.53Ga0.47About 2 consisting of As
00 nm thick floating conductive layer 14, non-doped i-In
0.52(AlxGa1-x)0.48Barrier layer 1 made of As
6, the doping amount of silicon is 5 × 1017cm-3N-In
0.53Ga0.47Channel layer 18 made of As, non-doped
I-In0.52Al0.48Thin about 5 nm thick consisting of As
Barrier layer 20, the doping amount of silicon is 1 × 1018cm-3
From 5 × 1019cm-3About 70 nm thick n-I
n0.53Ga 0.47Contact layer 22 made of As is in order
Are stacked on. Further, the first layer is formed on the contact layer 22.
The electrode 24 is formed, and the second electrode 26 is formed on the channel layer 18.
Are formed.

【0070】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。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RHET
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1×10
18cm-3のn−In0.53Ga0.47Asからなる約200
nm厚のコレクタ層40、ノンドープのi−In
0.52(AlxGa1−x)0.48Asからなるバリア層4
2、シリコンのドープ量が5×1017cm-3のn−In
0.53Ga0.47Asからなるベース引出し層44、ノンド
ープのi−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚の
薄いベース層46、シリコンのドープ量を1×1018
-3から5×1019cm-3に変化する約70nm厚のn
−In0.53Ga0.47As層48bからなるエミッタ層4
8とが順番に階段状に積層されている。
In this way, on the semi-insulating InP substrate 10
The semiconductor memory device of this embodiment is formed in the region on the left side of
There is. On the other hand, the right region on the semi-insulating InP substrate 10
In addition, HET and RHET having the same layer structure as the semiconductor memory device
Are formed. That is, on the thick barrier layer 12,
With the elements separated, the doping amount of silicon is 1 × 10
18cm-3N-In0.53Ga0.47About 200 made of As
nm collector layer 40, undoped i-In
0.52(AlxGa1-x)0.48Barrier layer 4 made of As
2. Dope amount of silicon is 5 × 1017cm-3N-In
0.53Ga0.47Base lead-out layer 44 made of As, non-doped
I-In0.52Al0.48About 5 nm thick made of As
Thin base layer 46, silicon doping amount of 1 × 1018c
m-3From 5 × 1019cm-3About 70 nm thick
-In0.53Ga0.47Emitter layer 4 composed of As layer 48b
8 and 8 are sequentially stacked in a step-like manner.

【0071】コレクタ層40は浮遊導電層14と同じ層
であり、バリア層42はバリア層16と同じ層であり、
ベース引出し層44はチャネル層18と同じ層であり、
ベース層46は薄いバリア層20と同じ層であり、エミ
ッタ層48はコンタクト層22と同じ層である。コレク
タ層40上にはコレクタ電極50が形成され、ベース引
出し層44上にはベース電極52が形成され、エミッタ
層48上にはエミッタ電極54が形成されている。
The collector layer 40 is the same layer as the floating conductive layer 14, the barrier layer 42 is the same layer as the barrier layer 16,
The base extraction layer 44 is the same layer as the channel layer 18,
The base layer 46 is the same layer as the thin barrier layer 20, and the emitter layer 48 is the same layer as the contact layer 22. A collector electrode 50 is formed on the collector layer 40, a base electrode 52 is formed on the base extraction layer 44, and an emitter electrode 54 is formed on the emitter layer 48.

【0072】このように、本実施例によれば、半絶縁性
InP基板10上にメモリ素子と同時にマルチエミッタ
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7の実施例による半
導体記憶装置を図19を用いて説明する。図18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 this embodiment, the multi-emitter type InGaAs / In (AlGa) As hot electron transistor (HET) and the resonant tunneling hot electron transistor (simultaneously with the memory element are formed on the semi-insulating InP substrate 10. RHET) can be formed. 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. 18 are designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0073】本実施例では、半絶縁性InP基板10上
の右側の領域に、HETやRHETの代わりに、FET
(HEMT)を形成している。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1×1018cm-3の約200nm厚のn−In0.53
0.47As層60、ノンドープのi−In0.52(Alx
Ga1−x)0.48As層62、シリコンのドープ量が5
×1017cm-3のn−In0.53Ga0.47Asからなるチ
ャネル層64が順番に積層されている。
In the present embodiment, FET is used in the right region on the semi-insulating InP substrate 10 instead of HET or RHET.
(HEMT) is formed. That is, n-In 0.53 G having a thickness of about 200 nm and a doping amount of silicon of 1 × 10 18 cm −3 is isolated on the thick barrier layer 12 in a device isolation state.
a 0.47 As layer 60, undoped i-In 0.52 (Alx
Ga1-x) 0.48 As layer 62, the doping amount of silicon is 5
A channel layer 64 of × 10 17 cm −3 made of n-In 0.53 Ga 0.47 As is laminated in order.

【0074】コンタクト層64の左側には、ノンドープ
のi−In0.52Al0.48Asからなる約5nm厚の薄い
バリア層66と、シリコンのドープ量を1×1018cm
-3から5×1019cm-3に変化する約70nm厚のn−
In0.53Ga0.47Asからなるコンタクト層68とを介
して、ソース電極70が形成されている。コンタクト層
64の右側にはドレイン電極72が形成されている。こ
れらソース電極70とドレイン電極72間のコンタクト
層64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74が形成され
ている。
On the left side of the contact layer 64, a thin barrier layer 66 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 5 nm, and a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm.
-3 to 5 x 10 19 cm -3 n- with a thickness of about 70 nm
A source electrode 70 is formed via a contact layer 68 made of In 0.53 Ga 0.47 As. A drain electrode 72 is formed on the right side of the contact layer 64. A gate electrode 74 made of tungsten silicide (WSi) or aluminum (Al) is formed on the contact layer 64 between the source electrode 70 and the drain electrode 72.

【0075】電子供給層60は浮遊導電層14と同じ層
であり、能動層62はバリア層16と同じ層であり、コ
ンタクト層64はチャネル層18と同じ層であり、薄い
バリア層66は薄いバリア層20と同じ層であり、コン
タクト層68はコンタクト層22と同じ層である。この
ように、本実施例によれば、半絶縁性InP基板10上
にメモリ素子と同時にFET(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。
The electron supply layer 60 is the same layer as the floating conductive layer 14, the active layer 62 is the same layer as the barrier layer 16, the contact layer 64 is the same layer as the channel layer 18, and the thin barrier layer 66 is thin. The contact layer 68 is the same layer as the barrier layer 20, and the contact layer 68 is the same layer as the contact layer 22. As described above, according to the present embodiment, the FET (HEMT) can be formed simultaneously with the memory element on the semi-insulating InP substrate 10, and the amplification of the stored information and the peripheral circuit for the memory element can be easily formed. be able to.

【0076】次に、本発明の第8の実施例による半導体
記憶装置を図20乃至図23を用いて説明する。本実施
例は、上述した第1乃至第7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。各メモリセルMC11、MC12、…、MC5
4、MC55には、それぞれ第1電極E1、第2電極E
2とが設けられている。ワード線WL1、WL2、…、
WL5は、Ti/Pt/Au等からなり、横方向に隣接
するメモリセルMC11、MC12、…、MC54、M
C55の第1電極E1同志を接続する。ワード線WL
1、WL2、…、WL5と直交するビット線BL1、B
L2、…、BL5は、Ti/Pt/Au等からなり、縦
方向に隣接するメモリセルMC11、MC12、…、M
C54、MC55の第2電極E2同志を接続する。
Next, a semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a large number of memory cells according to the above-mentioned first to seventh embodiments are arranged in a matrix to form a memory. Each memory cell MC11, MC12, ..., MC5
4, MC55 has a first electrode E1 and a second electrode E, respectively.
2 and are provided. Word lines WL1, WL2, ...
WL5 is made of Ti / Pt / Au or the like, and is horizontally adjacent to the memory cells MC11, MC12, ..., MC54, M.
The first electrodes E1 of C55 are connected to each other. Word line WL
1, WL2, ..., WL5 and bit lines BL1 and B orthogonal to
L2, ..., BL5 are made of Ti / Pt / Au or the like, and vertically adjacent memory cells MC11, MC12 ,.
The second electrodes E2 of C54 and MC55 are connected to each other.

【0077】次に、本実施例による半導体記憶装置の情
報記憶方法の一具体例について図20及び図21を用い
て説明する。まず、メモリセルアレイ中の特定のメモリ
セルに情報「1」を書込む方法について図20を用いて
説明する。メモリセルアレイ中の特定のメモリセル、例
えば、メモリセルMC15に情報「1」を書込む場合に
は、ワード線WL1に0V(接地)、ワード線WL2、
WL3、WL4、WL5に+1Vを印加し、ビット線B
L1、BL2、BL3、BL4に0V(接地)、ビット
線BL5に+1Vを印加する。メモリセルMC15だけ
第1電極E1に0V、第2電極E2に+1Vが印加さ
れ、情報「1」が書込まれる。
Next, a specific example of the information storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, a method of writing information "1" in a specific memory cell in the memory cell array will be described with reference to FIG. When writing information “1” to a specific memory cell in the memory cell array, for example, the memory cell MC15, 0V (ground) is applied to the word line WL1, the word line WL2,
Applying + 1V to WL3, WL4, WL5, and bit line B
0V (ground) is applied to L1, BL2, BL3, and BL4, and + 1V is applied to the bit line BL5. Only memory cell MC15 has 0V applied to the first electrode E1 and + 1V applied to the second electrode E2, and information "1" is written.

【0078】その他のメモリセルについては、メモリセ
ルMC11、MC12、MC13、MC14では、第1
電極E1と第2電極E2に共に0Vが印加されるので、
記憶内容が変化することはない。また、メモリセルMC
25、MC35、MC45、MC55では、第1電極E
1と第2電極E2に共に+1Vが印加されるので、記憶
内容が変化することはない。さらに、メモリセルMC2
1、MC22、MC23、MC24、MC31、MC3
2、MC33、MC34、MC41、MC42、MC4
3、MC44、MC51、MC52、MC53、MC5
4では、第1電極E1に+1V、第2電極E2に0Vが
印加されるので、記憶内容が変化することはない。
Regarding the other memory cells, the memory cells MC11, MC12, MC13 and MC14 are the first memory cells.
Since 0 V is applied to both the electrode E1 and the second electrode E2,
The memory content does not change. Also, the memory cell MC
25, MC35, MC45, MC55, the first electrode E
Since +1 V is applied to both 1 and the second electrode E2, the stored contents do not change. Furthermore, the memory cell MC2
1, MC22, MC23, MC24, MC31, MC3
2, MC33, MC34, MC41, MC42, MC4
3, MC44, MC51, MC52, MC53, MC5
In No. 4, since + 1V is applied to the first electrode E1 and 0V is applied to the second electrode E2, the stored contents do not change.

【0079】次に、メモリセルアレイ中の特定のメモリ
セルの情報「1」を消去する方法(情報「0」を書込む
方法)について図20を用いて説明する。メモリセルア
レイ中の特定のメモリセル、例えば、メモリセルMC1
5の情報「1」を消去する場合(情報「0」を書込む場
合)には、ワード線WL1に0V(接地)、ワード線W
L2、WL3、WL4、WL5に−1.5Vを印加し、
ビット線BL1、BL2、BL3、BL4に−1V、ビ
ット線BL5に−3Vを印加する。メモリセルMC15
だけ第1電極E1に0V、第2電極E2に−3Vが印加
され、情報「1」が消去される(情報「0」が書込まれ
る)。
Next, a method of erasing information "1" of a specific memory cell in the memory cell array (a method of writing information "0") will be described with reference to FIG. A specific memory cell in the memory cell array, for example, memory cell MC1
When erasing the information "1" of 5 (writing the information "0"), 0 V (ground) to the word line WL1 and the word line W
Apply -1.5V to L2, WL3, WL4, WL5,
-1V is applied to the bit lines BL1, BL2, BL3, BL4 and -3V is applied to the bit line BL5. Memory cell MC15
Only 0V is applied to the first electrode E1 and -3V is applied to the second electrode E2, and the information "1" is erased (information "0" is written).

【0080】その他のメモリセルについては、メモリセ
ルMC11、MC12、MC13、MC14では、第1
電極E1に0V、第2電極E2に−1Vが印加されるの
で、記憶内容が変化することはない。また、メモリセル
MC25、MC35、MC45、MC55では、第1電
極E1に−1.5V、第2電極E2に−3Vが印加され
るので、記憶内容が変化することはない。さらに、メモ
リセルMC21、MC22、MC23、MC24、MC
31、MC32、MC33、MC34、MC41、MC
42、MC43、MC44、MC51、MC52、MC
53、MC54では、第1電極E1に−1.5V、第2
電極E2に−1Vが印加されるので、記憶内容が変化す
ることはない。
For the other memory cells, the memory cells MC11, MC12, MC13, MC14 are
Since 0V is applied to the electrode E1 and -1V is applied to the second electrode E2, the stored contents do not change. Further, in the memory cells MC25, MC35, MC45, and MC55, since −1.5V is applied to the first electrode E1 and −3V is applied to the second electrode E2, the stored content does not change. Further, memory cells MC21, MC22, MC23, MC24, MC
31, MC32, MC33, MC34, MC41, MC
42, MC43, MC44, MC51, MC52, MC
53 and MC54, the first electrode E1 is -1.5V,
Since -1 V is applied to the electrode E2, the stored contents do not change.

【0081】次に、メモリセルアレイ中の特定のメモリ
セルの情報を読出す方法について図20を用いて説明す
る。メモリセルアレイ中の特定のメモリセル、例えば、
メモリセルMC11、MC12、MC13、MC14、
MC15の情報を読出す場合には、ワード線WL1に0
V(接地)、ワード線WL2、WL3、WL4、WL5
に−1Vを印加し、ビット線BL1、BL2、BL3、
BL4、BL5に−1Vを印加する。メモリセルMC1
1、MC12、MC13、MC14、MC15の第1電
極E1に0V、第2電極E2に−1Vが印加され、メモ
リセルMC11、MC12、MC13、MC14、MC
15に記憶内容が読出される。
Next, a method of reading information from a specific memory cell in the memory cell array will be described with reference to FIG. A specific memory cell in the memory cell array, for example,
Memory cells MC11, MC12, MC13, MC14,
When reading the information of MC15, 0 is applied to the word line WL1.
V (ground), word lines WL2, WL3, WL4, WL5
To the bit lines BL1, BL2, BL3,
-1V is applied to BL4 and BL5. Memory cell MC1
0V and -1V are applied to the first electrode E1 and the second electrode E2 of 1, MC12, MC13, MC14, and MC15, respectively, and the memory cells MC11, MC12, MC13, MC14, and MC
The stored contents are read out at 15.

【0082】その他のメモリセルMC21、MC22、
MC23、MC24、MC25、MC31、MC32、
MC33、MC34、MC35、MC41、MC42、
MC43、MC44、MC45、MC51、MC52、
MC53、MC54、MC55では、第1電極E1と第
2電極E2に共に−1Vが印加されるので、記憶内容が
読出されることなく、しかも、記憶内容が変化すること
もない。
Other memory cells MC21, MC22,
MC23, MC24, MC25, MC31, MC32,
MC33, MC34, MC35, MC41, MC42,
MC43, MC44, MC45, MC51, MC52,
In MC53, MC54, and MC55, since -1V is applied to both the first electrode E1 and the second electrode E2, the stored content is not read out and the stored content does not change.

【0083】次に、メモリセルアレイ中の特定の領域の
メモリセルの情報「1」を一括消去する方法(情報
「0」を一括書込みする方法)について図21を用いて
説明する。メモリセルアレイ中の特定の領域、例えば、
9個のメモリセルMC22、MC23、MC24、MC
32、MC33、MC34、MC42、MC43、MC
44の情報「1」を一括消去する場合(情報「0」を一
括書込みする場合)には、ワード線WL1に−1.5
V、ワード線WL2、WL3、WL4に0V(接地)、
WL5に−1.5Vを印加し、ビット線BL1に0V、
ビット線BL2、BL3、BL4に−3V、ビット線B
L5に0Vを印加する。上述した9個のメモリセルMC
22、MC23、MC24、MC32、MC33、MC
34、MC42、MC43、MC44の第1電極E1に
0V、第2電極E2に−3Vが印加され、情報「1」が
消去される(情報「0」が書込まれる)。
Next, a method of collectively erasing the information "1" of the memory cells in a specific area in the memory cell array (a method of collectively writing the information "0") will be described with reference to FIG. A specific area in the memory cell array, for example,
9 memory cells MC22, MC23, MC24, MC
32, MC33, MC34, MC42, MC43, MC
When collectively erasing the information "1" of 44 (when collectively writing the information "0"), -1.5 is applied to the word line WL1.
V, 0V (ground) to the word lines WL2, WL3, WL4,
Applying -1.5V to WL5, 0V to bit line BL1,
-3V to bit lines BL2, BL3, BL4, bit line B
0V is applied to L5. 9 memory cells MC described above
22, MC23, MC24, MC32, MC33, MC
0V is applied to the first electrode E1 and -3V is applied to the second electrode E2 of 34, MC42, MC43, and MC44, and the information "1" is erased (information "0" is written).

【0084】特定の領域外のメモリセルについては、メ
モリセルMC11、MC12、MC13、MC14、M
C15、MC21、MC22、MC23、MC24、M
C25では、第1電極E1に−1.5V、第2電極E2
に0V又は−3Vが印加されるので、記憶内容が変化す
ることはない。また、メモリセルMC21、MC31、
MC41、MC25、MC35、MC45では、第1電
極E1に0V、第2電極E2に0Vが印加されるので、
記憶内容が変化することはない。
For memory cells outside the specific region, memory cells MC11, MC12, MC13, MC14, M
C15, MC21, MC22, MC23, MC24, M
In C25, -1.5V is applied to the first electrode E1 and the second electrode E2 is applied.
Since 0V or -3V is applied to, the stored contents do not change. In addition, the memory cells MC21, MC31,
In MC41, MC25, MC35, and MC45, 0 V is applied to the first electrode E1 and 0 V is applied to the second electrode E2,
The memory content does not change.

【0085】次に、本実施例による半導体記憶装置の情
報記憶方法の他の具体例について図22及び図23を用
いて説明する。本具体例は、図20及び図21に示す具
体例とは情報「1」を消去する方法(情報「0」を書込
む方法)が異なる。図20及び図21に示す具体例では
情報「1」の消去時に最大3Vの電圧を必要としたが、
本具体例では最大1.5Vの電圧でよい。メモリセルに
情報「1」を書込む方法、メモリセルの情報を読出す方
法については同じであるので説明を省略する。
Next, another specific example of the information storage method of the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. This specific example is different from the specific examples shown in FIGS. 20 and 21 in the method of erasing the information “1” (the method of writing the information “0”). In the specific examples shown in FIGS. 20 and 21, a maximum voltage of 3V is required when erasing the information “1”.
In this specific example, a maximum voltage of 1.5 V is sufficient. Since the method of writing the information "1" in the memory cell and the method of reading the information in the memory cell are the same, the description thereof will be omitted.

【0086】まず、メモリセルアレイ中の特定のメモリ
セルの情報「1」を消去する方法(情報「0」を書込む
方法)について図22を用いて説明する。メモリセルア
レイ中の特定のメモリセル、例えば、メモリセルMC1
5の情報「1」を消去する場合(情報「0」を書込む場
合)には、ワード線WL1に+1.5V、ワード線WL
2、WL3、WL4、WL5に0Vを印加し、ビット線
BL1、BL2、BL3、BL4に0V、ビット線BL
5に−1.5Vを印加する。メモリセルMC15だけ第
1電極E1に+1.5V、第2電極E2に−1.5Vが
印加され、情報「1」が消去される(情報「0」が書込
まれる)。
First, a method of erasing information "1" of a specific memory cell in the memory cell array (a method of writing information "0") will be described with reference to FIG. A specific memory cell in the memory cell array, for example, memory cell MC1
When erasing the information "1" of No. 5 (when writing the information "0"), + 1.5V is applied to the word line WL1 and the word line WL
0V is applied to 2, WL3, WL4, and WL5, 0V is applied to the bit lines BL1, BL2, BL3, BL4, and the bit line BL
5 is applied with -1.5V. Only in the memory cell MC15, + 1.5V is applied to the first electrode E1 and −1.5V is applied to the second electrode E2, and the information “1” is erased (information “0” is written).

【0087】その他のメモリセルについては、メモリセ
ルMC11、MC12、MC13、MC14では、第1
電極E1に+1.5V、第2電極E2に0Vが印加され
るので、記憶内容が変化することはない。また、メモリ
セルMC25、MC35、MC45、MC55では、第
1電極E1に0V、第2電極E2に−1.5Vが印加さ
れるので、記憶内容が変化することはない。さらに、メ
モリセルMC21、MC22、MC23、MC24、M
C31、MC32、MC33、MC34、MC41、M
C42、MC43、MC44、MC51、MC52、M
C53、MC54では、第1電極E1に0V、第2電極
E2に0Vが印加されるので、記憶内容が変化すること
はない。
Regarding the other memory cells, the memory cells MC11, MC12, MC13, MC14 are
Since + 1.5V is applied to the electrode E1 and 0V is applied to the second electrode E2, the stored contents do not change. Further, in the memory cells MC25, MC35, MC45, and MC55, since 0 V is applied to the first electrode E1 and −1.5 V is applied to the second electrode E2, the stored contents do not change. Further, memory cells MC21, MC22, MC23, MC24, M
C31, MC32, MC33, MC34, MC41, M
C42, MC43, MC44, MC51, MC52, M
In C53 and MC54, since 0 V is applied to the first electrode E1 and 0 V is applied to the second electrode E2, the stored contents do not change.

【0088】次に、メモリセルアレイ中の特定の領域の
メモリセルの情報「1」を一括消去する方法(情報
「0」を一括書込みする方法)について図23を用いて
説明する。メモリセルアレイ中の特定の領域、例えば、
9個のメモリセルMC22、MC23、MC24、MC
32、MC33、MC34、MC42、MC43、MC
44の情報「1」を一括消去する場合(情報「0」を一
括書込みする場合)には、ワード線WL1に0V、ワー
ド線WL2、WL3、WL4に+1.5V、WL5に0
Vを印加し、ビット線BL1に0V、ビット線BL2、
BL3、BL4に−1.5V、ビット線BL5に0Vを
印加する。上述した9個のメモリセルMC22、MC2
3、MC24、MC32、MC33、MC34、MC4
2、MC43、MC44の第1電極E1に+1.5V、
第2電極E2に−1.5Vが印加され、情報「1」が消
去される(情報「0」が書込まれる)。
Next, a method of collectively erasing information "1" of memory cells in a specific area in the memory cell array (a method of collectively writing information "0") will be described with reference to FIG. A specific area in the memory cell array, for example,
9 memory cells MC22, MC23, MC24, MC
32, MC33, MC34, MC42, MC43, MC
When collectively erasing the information "1" of 44 (when collectively writing the information "0"), 0V is applied to the word line WL1, + 1.5V is applied to the word lines WL2, WL3 and WL4, and 0 is applied to the WL5.
V is applied to the bit line BL1 to 0 V, the bit line BL2,
-1.5V is applied to BL3 and BL4, and 0V is applied to the bit line BL5. The nine memory cells MC22 and MC2 described above
3, MC24, MC32, MC33, MC34, MC4
2, + 1.5V to the first electrode E1 of MC43, MC44,
-1.5V is applied to the second electrode E2, and the information "1" is erased (information "0" is written).

【0089】特定の領域外のメモリセルについては、メ
モリセルMC11、MC12、MC13、MC14、M
C15、MC21、MC22、MC23、MC24、M
C25では、第1電極E1に0V、第2電極E2に0V
又は−1.5Vが印加されるので、記憶内容が変化する
ことはない。また、メモリセルMC21、MC31、M
C41、MC25、MC35、MC45では、第1電極
E1に+1.5V、第2電極E2に0Vが印加されるの
で、記憶内容が変化することはない。
For memory cells outside the specific region, memory cells MC11, MC12, MC13, MC14, M
C15, MC21, MC22, MC23, MC24, M
In C25, 0V is applied to the first electrode E1 and 0V is applied to the second electrode E2.
Alternatively, since −1.5 V is applied, the stored contents do not change. Also, the memory cells MC21, MC31, M
In C41, MC25, MC35, and MC45, since +1.5 V is applied to the first electrode E1 and 0 V is applied to the second electrode E2, the stored contents do not change.

【0090】このように、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MOS
FETとキャパシタを用いた1MOSセル方式のDRA
Mの場合、セル面積は0.6μmルールで約2μm2
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。
As described above, according to the present embodiment, since two wirings may be provided for one memory cell, the stored information can be written or read at high speed. Also, a conventional semiconductor memory device, for example, a silicon MOS
1MOS cell type DRA using FET and capacitor
In the case of M, the cell area is about 2 μm 2 according to the rule of 0.6 μm, whereas in the case of this embodiment, the cell area is about 1 μm 2
Can be made smaller.

【0091】また、本実施例では大きな専有面積のキャ
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。次
に、本発明の第9の実施例による半導体記憶装置を図2
4乃至図27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。
Further, in the present embodiment, since a capacitor having a large occupied area is not required, the manufacturing process becomes very simple. Furthermore, if further miniaturization is requested,
In the DRAM using silicon, the noise margin due to the capacitance of the capacitor is a problem, whereas in the semiconductor memory device of this embodiment, there is no particular problem with miniaturization, and further miniaturization is required. Is possible. Next, a semiconductor memory device according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This 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 designated by the same reference numerals to omit or simplify the description.

【0092】本実施例の半導体記憶装置を図24を用い
て説明する。本実施例はメモリセルを図19に示すよう
なマトリックス状に配列するのに適した構造である点を
特徴としている。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−In0.52Al0.48
As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、酸化膜80によ
りメモリセル毎に分離されて、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、ノンドープのi−In
0.52(AlxGa1−x) 0.48Asからなるバリア層1
6、シリコンのドープ量が5×1017cm-3のn−In
0.53Ga0.47Asからなるチャネル層18が順番に積層
されている。
The semiconductor memory device of this embodiment is shown in FIG.
Explain. In this embodiment, the memory cell is as shown in FIG.
It is a structure suitable for arranging in a matrix
It has a feature. On the semi-insulating InP substrate 10, the first
In the same manner as in the above example, non-doped i-In0.52Al0.48
A thick barrier layer 12 made of As and having a thickness of about 300 nm is formed.
Has been done. An oxide film 80 is formed on the thick barrier layer 12.
Each memory cell is separated and the silicon doping amount is 1
× 1018cm-3N-In0.53Ga0.47Approximately composed of As
200 nm thick floating conductive layer 14, non-doped i-In
0.52(AlxGa1-x) 0.48Barrier layer 1 made of As
6, the doping amount of silicon is 5 × 1017cm-3N-In
0.53Ga0.47The channel layer 18 made of As is laminated in order.
Has been done.

【0093】各メモリセルのチャネル層18の左側の領
域には、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asからな
る約5nm厚の薄いバリア層20と、シリコンのドープ
量を1×1018cm-3から5×1019cm-3まで変化さ
せた約70nm厚のn−In 0.53Ga0.47Asからなる
コンタクト層22とが順番に積層されている。各メモリ
セルのチャネル層18の右側の領域には、第2電極82
が形成されている。この第2電極82は、図24の紙面
の表面から裏面に貫通して、各メモリセルの第2電極を
共通接続するビット線BLとして機能する。ビット線B
Lは酸化膜84により埋め込まれている。
The area on the left side of the channel layer 18 of each memory cell
In the region, undoped i-In0.52Al0.48From As
And a thin barrier layer 20 having a thickness of about 5 nm and silicon doping
1 x 1018cm-3From 5 × 1019cm-3Changed
About 70 nm thick n-In 0.53Ga0.47Consists of As
The contact layer 22 is sequentially stacked. Each memory
In the region on the right side of the channel layer 18 of the cell, the second electrode 82
Are formed. The second electrode 82 is on the paper surface of FIG.
The second electrode of each memory cell
It functions as a commonly connected bit line BL. Bit line B
L is filled with an oxide film 84.

【0094】各メモリセルのコンタクト層22上には、
第1電極86が形成されている。この第1電極86は、
図24の紙面の左右方向に延在して、各メモリセルの第
1電極を共通接続するワード線WLとして機能する。こ
のように本実施例によれば、各メモリセルの第1電極又
は第2電極を共通接続する配線を新たに形成することな
く、メモリセルを縦横に接続するワード線及びビット線
で接続したマトリクス配列を実現することができる。
On the contact layer 22 of each memory cell,
The first electrode 86 is formed. The first electrode 86 is
It functions as a word line WL that extends in the left-right direction on the paper surface of FIG. 24 and commonly connects the first electrodes of the memory cells. As described above, according to the present embodiment, the matrix in which the memory cells are connected by the word lines and the bit lines that connect the memory cells vertically and horizontally without newly forming the wiring that commonly connects the first electrode or the second electrode of each memory cell. Arrays can be realized.

【0095】次に、本実施例による半導体記憶装置の製
造方法を図25乃至図27を用いて説明する。まず、分
子線エピタキシャル(MBE)法により、半絶縁性In
P基板10上に、ノンドープのi−In0.52Al0.48
s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1×1018cm-3のn−In0.53Ga
0.47As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50nm厚のバリア層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を順番に堆積する
(図25(a))。
Next, the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. First, by a molecular beam epitaxial (MBE) method, semi-insulating In
On the P substrate 10, non-doped i-In 0.52 Al 0.48 A
A thick barrier layer 12 made of s and having a thickness of about 300 nm, and n-In 0.53 Ga having a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm −3.
About 200 nm thick floating conductive layer 14 of 0.47 As, undoped i-In 0.52 (AlxGa1-x) 0.48 As
And a channel layer 18 of about 30 nm thick made of n-In 0.53 Ga 0.47 As with a silicon doping amount of 5 × 10 17 cm −3 are sequentially deposited (FIG. 25A). ).

【0096】次に、全面にレジスト層90を塗布し、メ
モリセル形状にパターニングし、パターニングされたレ
ジスト層90をマスクとして、浮遊導電層14とバリア
層16とチャネル層18とをメサ形状にエッチングする
(図25(b))。次に、全面にレジスト層92を塗布
し、メモリセルのメサ上であって、後述する第1電極と
第2電極が形成される領域を覆うような形状にレジスト
層92をパターニングする。続いて、全面に酸化膜80
を堆積して、メモリセル間を素子分離する(図25
(c))。
Next, a resist layer 90 is applied on the entire surface and patterned into a memory cell shape, and the floating conductive layer 14, barrier layer 16 and channel layer 18 are etched into a mesa shape using the patterned resist layer 90 as a mask. (FIG. 25 (b)). Next, a resist layer 92 is applied on the entire surface, and the resist layer 92 is patterned into a shape on the mesa of the memory cell so as to cover a region where first electrodes and second electrodes to be described later are formed. Then, an oxide film 80 is formed on the entire surface.
Are deposited to isolate the elements between the memory cells (see FIG. 25).
(C)).

【0097】次に、レジスト層92を除去した(図26
(d))後、新たに全面にレジスト層94を塗布し、第
2電極(ビット線)が形成される領域が開口するように
パターニングする(図26(e))。続いて、全面に第
2電極82(ビット線BL)を構成するタングステンシ
リサイド層82を堆積する(図26(e))。次に、レ
ジスト層94を除去して余分なタングステンシリサイド
層をリフトオフにより除去して、チャネル層18の表面
を露出させる(図26(f))。
Next, the resist layer 92 was removed (see FIG. 26).
After (d)), a resist layer 94 is newly applied on the entire surface and patterned so that the region where the second electrode (bit line) is formed is opened (FIG. 26E). Then, a tungsten silicide layer 82 forming the second electrode 82 (bit line BL) is deposited on the entire surface (FIG. 26E). Next, the resist layer 94 is removed and the excess tungsten silicide layer is removed by lift-off to expose the surface of the channel layer 18 (FIG. 26 (f)).

【0098】次に、電子線ビームエピタキシャル(MB
E)法により、露出したチャネル層18の表面に結晶を
再成長させ、ノンドープのi−In0.52Al0.48Asか
らなる約5nm厚の薄いバリア層20と、シリコンのド
ープ量を1×1018cm-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22とを順番に堆積する(図27
(g))。
Next, electron beam epitaxial (MB
By the method E), a crystal is regrown on the exposed surface of the channel layer 18, and a thin barrier layer 20 made of non-doped i-In 0.52 Al 0.48 As and having a thickness of about 5 nm, and a silicon doping amount of 1 × 10 18 cm 2. -3 to 5 × 10 19 cm -3, and a contact layer 22 made of n-In 0.53 Ga 0.47 As having a thickness of about 70 nm is sequentially deposited (FIG.
(G)).

【0099】次に、全面に酸化膜84を形成して、第2
電極(ビット線)82を含むメモリセル全体を埋め込む
(図27(h))。次に、CF4 とO2 の混合エッチン
グガスにより酸化膜84をエッチングし、酸化膜84が
平坦化されてコンタクト層22上面が露出するまでエッ
チングする(図27(i))。続いて、全面に第1電極
(ワード線)となるCr/Au層又はPd/Ge層を堆
積した後にパターニングして、第1電極86(ワード線
WL)を形成して、半導体記憶装置の製造を終了する
(図27(i))。
Next, an oxide film 84 is formed on the entire surface and the second
The entire memory cell including the electrode (bit line) 82 is embedded (FIG. 27 (h)). Next, the oxide film 84 is etched by a mixed etching gas of CF 4 and O 2 , and is etched until the oxide film 84 is flattened and the upper surface of the contact layer 22 is exposed (FIG. 27I). Subsequently, a Cr / Au layer or a Pd / Ge layer to be the first electrode (word line) is deposited on the entire surface and then patterned to form a first electrode 86 (word line WL), and a semiconductor memory device is manufactured. Ends (FIG. 27 (i)).

【0100】このように本実施例によれば少ない工程数
でメモリセルがマトリックス状に配列された半導体記憶
装置を製造することができる。次に、本発明の第10の
実施例による半導体記憶装置を図28を用いて説明す
る。本実施例もメモリセルを図19に示すようなマトリ
ックス状に配列するのに適している。第1乃至第9の実
施例による半導体記憶装置の構造を上下反転し、第2電
極を共通配線(ワード線)として基板内に埋め込んだ点
に特徴がある。
As described above, according to this embodiment, a semiconductor memory device in which memory cells are arranged in a matrix can be manufactured with a small number of steps. Next, a semiconductor memory device according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is also suitable for arranging memory cells in a matrix as shown in FIG. It is characterized in that the structure of the semiconductor memory device according to the first to ninth embodiments is turned upside down and the second electrode is embedded in the substrate as a common wiring (word line).

【0101】半絶縁性InP基板100上には、ノンド
ープのi−In0.52Al0.48Asからなる約200nm
厚のバッファ層102が形成されている。バッファ層1
02上には、シリコンのドープ量が1×1019cm-3
約200nm厚のn−In0. 53Ga0.47Asからなるエ
ミッタ層104が形成されている。紙面の左右方向に配
置されたメモリセルのエミッタ層104は共通接続さ
れ、ワード線WLとして機能している。なお、エミッタ
層104の端部には各メモリセルに共通の第1電極10
6が設けられている。
On the semi-insulating InP substrate 100, approximately 200 nm of undoped i-In 0.52 Al 0.48 As is formed.
A thick buffer layer 102 is formed. Buffer layer 1
On 02, the emitter layer 104 doped amount of silicon is made of 1 × 10 19 cm to about 200nm thick -3 n-In 0. 53 Ga 0.47 As is formed. The emitter layers 104 of the memory cells arranged in the left-right direction on the paper surface are commonly connected and function as word lines WL. It should be noted that the first electrode 10 common to each memory cell is provided at the end of the emitter layer 104.
6 is provided.

【0102】エミッタ層104上にはメモリセル毎に分
離されて、ノンドープのi−In0. 52Al0.48Asから
なる約5nm厚の薄いバリア層108と、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110が積層されて
いる。各メモリセルのチャネル層110の右側の領域に
は、約200nm厚のタングステンシリサイド(WS
i)層からなる第2電極112が形成されている。この
第2電極112は、図28の紙面の表面から裏面に貫通
して、各メモリセルの第2電極を共通接続するビット線
BLとして機能する。
[0102] On the emitter layer 104 is separated for each memory cell, a thin barrier layer 108 of about 5nm thick made of undoped i-In 0. 52 Al 0.48 As , doping amount of silicon 5 × 10 17 cm -3 n-In 0.53 Ga 0.47 As
The channel layer 110 having a thickness of about 30 nm is laminated. In a region on the right side of the channel layer 110 of each memory cell, tungsten silicide (WS) having a thickness of about 200 nm is formed.
The second electrode 112 including the i) layer is formed. The second electrode 112 penetrates from the front side to the back side of the paper surface of FIG. 28 and functions as a bit line BL that commonly connects the second electrodes of the memory cells.

【0103】各メモリセルのチャネル層110の左側の
領域には、ノンドープのi−In0. 52(AlxGa1−
x)0.48Asからなる約200nm厚の厚いバリア層1
12が形成されている。厚いバリア層114上には、シ
リコン(Si)のドープ量が1×1018cm-3のn−I
0.53Ga0.47Asからなる約200nm厚の浮遊導電
層116が形成されている。浮遊導電層116上には、
ノンドープのi−In 0.52Al0.48Asからなる約5n
m厚のバリア層118が形成されている。
To the left of the channel layer 110 of each memory cell
In the region, undoped i-In0. 52(AlxGa1-
x)0.48Thick barrier layer 1 made of As and having a thickness of about 200 nm 1
12 are formed. On top of the thick barrier layer 114,
The doping amount of recon (Si) is 1 × 1018cm-3N-I
n0.53Ga0.47About 200 nm thick floating conductor made of As
The layer 116 is formed. On the floating conductive layer 116,
Undoped i-In 0.52Al0.48About 5n made of As
A barrier layer 118 having a thickness of m is formed.

【0104】このように本実施例によれば、各メモリセ
ルの第1電極又は第2電極を共通接続する配線を新たに
形成することなく、メモリセルを縦横に接続するワード
線及びビット線で接続したマトリクス配列を実現するこ
とができる。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。
As described above, according to this embodiment, the word line and the bit line connecting the memory cells vertically and horizontally are formed without newly forming the wiring commonly connecting the first electrode or the second electrode of each memory cell. A connected matrix arrangement can be realized. The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, InGaAs / I
An n (AlGa) As-based compound semiconductor material was used,
GaAs / AlGaAs system, InGaAs / InP system,
Compound semiconductor materials such as InAs / AlGaAsSb series, semiconductor materials such as Si and SiGe, Si and SiO 2 and combinations of metals and insulators such as CaF and CoSi,
Superconducting materials such as Nb and NbO, MgO and SrTiO 3
Other materials such as oxide superconductors may also be used.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半導体基
板上に、不純物がドープされた浮遊導電層と、ノンドー
プのバリア層と、チャネル層と、ノンドープの薄いバリ
ア層と、導電層とを積層し、導電層上に第1の電極を形
成し、チャネル層上に第2の電極を設けたので、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
てバリア層及び/又は浮遊導電層に電子を注入してバリ
ア層及び/又は浮遊導電層に情報を書込み、第1電極よ
り第2電極の方が電位が低い読出しバイアス電圧を印加
し、チャネル層に電流が流れるか否かに基づいて、浮遊
導電層に記憶された情報を読出し、第1電極より第2電
極の方が電位が低く、読出しバイアス電圧よりも絶対値
が大きい消去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バリア層及び/又は浮遊
導電層に蓄積された電子を放出して情報を消去すること
ができる。
As described above, according to the present invention, a floating conductive layer doped with impurities, a non-doped barrier layer, a channel layer, a thin non-doped barrier layer, and a conductive layer are formed on a semiconductor substrate. Since the first electrode was formed on the conductive layer and the second electrode was provided on the channel layer by applying a writing bias voltage in which the second electrode had a higher potential than the first electrode, , Electrons are injected from the first electrode through the thin barrier layer into the barrier layer and / or the floating conductive layer to write information in the barrier layer and / or the floating conductive layer, and the potential of the second electrode is higher than that of the first electrode. The information stored in the floating conductive layer is read based on whether or not a current flows through the channel layer by applying a low read bias voltage, and the potential of the second electrode is lower than that of the first electrode and is lower than the read bias voltage. Also has a large absolute value By applying a scan voltage, the first
Information can be erased by discharging electrons accumulated in the barrier layer and / or the floating conductive layer from the electrode through the thin barrier layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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
情報「1」の書込み方法を説明するためのエネルギバン
ド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram for explaining a method of writing information “1” in the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
情報の読出し方法を説明するためのエネルギバンド図で
ある。
FIG. 3 is an energy band diagram for explaining a method of reading information from the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
情報の読出し方法を説明するためのグラフである。
FIG. 4 is a graph for explaining a method of reading information from the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
情報「1」の消去方法を説明するためのエネルギバンド
図である。
FIG. 5 is an energy band diagram for explaining a method of erasing information “1” of the semiconductor memory device according to the first example of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
電圧電流特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing voltage-current characteristics of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
情報記憶動作を示すタイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart showing an information storage operation of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
情報「1」の書込み方法の他のメカニズムを説明するた
めのエネルギバンド図である。
FIG. 8 is an energy band diagram for explaining another mechanism of the method of writing information “1” of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施例による半導体記憶装置の
情報「1」の消去方法の他のメカニズムを説明するため
のエネルギバンド図である。
FIG. 9 is an energy band diagram for explaining another mechanism of the method of erasing information “1” of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.

【図10】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. 10 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】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. 11 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3の実施例による半導体記憶装置
の電圧電流特性を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing voltage-current characteristics of a semiconductor memory device according to a third example of the present invention.

【図13】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. 13 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施例による半導体記憶装置
の情報「1」の書込み方法を説明するためのエネルギバ
ンド図である。
FIG. 14 is an energy band diagram for explaining a method of writing information “1” in the semiconductor memory device according to the fourth example of the present invention.

【図15】本発明の第4の実施例による半導体記憶装置
の情報の読出し方法を説明するためのエネルギバンド図
である。
FIG. 15 is an energy band diagram for explaining a method of reading information from the semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第4の実施例による半導体記憶装置
の情報「1」の消去方法を説明するためのエネルギバン
ド図である。
FIG. 16 is an energy band diagram for explaining a method of erasing information “1” of the semiconductor memory device according to the fourth example of the present invention.

【図17】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. 17 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図18】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. 18 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図19】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. 19 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第8の実施例による半導体記憶装置
の情報記憶方法の一具体例の説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of a specific example of the information storage method of the semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第8の実施例による半導体記憶装置
の情報記憶方法の一具体例の説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram of a specific example of the information storage method of the semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第8の実施例による半導体記憶装置
の情報記憶方法の他の具体例の説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram of another specific example of the information storage method of the semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第8の実施例による半導体記憶装置
の情報記憶方法の他の具体例の説明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram of another specific example of the information storage method of the semiconductor memory device according to the eighth embodiment of the present invention.

【図24】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. 24 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第9の実施例による半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
FIG. 25 is a process sectional view (1) showing the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第9の実施例による半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
FIG. 26 is a process sectional view (2) showing the method for manufacturing the semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第9の実施例による半導体記憶装置
の製造方法を示す工程断面図(その3)である。
FIG. 27 is a process sectional view (3) showing the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the ninth embodiment of the present invention.

【図28】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. 28 is a diagram showing a semiconductor memory device according to a tenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】 10…半絶縁性InP基板 12…厚いバリア層 14…浮遊導電層 16…バリア層 18…チャネル層 20…薄いバリア層 22…コンタクト層 22a…n−In0.53Ga0.47As層 23b…n−In0.53Ga0.47As層 24…第1電極 26…第2電極 28…2次元電子チャネル 30…共鳴トンネリングバリア層 30a…i−InAlAsバリア層 30b…i−InGaAs井戸層 30c…i−InAlAsバリア層 32…i−In(AlxGa1−x)Asバリア層 34…超格子バリア層 34a…i−In0.52Al0.48As層 34b…i−In0.53Ga0.47As層 40…コレクタ層 42…バリア層 44…ベース引出し層 46…ベース層 48…エミッタ層 50…コレクタ電極 52…ベース電極 54…エミッタ電極 60…n−In0.53Ga0.47As層 62…i−In0.52(AlxGa1−x)0.48As層 64…チャネル層 66…薄いバリア層 68…コンタクト層 70…ソース電極 72…ドレイン電極 74…ゲート電極 80…酸化膜 82…第2電極(ビット線) 84…酸化膜 86…第1電極(ワード線) 90…レジスト層 92…レジスト層 94…レジスト層 100…半絶縁性InP基板 102…バッファ層 104…エミッタ層 106…第1電極 108…薄いバリア層 110…チャネル層 112…第2電極 114…厚いバリア層 116…浮遊導電層 118…バリア層 E1…第1電極 E2…第2電極 WL1、WL2、…、WL5…ワード線 BL1、BL2、…、BL5…ビット線 MC11、MC12、…、MC54、MC55…メモリ
セル
[Explanation of Codes] 10 ... Semi-insulating InP substrate 12 ... Thick barrier layer 14 ... Floating conductive layer 16 ... Barrier layer 18 ... Channel layer 20 ... Thin barrier layer 22 ... Contact layer 22a ... n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 23b ... n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 24 ... First electrode 26 ... Second electrode 28 ... Two-dimensional electron channel 30 ... Resonant tunneling barrier layer 30a ... i-InAlAs barrier layer 30b ... i-InGaAs well layer 30c ... i-InAlAs barrier layer 32 ... i-In (AlxGa1- x) As barrier layer 34 ... superlattice barrier layers 34a ... i-In 0.52 Al 0.48 As layer 34b ... i-In 0.53 Ga 0.47 As layer 40 ... collector layer 42 ... barrier layer 44 ... Base extraction layer 46 ... Base layer 48 ... Emitter layer 50 ... Collector electrode 52 ... Base electrode 54 ... Emitter electrode 60 ... n-In 0.53 Ga 0.47 As layer 62 ... i-In 0.52 (AlxGa1 -x) 0.48 As layer 64 ... channel layer 66 ... thin barrier layer 68 ... contact layer 70 ... Source electrode 72 ... drain electrode 74 ... gate electrode 80 Oxide film 82 second electrode (bit line) 84 oxide film 86 first electrode (word line) 90 resist layer 92 resist layer 94 resist layer 100 semi-insulating InP substrate 102 buffer layer 104 Emitter layer 106 ... First electrode 108 ... Thin barrier layer 110 ... Channel layer 112 ... Second electrode 114 ... Thick barrier layer 116 ... Floating conductive layer 118 ... Barrier layer E1 ... First electrode E2 ... Second electrode WL1, WL2 ... , WL5 ... Word line BL1, BL2, ..., BL5 ... Bit line MC11, MC12, ..., MC54, MC55 ... Memory cell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/02 H01L 27/115 7210−4M H01L 27/10 434 ─────────────────────────────────────────────―― ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G11C 16/02 H01L 27/115 7210-4M H01L 27/10 434

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成され、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たノンドープのバリア層
と、 前記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ノンドープの薄いバリア
層と、 前記薄いバリア層上に形成された導電層と、 前記導電層上に形成された第1の電極と、 前記チャネル層上に形成された第2の電極とを有するこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
1. A semiconductor substrate, an impurity-doped floating conductive layer formed on the semiconductor substrate, a non-doped barrier layer formed on the floating conductive layer, and a barrier layer formed on the barrier layer. A channel layer, a non-doped thin barrier layer formed on the channel layer, a conductive layer formed on the thin barrier layer, a first electrode formed on the conductive layer, and a channel layer on the channel layer And a second electrode formed on the semiconductor memory device.
【請求項2】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された導電層と、 前記導電層上に形成されたノンドープの薄いバリア層
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ノンドープのバリア層
と、 前記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、 前記導電層上に形成された第1の電極と、 前記チャネル層上に形成された第2の電極とを有するこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
2. A semiconductor substrate, a conductive layer formed on the semiconductor substrate, a non-doped thin barrier layer formed on the conductive layer, a channel layer formed on the thin barrier layer, A non-doped barrier layer formed on the channel layer, a floating conductive layer formed on the barrier layer and doped with impurities, a first electrode formed on the conductive layer, and a channel layer on the channel layer. And a formed second electrode.
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体記憶装置に
おいて、 前記バリア層は、バリア高さが変化しない対称なバリア
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the barrier layer has a symmetrical barrier whose barrier height does not change.
【請求項4】 請求項1又は2記載の半導体記憶装置に
おいて、 前記バリア層は、前記チャネル層側のバリア高さが高い
非対称なバリアを有することを特徴とする半導体記憶装
置。
4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the barrier layer has an asymmetric barrier having a high barrier height on the channel layer side.
【請求項5】 請求項1乃至4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、共鳴トンネリングバリアを有する
ことを特徴とする半導体記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the thin barrier layer has a resonant tunneling barrier.
【請求項6】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成され、電子を蓄積するバリア層
と、 前記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ノンドープの薄いバリア
層と、 前記薄いバリア層上に形成された導電層と、 前記導電層上に形成された第1の電極と、 前記チャネル層上に形成された第2の電極とを有するこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
6. A semiconductor substrate, a barrier layer formed on the semiconductor substrate for accumulating electrons, a channel layer formed on the barrier layer, and a non-doped thin barrier layer formed on the channel layer. And a conductive layer formed on the thin barrier layer, a first electrode formed on the conductive layer, and a second electrode formed on the channel layer. Storage device.
【請求項7】 請求項6記載の半導体記憶装置におい
て、 前記バリア層は、多重量子井戸を有する超格子層であ
り、前記多重量子井戸に電子を蓄積することを特徴とす
る半導体記憶装置。
7. The semiconductor memory device according to claim 6, wherein the barrier layer is a superlattice layer having multiple quantum wells, and stores electrons in the multiple quantum wells.
【請求項8】 請求項1乃至7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。
8. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the thin barrier layer is a non-doped semiconductor layer, and the channel layer is a semiconductor layer doped with impurities. A characteristic semiconductor memory device.
【請求項9】 請求項1乃至7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。
9. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein at least a portion of the thin barrier layer on the channel layer side is doped with impurities, and the channel layer is a non-doped semiconductor layer. A semiconductor memory device, wherein a two-dimensional electron channel is formed in the channel layer by electrons supplied from the thin barrier layer.
【請求項10】 請求項1乃至9のいずれかに記載の半
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バリア層及び/又は前記
浮遊導電層に電子を注入して前記バリア層及び/又は前
記浮遊導電層に情報を書込み、 前記第1電極より前記第2電極の方が電位が低い読出し
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、前記浮遊導電層に記憶された情報を
読出し、 前記第1電極より前記第2電極の方が電位が低く、前記
読出しバイアス電圧よりも絶対値が大きい消去バイアス
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バリア層及び/又は前記浮遊導電
層に蓄積された電子を放出して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. The method of storing information in a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second electrode has a higher potential than the first electrode. By applying a voltage, electrons are injected from the first electrode into the barrier layer and / or the floating conductive layer through the thin barrier layer to write information in the barrier layer and / or the floating conductive layer, The information stored in the floating conductive layer is read based on whether or not a current flows through the channel layer by applying a read bias voltage having a lower potential to the second electrode than the first electrode. By applying an erase bias voltage having a lower potential to the second electrode than the first electrode and having an absolute value larger than the read bias voltage, the second electrode can pass through the thin barrier layer from the first electrode. A method of storing information in a semiconductor memory device, characterized in that electrons stored in the barrier layer and / or the floating conductive layer are emitted to erase information.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008507122A (en) * 2004-07-16 2008-03-06 ザ・ユニバーシティ・オブ・マンチェスター Self-switching memory device

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