JPS63178565A - 化合物半導体メモリ装置 - Google Patents
化合物半導体メモリ装置Info
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- JPS63178565A JPS63178565A JP62010910A JP1091087A JPS63178565A JP S63178565 A JPS63178565 A JP S63178565A JP 62010910 A JP62010910 A JP 62010910A JP 1091087 A JP1091087 A JP 1091087A JP S63178565 A JPS63178565 A JP S63178565A
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- JP
- Japan
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- center
- electrons
- compound semiconductor
- gate
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
- H10D30/801—FETs having heterojunction gate electrodes
- H10D30/803—Programmable transistors, e.g. having charge-trapping quantum well
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は化合物半導体を用いたメモリ装置に関する。
〈従来の技術〉
不揮発性の半導体メモリ装置として、Siを用いたフロ
ーティングゲートを備えるMOSFET(Metal−
Oxide−5emiconductor FET)
が広く利用されている。しかし、メモリ装置の高速化に
際して、Siに比べて電子易動度が5〜6倍と大きく、
且つ半絶縁性基板が得られる等の高速半導体メモリ装置
の製作における利点を有する直接遷移型化合物半導体、
特にGaAsを用いたFETの研究開発が行われている
。
ーティングゲートを備えるMOSFET(Metal−
Oxide−5emiconductor FET)
が広く利用されている。しかし、メモリ装置の高速化に
際して、Siに比べて電子易動度が5〜6倍と大きく、
且つ半絶縁性基板が得られる等の高速半導体メモリ装置
の製作における利点を有する直接遷移型化合物半導体、
特にGaAsを用いたFETの研究開発が行われている
。
〈発明が解決しようとする問題点〉
GaAsはSiのようにSt/5i02といった界面準
位密度の小さい良好な絶縁膜−半導体界面の形成が困難
なため、良好な特性を有するGaAsMO5FETを製
作することは現在の技術では難しい。このようにG a
A sの界面準位密度が低減できないのは、他原子の
表面吸着等により、G a A s界面にあるAs原子
のミッシング等が起こり、表面に高濃度の表面準位が主
成され、フェルミレベルにこのフェルミレベル は金属−半導体接合いわゆるショットキーバリアが安定
に形成できる利点があり、該接合を活用したMESFE
T(MEtal Sem1conductorFET
)が製作される。従って、G a A sで51M0
S F ETのような不揮発性のメモリ素子を製作す
ることは困難である。
位密度の小さい良好な絶縁膜−半導体界面の形成が困難
なため、良好な特性を有するGaAsMO5FETを製
作することは現在の技術では難しい。このようにG a
A sの界面準位密度が低減できないのは、他原子の
表面吸着等により、G a A s界面にあるAs原子
のミッシング等が起こり、表面に高濃度の表面準位が主
成され、フェルミレベルにこのフェルミレベル は金属−半導体接合いわゆるショットキーバリアが安定
に形成できる利点があり、該接合を活用したMESFE
T(MEtal Sem1conductorFET
)が製作される。従って、G a A sで51M0
S F ETのような不揮発性のメモリ素子を製作す
ることは困難である。
く問題点を解決するための手段〉
本発明は上述する問題を解決するためになされたもので
、化合物半導体基板のチャネ/”Q成上に第1導電型の
化合物半導体からなる第1のバリア層と、該第1のバリ
ア層上に形成され且つ第2導電型の化合物半導体からな
るトラップ層と、該トラップ層上に形成され且つ第1導
電型の化合物半導体からなる第2のバリア層と、該第2
のバリア層上に形成された導体層とからなるゲートを有
し、ゲート電極の印加電圧状態によりドレイン電流に不
揮発性のメモリ効果を保有させる化合物半導体装置を提
供するものである。
、化合物半導体基板のチャネ/”Q成上に第1導電型の
化合物半導体からなる第1のバリア層と、該第1のバリ
ア層上に形成され且つ第2導電型の化合物半導体からな
るトラップ層と、該トラップ層上に形成され且つ第1導
電型の化合物半導体からなる第2のバリア層と、該第2
のバリア層上に形成された導体層とからなるゲートを有
し、ゲート電極の印加電圧状態によりドレイン電流に不
揮発性のメモリ効果を保有させる化合物半導体装置を提
供するものである。
く作用〉
G a A sを中心とする化合物半導体は構成元素の
組合せを換えることにより、混晶の製作やヘテロ接合の
形成が容易である。特にGaAsとA6Asの格子定数
はお互いに極めて近いため、ヘテロ接合を利用してダブ
ルへテロレーザやHE M T(H4ghElectr
on Mobility Transistor)
が製作される。
組合せを換えることにより、混晶の製作やヘテロ接合の
形成が容易である。特にGaAsとA6Asの格子定数
はお互いに極めて近いため、ヘテロ接合を利用してダブ
ルへテロレーザやHE M T(H4ghElectr
on Mobility Transistor)
が製作される。
一方、GaAsとA#Asとの混晶即ちA I G a
A sにおいては、n型不純物注入によりDXセンタ
と呼ばれる深い不純物レベルが形成される。DXセンタ
は一般ニ、混晶のアニオン原子位置のn型不純物原子と
アニオン原子位置の原子空孔との相互作用によって発生
すると考えられている。HEMTにおいてAlGaAs
/GaAs界面に生成される不次元電子ガスは電界加速
されてホットな状態となるが、DXセンタがHEMTを
構成するA I G a A s中に存在すると、ホッ
ト電子はDXセンタに容易に捕獲される。ところが、こ
のホット電子のDXセンタへの捕獲を制御することは、
HEMTの構造上困難なことである。このような現象は
、2次元電子ガスが流れるチャネルのボテンシャルに影
響を与え、コラップスと呼ばれるドレイン電流の減少を
招く。
A sにおいては、n型不純物注入によりDXセンタ
と呼ばれる深い不純物レベルが形成される。DXセンタ
は一般ニ、混晶のアニオン原子位置のn型不純物原子と
アニオン原子位置の原子空孔との相互作用によって発生
すると考えられている。HEMTにおいてAlGaAs
/GaAs界面に生成される不次元電子ガスは電界加速
されてホットな状態となるが、DXセンタがHEMTを
構成するA I G a A s中に存在すると、ホッ
ト電子はDXセンタに容易に捕獲される。ところが、こ
のホット電子のDXセンタへの捕獲を制御することは、
HEMTの構造上困難なことである。このような現象は
、2次元電子ガスが流れるチャネルのボテンシャルに影
響を与え、コラップスと呼ばれるドレイン電流の減少を
招く。
ところが本発明の如く、上述の構造のゲートを有するF
ETは、従来の問題点であったDXセンタを利用し、こ
れを制御することができるため、化合物半導体を用いて
電流制御記憶機能を有する電子デバイスを製造すること
が可能となる。
ETは、従来の問題点であったDXセンタを利用し、こ
れを制御することができるため、化合物半導体を用いて
電流制御記憶機能を有する電子デバイスを製造すること
が可能となる。
〈実施例〉
以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。
発明はこれに限定されるものではない。
第1図[al・(blは本発明の一実施例の製造プロセ
スを示す断面図である。即ち、第1図Ialの如く、予
め洗浄した(100J面半絶縁性G a A sウェハ
1(比抵抗107Ω・1.アンドープ)上に、バッツ1
層をなすアンドープGaAs層6(キャリア濃度101
438以下、膜厚1μm)、チャネルをなすn GaA
s層2(キャリア濃度3 Xl 0171−3゜膜厚0
.1pm)、第1のバリア層をなすBeドープp型A
l O,4G a O,6A s 7 (キャリア濃度
IQ CM 。
スを示す断面図である。即ち、第1図Ialの如く、予
め洗浄した(100J面半絶縁性G a A sウェハ
1(比抵抗107Ω・1.アンドープ)上に、バッツ1
層をなすアンドープGaAs層6(キャリア濃度101
438以下、膜厚1μm)、チャネルをなすn GaA
s層2(キャリア濃度3 Xl 0171−3゜膜厚0
.1pm)、第1のバリア層をなすBeドープp型A
l O,4G a O,6A s 7 (キャリア濃度
IQ CM 。
膜厚0.02Pm)、トラップ層をなすSiドープn型
Al。、4 Ga o、6 As8 (キャリア濃度1
017 c、 3゜膜厚o、oosμm)、第2のバリ
ア層をなすBeドープp型”o、4Gao、a As9
(キャリア濃度10167m−3,膜厚0.01um
)を、MBE法を用いて順次エピタキシャル成長する。
Al。、4 Ga o、6 As8 (キャリア濃度1
017 c、 3゜膜厚o、oosμm)、第2のバリ
ア層をなすBeドープp型”o、4Gao、a As9
(キャリア濃度10167m−3,膜厚0.01um
)を、MBE法を用いて順次エピタキシャル成長する。
成長温度は600℃。
GaAsの成長速度は1.0 μm +A6GaAs
の成長速度は1.4μmとする。次いで、FETとな
る領域11を残して、上記エピタキシャル潮をメサエッ
チした後、第2のバリア層をp型A6GaAs Q上
にスパッタ法及びホトエツチング法により高融点金属で
あるーゲート電極10を配する。該和ゲート電極10は
長さ1.5pm+幅20μm、厚み0.5μmにて形成
する。
の成長速度は1.4μmとする。次いで、FETとな
る領域11を残して、上記エピタキシャル潮をメサエッ
チした後、第2のバリア層をp型A6GaAs Q上
にスパッタ法及びホトエツチング法により高融点金属で
あるーゲート電極10を配する。該和ゲート電極10は
長さ1.5pm+幅20μm、厚み0.5μmにて形成
する。
次に、第1図(bJの如く、上記苓−ゲート電極10を
マスクにし、第2のバリア層をなすp型AgGaAs9
、トラップ層をなすn型A6GaAs 8 、第1の
バリア層をなすp型A6GaAs 7を順次化学エツ
チングして、ゲート4を形成する。この時、エツチング
液はH2SO4:H20□:H20=3 : 1 :
1で、エツチング温度は50℃とする。続いて上記ゲー
ト4をマスクに、n型GaAs層2及びアンドープGa
As6の一部とにSiイオンを注入した後、800℃、
1分間の熱処理を施して、n十層13を形成する。更に
該n十層13上にAu−Ge/Auからなるソース電極
14.ドレイン電極15を形成する。
マスクにし、第2のバリア層をなすp型AgGaAs9
、トラップ層をなすn型A6GaAs 8 、第1の
バリア層をなすp型A6GaAs 7を順次化学エツ
チングして、ゲート4を形成する。この時、エツチング
液はH2SO4:H20□:H20=3 : 1 :
1で、エツチング温度は50℃とする。続いて上記ゲー
ト4をマスクに、n型GaAs層2及びアンドープGa
As6の一部とにSiイオンを注入した後、800℃、
1分間の熱処理を施して、n十層13を形成する。更に
該n十層13上にAu−Ge/Auからなるソース電極
14.ドレイン電極15を形成する。
本実施例によるFETのトランスコンダクタンヌGmは
180m5/1111.ドレイン電圧は2V。
180m5/1111.ドレイン電圧は2V。
書き込み用閾値電圧は0.6V、消去閾値電圧は−IV
であることを確認した。各閾値電圧はAjiGaAs層
のキャリア濃度、膜厚、An組成比等により制御可能で
ある。
であることを確認した。各閾値電圧はAjiGaAs層
のキャリア濃度、膜厚、An組成比等により制御可能で
ある。
上記本実施例において、エピタキシャル成長法法等他の
エピタキシャル成長法も適用することができる。
エピタキシャル成長法も適用することができる。
第2図(al・(C1・(el・fgl・[ilは本発
明の原理を示−1FETのバンドダイヤグラムであり、
第2図(bl・fdl・ffl・(h)・(jlは本発
明の原理を示すFETの静特性である。即ち、第2図(
alの如く、半絶縁性基板1上にチャネル通路2を有し
、このチャネル2にて電子が加速され、加速された電子
3のゲート4内DXセンタ5への輸送を第1のバリア層
7が抑制する。このためチャネル2と第1のバリア層7
の障壁高さ16は、電子3が電界から得る平均的エネル
ギよりも十分高く、また第1のバリア層7のなす障壁中
も広くとる。第1のバリア層7をp=AβGaAsで形
成すると、チャネル2をなすnGaAs中の電子3に対
し該バリア層7は十分高い障壁となる。ゲート電圧が0
の時には、チャネル層2中の電子3はDXセンタに移る
ことなく、第2図(blの如くnチャネルGaAsME
S FETの静特性を示す。
明の原理を示−1FETのバンドダイヤグラムであり、
第2図(bl・fdl・ffl・(h)・(jlは本発
明の原理を示すFETの静特性である。即ち、第2図(
alの如く、半絶縁性基板1上にチャネル通路2を有し
、このチャネル2にて電子が加速され、加速された電子
3のゲート4内DXセンタ5への輸送を第1のバリア層
7が抑制する。このためチャネル2と第1のバリア層7
の障壁高さ16は、電子3が電界から得る平均的エネル
ギよりも十分高く、また第1のバリア層7のなす障壁中
も広くとる。第1のバリア層7をp=AβGaAsで形
成すると、チャネル2をなすnGaAs中の電子3に対
し該バリア層7は十分高い障壁となる。ゲート電圧が0
の時には、チャネル層2中の電子3はDXセンタに移る
ことなく、第2図(blの如くnチャネルGaAsME
S FETの静特性を示す。
次にゲート4を正バイアスに印加すると、第2図(dl
の如<:FETのドレイン電流は増加する。この時第2
図(C1に示すように第1のバリア層7のp型不純物濃
度が低いため、ホット電子3が第1のバリア層7内に注
入される。注入された電子3はゲート4中のポテンシャ
ルの低いnAJIGaAs )ラップ層81C移る。こ
の電子3は十分なポテンシャルを持っているため、nA
nGaAs)ラップ層8中にあるDXセンタ5には有効
に捕獲されないが、第2のp−A6GaAsバリア層9
のポテンシャルのために運動エネルギを失い、ゲート金
属10に流れ込むことができず、結局nトラップ層8の
DXセンタ5に休止する。
の如<:FETのドレイン電流は増加する。この時第2
図(C1に示すように第1のバリア層7のp型不純物濃
度が低いため、ホット電子3が第1のバリア層7内に注
入される。注入された電子3はゲート4中のポテンシャ
ルの低いnAJIGaAs )ラップ層81C移る。こ
の電子3は十分なポテンシャルを持っているため、nA
nGaAs)ラップ層8中にあるDXセンタ5には有効
に捕獲されないが、第2のp−A6GaAsバリア層9
のポテンシャルのために運動エネルギを失い、ゲート金
属10に流れ込むことができず、結局nトラップ層8の
DXセンタ5に休止する。
続いて第2図fe)に示すようにゲート4を0バイヤス
に戻すと、DXセンタ3に捕獲された電子3、のためn
トラップ層8のポテンシャルが高くナリ、実効的にチャ
ネ)v2のポテンシャルを高め、第2図(flの如くド
レイン電流が低減する。即ち、DXセンタ5がメモリ作
用を有することを意味する。
に戻すと、DXセンタ3に捕獲された電子3、のためn
トラップ層8のポテンシャルが高くナリ、実効的にチャ
ネ)v2のポテンシャルを高め、第2図(flの如くド
レイン電流が低減する。即ち、DXセンタ5がメモリ作
用を有することを意味する。
次いで、このメモリ効果をリフレッシュするため、ゲー
ト4に十分な負のバイヤスを印加すると、第2図(hl
の如<FETのドレイン電流は減少する。
ト4に十分な負のバイヤスを印加すると、第2図(hl
の如<FETのドレイン電流は減少する。
また第2図(glに示すように、ゲート中の電界強度分
布がnd積の関係でp−バリア層7,9に比べてnトラ
ップ層8にて大きくなるため、DXセンタ5の捕獲電子
3は電界効果により第1のp−バリア層7へ、続いてチ
ャネ/L/2へと放出される。
布がnd積の関係でp−バリア層7,9に比べてnトラ
ップ層8にて大きくなるため、DXセンタ5の捕獲電子
3は電界効果により第1のp−バリア層7へ、続いてチ
ャネ/L/2へと放出される。
次に第2図(i)に示すようにゲート4を0バイヤスに
戻すと、第2図(j)の如くドレイン電流は初期値に戻
る。
戻すと、第2図(j)の如くドレイン電流は初期値に戻
る。
以上の原理に基き、本発明によるFETのゲートのバイ
ヤス状態によって、ドレイン電流にメモリ機能を有せし
めることが可能になる。
ヤス状態によって、ドレイン電流にメモリ機能を有せし
めることが可能になる。
〈発明の効果〉
本発明の如く、化合物半導体からなってDXセンタを有
するトラップ層をζ同じ嬢化合物半導体からなる317
層で挾んでゲートを形成し、DXセンタへの電子の捕獲
・放出を制御することによって、不揮発性のメモリ素子
を化合物半導体で製造することが可能になる。したがっ
て、本発明は信頼性の高い半導体メモリ装置に寄与する
ものである。
するトラップ層をζ同じ嬢化合物半導体からなる317
層で挾んでゲートを形成し、DXセンタへの電子の捕獲
・放出を制御することによって、不揮発性のメモリ素子
を化合物半導体で製造することが可能になる。したがっ
て、本発明は信頼性の高い半導体メモリ装置に寄与する
ものである。
第1図+a)・(blは本発明の一実施例の製造プロセ
スを示す断面図、第2図(al・(C1・te+・(g
)・[i)は本発明の原理を示すFETのバンドダイヤ
グラムを表す図、第2図(b)・(d)・ffl・[+
1)・[jlは本発明の原理を示すFETの静特性を表
す図である。 に半絶縁性基板(GaAs )、2:チャネル(n−f
aAs)、3:電子、4:ゲート、5:DXセンタ、6
:バッファ層(アンドープGaAs )、7:第1のバ
リア層(p AdGaAs)、8:トラFET領域、
13:n十層、14:ソース電極、15ニドレイン電極
、16:障壁高さ。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第1図 (e) 第2図 (f) W
)()) (h )(i)
(j)第2図
スを示す断面図、第2図(al・(C1・te+・(g
)・[i)は本発明の原理を示すFETのバンドダイヤ
グラムを表す図、第2図(b)・(d)・ffl・[+
1)・[jlは本発明の原理を示すFETの静特性を表
す図である。 に半絶縁性基板(GaAs )、2:チャネル(n−f
aAs)、3:電子、4:ゲート、5:DXセンタ、6
:バッファ層(アンドープGaAs )、7:第1のバ
リア層(p AdGaAs)、8:トラFET領域、
13:n十層、14:ソース電極、15ニドレイン電極
、16:障壁高さ。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第1図 (e) 第2図 (f) W
)()) (h )(i)
(j)第2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、化合物半導体からなるFET(FieldEffe
ctTransistor)のチャネル領域上に形成さ
れたゲートは、 第1導電型の化合物半導体からなる第1のバリア層と、 該第1のバリア層上に形成され且つ第2導電型の化合物
半導体からなるトラップ層と、 該トラップ層上に形成され且つ第1導電型の化合物半導
体からなる第2のバリア層と、 該第2のバリア層上に形成された導体層からなることを
特徴とする化合物半導体メモリ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62010910A JPS63178565A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 化合物半導体メモリ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62010910A JPS63178565A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 化合物半導体メモリ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63178565A true JPS63178565A (ja) | 1988-07-22 |
| JPH0563028B2 JPH0563028B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=11763438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62010910A Granted JPS63178565A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | 化合物半導体メモリ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63178565A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272372A (en) * | 1990-05-22 | 1993-12-21 | Nec Corporation | High speed non-volatile programmable read only memory device fabricated by using selective doping technology |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS617666A (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-14 | Fujitsu Ltd | 不揮発性半導体記憶装置 |
| JPS6154670A (ja) * | 1984-08-25 | 1986-03-18 | Fujitsu Ltd | 半導体記憶装置 |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP62010910A patent/JPS63178565A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS617666A (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-14 | Fujitsu Ltd | 不揮発性半導体記憶装置 |
| JPS6154670A (ja) * | 1984-08-25 | 1986-03-18 | Fujitsu Ltd | 半導体記憶装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5272372A (en) * | 1990-05-22 | 1993-12-21 | Nec Corporation | High speed non-volatile programmable read only memory device fabricated by using selective doping technology |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0563028B2 (ja) | 1993-09-09 |
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