JPS617666A - Nonvolatile semiconductor memory storage - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory storage

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JPS617666A
JPS617666A JP12860284A JP12860284A JPS617666A JP S617666 A JPS617666 A JP S617666A JP 12860284 A JP12860284 A JP 12860284A JP 12860284 A JP12860284 A JP 12860284A JP S617666 A JPS617666 A JP S617666A
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JP
Japan
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layer
undoped
electron gas
layers
dimensional electron
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Application number
JP12860284A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Sasa
佐々 誠彦
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS617666A publication Critical patent/JPS617666A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET

Abstract

PURPOSE:To obtain a stable writing holding stage by forming an unp-doped semiconductor layer having electron affinity smaller than two semiconductor layers, to which secondary electron gas layers are shaped, between these two semiconductor layers. CONSTITUTION:An un-doped GaAs layer 2, an un-doped AlGaAs layer 3, an n type AlGaAs layer 4, an un-doped AlGaAs layer 5, an un-doped GaAs layer 6, an un-doped AlGaAs layer 7, an un-doped GaAs layer 8, an un-doped AlGaAs layer 9, an n type AlGaAs layer 10 and an n type GaAs layer 11 are formed onto a semi-insulating GaAs substrate 1 in succession. Source and drain electrodes 13, 14 brought into ohmic-contact with the layer 6 are shaped, and an opening section 19 is formed between the electrodes 13, 14 and a gate electrode 12 is shaped. According to the constitution, the layer 7 having electron affinity smaller than two-element electron gas layers 15, 16 formed on writing is shaped among the layers 15, 16, thus completely isolating the layers 15, 16 under a floating state after writing, then obtaining stable memorizing operation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のへテロ接合を有する超格子構造の不揮
発性半導体記憶装置に係り、書込み後に安定な電荷保持
状態が得られる構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a superlattice structure having a plurality of heterojunctions, and relates to a structure in which a stable charge retention state can be obtained after writing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、GaAs/n−Aj2GaAsヘテロ構造を有し
、そのヘテロ界面に形成された2次元電子ガス(2DE
G)層を利用することにより非常に高い電子移動度が得
られる高速デバイスの開発が進められており、2次元電
子ガス層を利用した不揮発性半導体記憶装置としては種
々の構成のものが提案されている。
In recent years, two-dimensional electron gas (2DE) which has a GaAs/n-Aj2GaAs heterostructure and is formed at the hetero interface
The development of high-speed devices that can obtain extremely high electron mobility by using G) layers is progressing, and various configurations have been proposed for nonvolatile semiconductor memory devices that use two-dimensional electron gas layers. ing.

この不揮発性半導体記憶装置を本出願人は、第4図の断
面図に示す構成として特願昭58−85301号で提案
したが、以下これを説明する。
The present applicant proposed this nonvolatile semiconductor memory device in Japanese Patent Application No. 85301/1983 as a structure shown in the cross-sectional view of FIG. 4, which will be explained below.

図において、21は半絶縁性GaAs基板、22はアン
ドープGaAsFit、23はアンドープAlGaAs
# 24はn型AlGaAs層、25はアンドープAn
GaAs層、26はアンドープGaAs層、27はn型
GaAsN、’28.29はドナー不純物を導入したn
す型領域、30及び31はソース電極及びドレイン電極
、32はゲート電極、33.34は2次元電子ガス層で
ある。
In the figure, 21 is a semi-insulating GaAs substrate, 22 is an undoped GaAsFit, and 23 is an undoped AlGaAs substrate.
#24 is n-type AlGaAs layer, 25 is undoped An
GaAs layer, 26 is undoped GaAs layer, 27 is n-type GaAsN, '28.29 is n-type with donor impurity introduced.
30 and 31 are source and drain electrodes, 32 is a gate electrode, and 33 and 34 are two-dimensional electron gas layers.

この不揮発性半導体記憶装置のゲート電極32に正電圧
を印加すると、アンドープG a A s q 22と
アンドープAlGaAs層23とのテロ界面の2次元電
子ガスN33の電子の一部がアンドープA’ffGaA
s1i23.n型Ajl!GaAs1i24゜アンドー
プAlGaAs層25をトンネル効果によ、って越えて
、2次元電子ガス1it34に合流する。
When a positive voltage is applied to the gate electrode 32 of this nonvolatile semiconductor memory device, some of the electrons of the two-dimensional electron gas N33 at the telo interface between the undoped GaAs q 22 and the undoped AlGaAs layer 23 are converted to the undoped A'ffGaA.
s1i23. N-type Ajl! The GaAs1i24 passes through the undoped AlGaAs layer 25 due to the tunnel effect and joins the two-dimensional electron gas 1it34.

そして電子の移動が終了すると書込み状態となり、2次
元電子ガス1it34の電子がアンドープGaA3層2
6とアンドープAlGaAs層25とのへテロ界面のポ
テンシャルバリア及びn型GaAs層27とゲート電極
32により形成されるシヨ・ノトキバリアに挾まれてい
るためこの状態が保存される。
When the movement of electrons is completed, a writing state is entered, and the electrons of the two-dimensional electron gas 1it34 are transferred to the undoped GaA3 layer 2.
This state is preserved because it is sandwiched between a potential barrier at the hetero-interface between the gate electrode 6 and the undoped AlGaAs layer 25 and a short barrier formed by the n-type GaAs layer 27 and the gate electrode 32.

この状態をもとの状態に戻す消去を行なうには、ゲート
電極32に書込みとは逆極性の電圧を印加する。
To perform erasing to return this state to the original state, a voltage of opposite polarity to that for writing is applied to the gate electrode 32.

この不揮発性半導体記憶装置は、読出し時に2次元電子
ガス層の電子をキャリアとするので、非常に高速度な読
出しが行なえる。
This nonvolatile semiconductor memory device uses electrons in the two-dimensional electron gas layer as carriers during reading, and therefore can perform extremely high-speed reading.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記不揮発性半導体記憶装置の書込み保持状態では、2
次元電子ガス134と2次元電子ガス層33とが、アン
ドープAj!GaAs1i25.n型A I G a 
A s Fit 24及びアンドープAlGaAs層2
3により電気的に分離されている。しかし、アンドープ
A#GaASJii25及びアンドープAlGaAs層
23の厚さが極めて薄く、キャリアを供給するn型A#
GaAs層24の電気伝導度が高いので、完全な分離が
行なわれず、2次元電子ガスIW34に蓄積されていた
電子がA4GaAsからなる層のバリアーを越えて2次
元電子ガス層34に蓄積されていた電子がA4GaAs
からなる層のバリアーを越えて2次元電子ガス層33へ
流れることがあり、安定した書込み保持状態が、得られ
ない欠点があった。
In the write hold state of the nonvolatile semiconductor memory device, 2
The dimensional electron gas 134 and the two-dimensional electron gas layer 33 are undoped Aj! GaAs1i25. n-type A I G a
A s Fit 24 and undoped AlGaAs layer 2
It is electrically isolated by 3. However, the thickness of the undoped A#GaASJii 25 and the undoped AlGaAs layer 23 is extremely thin, and the n-type A# that supplies carriers
Since the electrical conductivity of the GaAs layer 24 is high, complete separation was not performed, and the electrons accumulated in the two-dimensional electron gas IW 34 crossed the barrier of the layer made of A4GaAs and were accumulated in the two-dimensional electron gas layer 34. electron is A4GaAs
This has the drawback that a stable write-holding state cannot be obtained because the electrons may flow to the two-dimensional electron gas layer 33 beyond the barrier of the layer consisting of the above.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記欠点を解消し、2次元電子ガス層に蓄積
されている電子が減小することなく、安定した書込み保
持状態の得られる不揮発性半導体記憶装置を提供するも
ので、その手段は、基板上に順にヘテロ接合になるよう
に形成された第1のキャリア供給層及びチャネル層とな
る第1及び第2の半導体層と、該第2の半導体層より電
子親和力が小であるアンドープの第3の半導体層と、該
第3の半導体層より電子親和力が大である第4の半導体
層と、第2のキャリア供給層となる第5の半導体層と、
該第5の半導体層上に配設されたゲー十電極と、該ゲー
ト電極を介して対向して配設され、前記第2の半導体層
にそれぞれオーミック接続された2つの電極とを具備し
てなる不揮発性半導体記憶装置によってなされる。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks and provides a non-volatile semiconductor memory device that can obtain a stable write retention state without decreasing the electrons stored in the two-dimensional electron gas layer. , a first carrier supply layer and a first and second semiconductor layer forming a channel layer, which are formed in order on a substrate to form a heterojunction, and an undoped semiconductor layer having a lower electron affinity than the second semiconductor layer. a third semiconductor layer, a fourth semiconductor layer having a higher electron affinity than the third semiconductor layer, and a fifth semiconductor layer serving as a second carrier supply layer;
comprising a gate electrode disposed on the fifth semiconductor layer, and two electrodes disposed opposite to each other via the gate electrode and each ohmically connected to the second semiconductor layer. This is done using a non-volatile semiconductor memory device.

〔作用〕[Effect]

上記不揮発性半導体装置は、書込み状態において、電子
を蓄積する2次元電子ガス層が形成される第4の半導体
層と、2次元電子ガス層が形成され、オーミック接続さ
れた2つの電極間を導通状態にする第2の半導体層との
間に第2及び第4の半導体層より電子親和力の小さいア
ンドープの第3の半導体層を有することにより、第4の
半導体層に形成される2次元電子ガス層と第2の半導体
層に形成される2次元電子ガス層とを電気的に完全に分
離しようとするものである。
In the write state, the nonvolatile semiconductor device has electrical conduction between a fourth semiconductor layer in which a two-dimensional electron gas layer for accumulating electrons is formed, and two electrodes in which a two-dimensional electron gas layer is formed and are ohmically connected. A two-dimensional electron gas is formed in the fourth semiconductor layer by having an undoped third semiconductor layer with a lower electron affinity than the second and fourth semiconductor layers between the second semiconductor layer to be brought into the state. This is intended to completely electrically separate the layer and the two-dimensional electron gas layer formed in the second semiconductor layer.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図に本発明一実施例の不揮発性半導体記憶装置の断
面図を示す。図で、1は半絶縁性GaAS基板、2はア
ンドープGaAs1iJ、3はアンドープAlGaAs
層、4はn型Ajl!GaAs層。
FIG. 1 shows a sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a semi-insulating GaAS substrate, 2 is undoped GaAs1iJ, and 3 is undoped AlGaAs.
Layer 4 is n-type Ajl! GaAs layer.

5はアンドープAlGaAs層、5はアンドープGaA
s層、7はアンドープAj2GaAslii、8はアン
ドープGaAs層、9はアンドープAlGaAs層、1
0はn型A6GaAs層、41はn型GaAsJit、
12はゲート電極、13及び14はソース電極及びドレ
イン電極、15.16は2次元電子ガス層である。
5 is an undoped AlGaAs layer, 5 is an undoped GaA layer
s layer, 7 is undoped Aj2GaAslii, 8 is undoped GaAs layer, 9 is undoped AlGaAs layer, 1
0 is an n-type A6GaAs layer, 41 is an n-type GaAsJit,
12 is a gate electrode, 13 and 14 are source and drain electrodes, and 15 and 16 are two-dimensional electron gas layers.

図示された各半導体層におけるデータを示すと次の通り
である。
Data for each of the illustrated semiconductor layers are shown below.

(11アンドープGaAs層2について厚さ75000
人 (2)アンドープ/’/2GaAs層3について厚さ:
1000[人〕 (3)n型A 1o、3G a、2A sキャリア供給
N4について 厚さ:100(人〕 ドナー濃度: I X 10”  (cm−3)ドナー
不純物:シリコン(Si) (4)アンドープAら3 G a o、7 A s i
i 5につむ)で厚さ:60 〔人〕 (5)アンドープGaAsチャネルN6につし1て厚さ
:200(人〕 (6)アンドープA 12 g、3 G a 、、7 
A s層7について厚さ1500  (人〕 (7)アンドープGaAs層8について厚さ:、5.O
OC人〕 (8)アンドープA −1a、5 G a、、、 A 
s層9について厚さ:60 〔人〕 (9)n型Aら、s G a rIA Sキャリア供給
層10について 厚さ:400C人〕 ドナー濃度:lX10  (cm  )ドナー不純物:
シリコン(Si) aLIln型GaAs1illについて厚さ:500(
人〕 ドナー濃度: I X 10”  (cm’ 〕ドナー
不純物:シリコン(Si) 以下、本実施例の不揮発性半導体記憶装置の製造工程に
ついて説明する。
(thickness 75000 for 11 undoped GaAs layer 2
Thickness for (2) undoped/'/2GaAs layer 3:
1000 [people] (3) For n-type A 1o, 3Ga, 2A s carrier supply N4 Thickness: 100 (people) Donor concentration: I x 10” (cm-3) Donor impurity: Silicon (Si) (4) Undoped A et al. 3 Gao, 7 A s i
i 5) Thickness: 60 [people] (5) Undoped GaAs channel N6 thickness: 200 (people) (6) Undoped A 12 g, 3 Ga,, 7
Thickness of As layer 7: 1500 (person) (7) Thickness of undoped GaAs layer 8:, 5.O
OC person] (8) Undoped A-1a, 5 G a,,, A
Thickness for s layer 9: 60 [person] (9) N-type A et al., s GarIA S Thickness for carrier supply layer 10: 400C person] Donor concentration: lX10 (cm) Donor impurity:
Silicon (Si) aLIln type GaAs1ill thickness: 500 (
] Donor concentration: I x 10''(cm') Donor impurity: Silicon (Si) The manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device of this example will be described below.

半絶縁性GaAs基板1上に上記各半導体層を分子線エ
ピタキシャル成長(MBE)法あるいはMOCVD法等
により、順次エピタキシャル成長させる。ここで、最初
にエピタキシャル成長するアンドープG a p、 s
 層2は続けて形成されるエピタキシャル成長層の結晶
特性を良好となすためのものであるが、必ずしも必要で
なくApGaAs層を替わりに同程度の厚さ成長しても
よい。
Each of the semiconductor layers described above is sequentially epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate 1 by a molecular beam epitaxial growth (MBE) method, an MOCVD method, or the like. Here, the undoped Ga p, s that is epitaxially grown first
Layer 2 is intended to improve the crystal properties of the subsequently formed epitaxially grown layer, but it is not necessarily necessary and an ApGaAs layer may be grown to a similar thickness instead.

n型GaAs層11形成後、その上に例えばAu G 
e / A u等のオーミック金属でソース電極13及
びドレイン電極14を形成し、熱処理してアンドープG
aAsチャネルN5にオーミック接続されるソース領域
17及びドレイン領域18を形成する。
After forming the n-type GaAs layer 11, for example, AuG is deposited on it.
The source electrode 13 and the drain electrode 14 are formed of an ohmic metal such as e/Au, and then heat-treated to form an undoped G.
A source region 17 and a drain region 18 are formed to be ohmically connected to the aAs channel N5.

次に、ソース電極13とドレイン電極14間のn型Ga
As層11を例えば反応性イオンエツチング等により除
去して開口部19を形成し、この開口部19でのn型G
aAs層の厚さを50人程度にする。
Next, the n-type Ga between the source electrode 13 and the drain electrode 14 is
The As layer 11 is removed by, for example, reactive ion etching to form an opening 19, and the n-type G in this opening 19 is removed.
The thickness of the aAs layer is set to about 50 layers.

従って、開口部19の部分ではn型GaAs層11表面
からアンドープA II G a A s N 9とア
ンドープGaAs層8によるヘテロ接合までの層の厚さ
が薄く、n型GaAs層表面から広がる表面空乏層によ
ってヘテロ接合界面に2次元電子ガス層が形成されない
。しかし、この厚さにおいては、表面空乏層がアンドー
プGaAs層6とアンド−7’ A e G a As
 N 5によるヘテロ接合界面までは広がらず、このヘ
テロ接合界面には、2次元電子ガス層16が形成される
Therefore, in the opening 19, the layer from the surface of the n-type GaAs layer 11 to the heterojunction formed by the undoped A II Ga As N 9 and the undoped GaAs layer 8 is thin, and the surface depletion spreading from the surface of the n-type GaAs layer is small. The layer does not form a two-dimensional electron gas layer at the heterojunction interface. However, at this thickness, the surface depletion layer is separated from the undoped GaAs layer 6 and -7' A e Ga As
It does not spread to the heterojunction interface due to N 5 , and a two-dimensional electron gas layer 16 is formed at this heterojunction interface.

次に、n型GaAs 11の開口部19のゲート電極形
成領域を反応性イオンエツチング等により除去して、n
型AβGaAs層10を露出させる。
Next, the gate electrode formation region of the opening 19 of the n-type GaAs 11 is removed by reactive ion etching, etc.
The type AβGaAs layer 10 is exposed.

これにより、n型AI!、GaAsJW10表面から表
面空乏層が拡がり、ゲート電極形成領域のアンドープG
aAs層6のへテロ接合界面での2次元電子ガス層が消
失される。
This allows n-type AI! , the surface depletion layer spreads from the surface of the GaAs JW10, and the undoped G in the gate electrode formation region
The two-dimensional electron gas layer at the heterojunction interface of the aAs layer 6 is eliminated.

次にn型/’j?GaAs層IO露出部分に例えばAj
!からなるショットキゲート電極12を形成する。この
形成されたゲート電極12とソース電極13及びドレイ
ン電極14とは、それぞれその間に開口部19の部分を
有して異なる高さに設けられており、ゲート電極12下
では、アンドープGaAs層6とアンドープGaAs層
8の両方に2次元電子ガス層が形成されてなく、開口部
19部分の下では、アンドープGaAs層6のみ2次元
電子ガス層が形成され、ソース電極13及びドレイン電
極14下では、両方のアンドープGaAs層に2次元電
子ガス層が形成されることになる。
Next is n type/'j? For example, Aj in the exposed part of the GaAs layer IO
! A Schottky gate electrode 12 is formed. The formed gate electrode 12, source electrode 13, and drain electrode 14 are provided at different heights with an opening 19 between them, and under the gate electrode 12, an undoped GaAs layer 6 and an opening 19 are provided between them. A two-dimensional electron gas layer is not formed in both of the undoped GaAs layers 8, and a two-dimensional electron gas layer is formed only in the undoped GaAs layer 6 under the opening 19, and under the source electrode 13 and the drain electrode 14. A two-dimensional electron gas layer will be formed in both undoped GaAs layers.

以上p如く形成される本実施例の不揮発性半導体記憶装
置は、ゲート電極12に加える電圧により、書込み状態
及び未書込みの状態に変化を行なわせる。
The nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment formed as described above changes between a written state and an unwritten state by applying a voltage to the gate electrode 12.

第3図は、ゲート電極12下の部分のコンダクションバ
ンド端を表わす図である。第1図は未書込みの状態であ
り、このときのゲート電極12下の部分のコンダクショ
ンバンド端を第3図(alに示す。図でEfはフェルミ
エネルギーを表し、アンドープGaAsチャネル層6と
アンドープ/’lGaAs層5及び、アンドープGaA
s層8とアンドープGaAs層9の2つのへテロ界面と
も2次元電子ガス層が形成されていない状態である。従
って、ソース領域17とドレイン領域18間でキャリア
となる2次元電子ガスの移動はなく、非導通の状態であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing the end of the conduction band below the gate electrode 12. FIG. FIG. 1 shows an unwritten state, and the conduction band edge of the portion below the gate electrode 12 at this time is shown in FIG. 3 (al). In the figure, Ef represents Fermi energy, and the undoped GaAs channel layer 6 /'lGaAs layer 5 and undoped GaA
Two hetero interfaces between the s-layer 8 and the undoped GaAs layer 9 are in a state where no two-dimensional electron gas layer is formed. Therefore, there is no movement of two-dimensional electron gas serving as carriers between the source region 17 and the drain region 18, and the region is in a non-conductive state.

この状態において、ゲート電極12に0.5〜2〔■〕
程度の電圧v9を印加すると、第3図(b)に示す書込
み状態に変化する。このとき、ゲート電極12下の2つ
のへテロ界面には、それぞれ2次元電子ガスが誘起され
、アンドープGaAsチャネル層6に形成された2次元
電子ガス層16′はソース電極13及びドレイン電極1
4下の2次元電子ガス層16とつながり、ソース電極1
3とドレイン電極14間が導通状態となる。また、アン
ドープGaAs層8に形成された2次元電子ガス層15
′は、ソース領−17及びドレイン領域18の2次元電
子ガス層15とつながることはない。
In this state, the gate electrode 12 has a thickness of 0.5 to 2 [■].
When a voltage v9 of about 100% is applied, the write state changes to the state shown in FIG. 3(b). At this time, two-dimensional electron gas is induced at each of the two hetero interfaces under the gate electrode 12, and the two-dimensional electron gas layer 16' formed in the undoped GaAs channel layer 6 is connected to the source electrode 13 and the drain electrode 12.
4 is connected to the two-dimensional electron gas layer 16 below, and the source electrode 1
3 and the drain electrode 14 become electrically conductive. Furthermore, a two-dimensional electron gas layer 15 formed on the undoped GaAs layer 8
' is not connected to the two-dimensional electron gas layer 15 in the source region 17 and drain region 18.

ここで、ゲート電極12への電圧印加をやめても、2次
元電子ガス層15′の2次元電子ガスは、ヘテロ界面の
アンドープApGaAs層9の障壁やゲート・ソース間
及びゲート・ドレイン間の電位障壁によりソースやドレ
インへは拡散されず、第3図(blの状態を維持する。
Here, even if the voltage application to the gate electrode 12 is stopped, the two-dimensional electron gas in the two-dimensional electron gas layer 15' will be absorbed by the barrier of the undoped ApGaAs layer 9 at the hetero interface, the potential barrier between the gate and source, and between the gate and drain. Therefore, it is not diffused to the source or drain, and the state shown in FIG. 3 (bl) is maintained.

この2次元電子ガス1’1i15’の存在により、表面
空乏層の拡がりを防ぎ、2次元電子ガス層16′は消失
せずにいるので、導通状態が保持される。この書込み後
の状態においては、2つの2次元電子ガス1i15’、
16′の間には電気伝導度の低いアンドープApGaA
s層があるので、この層のポテンシャルバリアーを越え
て、2次元電子ガスN15′の電子が2次元電子ガス層
16′へ移動することがなく、安定した状態となる。
The presence of this two-dimensional electron gas 1'1i15' prevents the surface depletion layer from expanding and the two-dimensional electron gas layer 16' does not disappear, so that the conductive state is maintained. In this state after writing, two two-dimensional electron gases 1i15',
Between 16' and 16' is undoped ApGaA with low electrical conductivity.
Because of the s-layer, the electrons of the two-dimensional electron gas N15' do not move to the two-dimensional electron gas layer 16' over the potential barrier of this layer, resulting in a stable state.

このゲート電極12下のアンドープGaAs層8のへテ
ロ界面に2次元電子ガス層15′が形成され電子が蓄積
された状態を第3図(a)の未書込みの状態に戻す消去
は、ゲート電極12に書込み時とは逆極性の例えば−1
〜5〔V〕程度の電圧を印加することによりなされる。
A two-dimensional electron gas layer 15' is formed at the hetero-interface of the undoped GaAs layer 8 below the gate electrode 12, and erasing returns the state where electrons are accumulated to the unwritten state shown in FIG. 3(a). For example, -1 with the opposite polarity when writing to 12.
This is done by applying a voltage of about ~5 [V].

尚、本実施例においては、アンドープGaAs層6とn
型Al1GaAs層4の間及びアンドープGaAs層8
とn型AlGaAs層10の間にアンドープAJGaA
s層5及び9を有する構造となっているが、これは2次
元電子がドナーによる不純物散乱をうけて移動度が低下
することを防ぐためのもので限ずしも必要なものでない
In this example, the undoped GaAs layer 6 and the n
between the type Al1GaAs layers 4 and the undoped GaAs layer 8
and the n-type AlGaAs layer 10, undoped AJGaA
Although the structure includes the s-layers 5 and 9, this is to prevent the mobility of two-dimensional electrons from decreasing due to impurity scattering by donors, and is not necessarily necessary.

以上説明したように本実施例によれば、書込み時に形成
される2つの2次元電子ガス層15′。
As explained above, according to this embodiment, two two-dimensional electron gas layers 15' are formed during writing.

16′の間にアンドープAItGaAs層を有するので
、書込み後の・フローティング状態におい′て2つの2
次元電子ガス層15’、16’間の分離が完全になされ
、2次元電子ガス層15′に蓄積されている電子が流れ
ることのなく、フローティング状態が保持でき、安定し
た記憶動作が得られる。
Since it has an undoped AItGaAs layer between 16' and 16', two 2'
The two-dimensional electron gas layers 15' and 16' are completely separated, and the electrons stored in the two-dimensional electron gas layer 15' do not flow, allowing a floating state to be maintained, resulting in a stable storage operation.

第2図は、本発明の別の実施例を説明するための断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view for explaining another embodiment of the present invention.

図で第1図と同一部分を同一符号を付しである。In the figure, the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

この実施例において、第1図と異なる点は、n型GaA
s層11′を薄く形成し、第1図の実施例における開口
部19がなく、この部分を形成す纂ためのエツチング除
去を不要としたことである。
In this example, the difference from FIG. 1 is that n-type GaA
The s-layer 11' is formed thin and does not have the opening 19 in the embodiment shown in FIG. 1, so that etching removal for forming this portion is not necessary.

n型GaAsjill’は厚さ50A程度にエピタキシ
ャル成長により形成し、その上にオーミック電極13.
14をする。n型GaAs層11′のゲート電極形成領
域をエツチング除去して、n型AJGaAsキャリア供
給N10を露出させ、その部分にゲート電極12を形成
する。
N-type GaAsjill' is formed by epitaxial growth to a thickness of about 50A, and an ohmic electrode 13.
Do 14. The gate electrode formation region of the n-type GaAs layer 11' is removed by etching to expose the n-type AJGaAs carrier supply N10, and the gate electrode 12 is formed in that portion.

しかし、本実施例は第1図の実施例と比べると、オーミ
ック電極13.14下のn型GaAs層11 、’ M
薄いので、オーミック抵抗が高くなる。従ってこの点に
関しては、第1図の実施例のほうが好ましい。
However, in this embodiment, compared to the embodiment shown in FIG.
Since it is thin, the ohmic resistance is high. Therefore, in this respect, the embodiment of FIG. 1 is preferable.

〔効果〕〔effect〕

以上述べましたように、本発明によれば、書込み保持状
態において、電子を蓄積する2次元電子ガス層が形成さ
れる第4の半導体層と、2次元電子ガス層が形成され、
オーミック接続された2つの電極間を導通状態にする第
2の半導体層との間に第2及び第4の半導体層より電子
親和力の小さいアンドープの第3の半導体層を有するこ
とにより、第4の半導体層に形成される2次元電子ガス
層と第2の半導体層に形成される2次元電子ガス層とが
電気的に完全に分離でき、第4の半導体層の2次元電子
ガス層での電子の減小がなく、安定動作の不揮発性半導
体記憶装置が得られる。
As described above, according to the present invention, in the write hold state, the fourth semiconductor layer is formed with a two-dimensional electron gas layer that accumulates electrons, and the two-dimensional electron gas layer is formed,
By having an undoped third semiconductor layer having a smaller electron affinity than the second and fourth semiconductor layers between the second semiconductor layer and the second semiconductor layer that brings the two ohmically connected electrodes into a conductive state, the fourth The two-dimensional electron gas layer formed in the semiconductor layer and the two-dimensional electron gas layer formed in the second semiconductor layer can be electrically completely separated, and the electrons in the two-dimensional electron gas layer of the fourth semiconductor layer A non-volatile semiconductor memory device with stable operation without any decrease in the amount of noise can be obtained.

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

第1図は本発明一実施例の不揮発性半導体記憶装置を説
明するための断面図、第2図は本発明の別の実施例の不
揮発性半導体記憶装置を説明するための断面図、第′3
図は本発明一実施例の不揮発性半導体記憶装置のゲート
電極下のコンダクションバンド端を表わす図、第4図は
従来の2次元電子ガス層を利用する不揮発性半導体記憶
装置を説明するための断面図である。 図で、1は半絶縁性Qa、As基板、2はアンドープG
aAs層、3はアンドープA11GaAs層。 4はn型A3GaAs層(第1の半導体N)、5はアン
ドープA(lGaAsN、6はアンドープGaAs1 
(第2の半導体N)、7はアンドープAlGaAs層(
第3の半導体層)、8はアンドープGaAs層(第4の
半導体M)、9はアンドープAAGaASI”J、10
はn型A、 II G a A s層(第5の半導体層
)、11.11’はn型CaAs層、12はゲート電極
、13及び14はソース電極及びドレイン電極、15.
15’16,16’は2次元電子ガス層、17及び18
はソース領域及びドレイン領域、19は開口部である。 第1図 第2図 第 3 図 (b)
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a non-volatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a non-volatile semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3
The figure shows the conduction band edge under the gate electrode of a non-volatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. In the figure, 1 is a semi-insulating Qa, As substrate, 2 is an undoped G
aAs layer, 3 is an undoped A11GaAs layer. 4 is an n-type A3GaAs layer (first semiconductor N), 5 is an undoped A (lGaAsN), 6 is an undoped GaAs1
(second semiconductor N), 7 is an undoped AlGaAs layer (
8 is an undoped GaAs layer (fourth semiconductor M), 9 is an undoped AAGaASI"J, 10
11.11' is an n-type CaAs layer, 12 is a gate electrode, 13 and 14 are a source electrode and a drain electrode, 15.
15', 16, 16' are two-dimensional electron gas layers, 17 and 18
1 is a source region and a drain region, and 19 is an opening. Figure 1 Figure 2 Figure 3 (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 基板上に順にヘテロ接合になるように形成された第1の
キャリア供給層及びチャネル層となる第1及び第2の半
導体層と、該第2の半導体層より電子親和力が小である
アンドープの第3の半導体層と、該第3の半導体層より
電子親和力が大である第4の半導体層と、第2のキャリ
ア供給層となる第5の半導体層と、該第5の半導体層上
に配設されたゲート電極と、該ゲート電極を介して対向
して配設され、前記第2の半導体層にそれぞれオーミッ
ク接続された2つの電極とを具備してなることを特徴と
する不揮発性半導体記憶装置。
First and second semiconductor layers, which serve as a first carrier supply layer and a channel layer, are formed in order on a substrate to form a heterojunction, and an undoped semiconductor layer having a lower electron affinity than the second semiconductor layer a fourth semiconductor layer having a higher electron affinity than the third semiconductor layer; a fifth semiconductor layer serving as a second carrier supply layer; and a semiconductor layer disposed on the fifth semiconductor layer. A non-volatile semiconductor memory comprising: a gate electrode provided therein; and two electrodes which are arranged to face each other with the gate electrode interposed therebetween and are each ohmically connected to the second semiconductor layer. Device.
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