JPS63102260A - 共鳴トンネルトランジスタ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 衾凱皇艮土公団 本発明は一般的に所望のデバイス動作特性を得るために
、共鳴トンネルを用いたトランジスタに係る。

退ヱ紹ど１量 より高速の固体デバイスの開発において、より速いデバ
イス又はより望ましい特性をもたらす可能性のある多く
の型の物理効果が調べられてきた。

そのように調べられた興味のある物理現象の一つは、エ
ネルギー障壁を通しての粒子トンネルである。

恐らくこの効果を用いた最初のそのようなデバイスは、
１９６０年シー・エイ・ミード（Ｃ，Ａ。

Ｍｅａｄ）により提案された“トンネル放射増幅器゛で
あった。たとえば、プロシーディングズ・オブ・ザ・ア
イアールイー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ　ｓ　　ｏｆ　　ｔ
ｈｅ肌）、３５９−３６１頁、１９６０年３月を参照の
こと。提案されたデバイスは基本的にトンネルにより生
じる第１の金属−絶縁体−金属構造を貫く電流を有する
金属−絶縁体一金属一絶縁体一金属構造を有した。別の
トンネルデバイスがキサキ（Ｋｉｓａｋｉ）によりプロ
シーディングズ・オブ・ザ・アイイーイーイー（Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎ　ｓ　　ｏｆ　　ｔｈｅＩＥＥＥ）　１０
５３−１０５４頁、１９７３年７月に提案された。“ト
ンネルトランジスタ”と名づけられた構造は金属−絶縁
体一半導体構造を有し、キャリヤは金属エミッタ電極か
ら絶縁体層を貫きベース中にトンネルした。より複雑な
構造中のトンネルについても調べられた。たとえば、有
限の超格子中のキャリヤの輸送特性についてもアプライ
ド・フィジックス・レターズ　（知且ｕ俣エバｎ江ＬＬ
ｅｔｔｅｒｓ　　）、　　２２．　５６２−５６４頁。

１９７３年６月１日中で理論的に考察されている。

この構造中のトンネルは負性微分導電性が得られる可能
性があるため、興味がもたれる。

恐らくより興味のもたれるトンネル現象は、“共鳴トル
トンネリングとよばれる。共鳴トンネリングを示す構造
は１ないし複数の電位井戸層を囲む２ないしそれ以上の
エネルギー障壁層を有する。共鳴トンネリングはキャリ
ヤが井戸のエネルギー固有状態を通過する時起る。負性
微分抵抗のような特性とともに、高められたトンネリン
グ確率が得られる可能性がある。共鳴トンネリング構造
については、二重障壁の場合に関し、アプライド・フィ
ジクス・レターズ（紅鮭η（ハ■旦辷Ｌｅｔｔｅｒｓ　
）　　２４　、　５９３　５９５頁、１９７４年６月１
５日中で、チャン（Ｃｈａｎｇ）エサキ（Ｅｓａｋｉ）
及びツ（Ｔｓｕ）により調べられている。共鳴及び電流
最大値は、障壁層に印加された電圧が、電極におけるフ
ェルミエネルギーが電位井戸中の状態の１つに等しい時
起る。

デービス（Ｄａｖ　ｉｓ）らによる初期の仕事、ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａ
ｌＭ　紐且江しハ且旦し）３４．８６４−８６６頁、１
９６３年４月では、金属−絶縁体一金属一絶縁体一金属
構造を有する共鳴トンネリングトライオードについて議
論されている。そのデバイスはユニポーラ多数キャリヤ
デバイスで、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジッ
クス（ＪｏｕｒｎａｌＭ　狂■圏（ハ■江ｓ）、６４６
−６５２頁。

１９６１年にミード（Ｍｅａｄ）により提案されたデバ
イスに似ていた。

“トンネルトライオード”と名づけられたデバイスは、
アプライド・フィジックス・レターズ（釦■ｎＬ　ハ■
尺ＬＬｅｔｔｅｒｓ　　）　３１　、　６８７−６８９
頁、１９７７年１１月１５日に提案された。この論文は
先に提案された多くのトンネルデバイスニ伴う１つの問
題を、明瞭に示している。

すなわち、キャリヤがトンネルする領域が絶縁体で、従
ってその領域に電極を固着させることが困難なことであ
る。もちろんこのことにより、三端子デバイスは製作が
困難になる。トンネルトライオードは、１つの形のキャ
リヤが他の形のキャリヤが閉じ込められるベース領域に
より形成される障壁を貫くようなエネルギー帯構造を有
するスタガドヘテロ接合をもつ構造を用いることにより
、この問題を避けている。ベース中に電極が存在するこ
とにより、ベースが導電性となることが保障される。

努力が続けられたにもかかわらず、上で述べたデバイス
をふり返ると、トンネリングデバイスは実際には理論的
な期待まで、成長していない。最近共鳴トンネル電流の
物理は、もしデバイス動作を最適化しようとするならば
より注意深（考えなければならない物理的効果を含むこ
とが認識された。これらの効果をより良く理解するため
には、ファプリーペロー共振器との類似性を考えるのが
有用である。もしファプリーペロー共振器中の鏡の反射
率が相互に著しく異なると、共振周波数における空胴の
透過は１以下に著しく減少する。類似の状況は等しい障
壁高さと厚さを有する二重障壁を、二つの障壁の透過係
数が異なるようにする電界を印加した時共鳴トンネリン
グすると生じる。

このことは二重障壁に固有の対称性を破り、一つの障壁
の透過確率が他方の障壁の透過確率より著しく大きくな
るとともに、共鳴した時のトンネル電流を１桁も減少さ
せる可能性がある。たとえば、負性微分抵抗デバイスの
ピーク−バレー比は、期待したより著しく小さくなる。

これらの効果については、たとえばフィジカル・レビュ
ーＰ立１■しＲｅｖｉｅｗ）Ｂ、２９．１９７０−１９
８１．１９８４年２月１５日中で詳細に議論されている
。

この問題は１つの障壁を他方より厚くあるいは高くする
ことにより避けられる可能性がある。しかし、これは透
過係数を等しくし、全体の透過を１にすることは、唯一
の井戸共鳴の場合に得られるため、完全に十分な解では
ない。他の共鳴の場合の透過は１より著しく小さいまま
である。用途によっては、いくつかの共鳴に対し全体の
透過が１であることが望ましい。

主完所Ω盪威 本発明は対称障壁を貫く共鳴トンネリングが、高エネル
ギー少数キャリヤ注入により得られるヘテロ構造バイポ
ーラデバイスを実現する。１つの場合は、少くとも１つ
のヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタにおいて
、ベース領域の伝導帯及び価電子帯がそれぞれエミッタ
領域の伝導帯及び価電子帯より低くかつ高くベース中に
少くとも１つの量子井戸領域を有する。井戸を形成する
障壁は、対称である。エミッタ及びコレクタ領域は第１
の伝導形を有し、ベース領域は第２の伝導形を有する。

ベースエミッタ及びベースコレクタ接合は、それぞれ順
及び逆バイアスされる。ベース−エミッタ電圧がゼロか
ら増加するにつれ、エミッタ中のフェルミレベルと量子
井戸中の第１の共鳴状態が整合する点に最終的に到達す
る。エミッタからトンネルする電子は井戸の第１の状態
中に注入され、対称障壁を貫く共鳴トンネリングが起り
、透過確率はほぼ１になる。共鳴からはずれると、透過
確率は典型的な場合１よりはるかに小さくなり、デバイ
スを貫く透過確率は量子井戸を含まない２つの障壁の透
過係数の積に等しい。

一実施例において、エミッタは縮退するようにドープさ
れる。別の実施例において、急峻なエミッタが用いられ
、電子は井戸の量子状態へ弾道的に発射される。対称障
壁は正方形又は放物線的量子井戸を有する二重障壁でよ
い。トランジスタは障壁パラメータを適切に選択した時
多くの共鳴をもってもよく、各種の信号処理及び論理用
途の両方に使用できる。たとえば、用途によっては多値
電圧変換特性を用いる。他の用途では多値負性抵抗特性
を用いる。

本発明の他の実施例は少数キャリヤの高エネルギー注入
を含まない。共鳴トンネリングトランジスタ動作の１つ
の場合において、バイポーラ構造は広禁制帯傾斜エミッ
タとベース領域中の二重障壁を含み、別の場合には、そ
のような構造は急峻な狭い禁制帯を有するエミッタとベ
ース領域中の電位障壁を含む。これまで考えたすべての
場合において、ヘテロ構造バイポーラデバイスはそのへ
一ス領域において、ベース領域が量子井戸を有するよう
な組成と禁制帯分布を有する。また、エミッタ及びベー
ス領域はデバイスの少くともいくつかの動作条件に対し
、量子井戸の伝導電子エネルギー状態が、エミッタ領域
の伝導帯に等しいかそれより下で、ベース領域の最も高
い価電子帯単位がエミッタ領域の価電子帯より上になる
ような接合を形成する。

共鳴トンネリングヘテロ構造パイポーラトランジスタの
更に別の実施例においては、量子井戸がなおエミッタ及
びコレクタ領域間にあることが、上で考えたようにベー
ス領域中にはない。むしろ、本発明のこの実施例におい
て、量子井戸はエミッタ及びベース領域の中間領域中に
ある。最後に、量子井戸はエミッタのようにドープして
もよく、量子井戸はエミッタ領域中に配置される。

デバイス動作はエミッタ領域の少くともの一部における
伝導帯の底が、それぞれ量子井戸の量子共鳴と同じか上
にあるような第１．第２及び第３のベース−エミッタ電
圧を特徴とする。

見所■実施± 明瞭にするため、デバイスの要素はい（つかの図中で実
際の比率とは異なって示されている。

第１図のデバイスはエミッタ領域１、ベース領域３及び
コレクタ領域５を含む。エミッタ、ベー　′ス及びコレ
クタ領域には、それぞれ電極７．９及び１１がある。こ
れらの電極の性質は、それぞれエミッタ、ベース及びコ
レクタに接触する高濃度ドープ領域１３．１５及び１７
を用いることにより上昇する。すべての層は基板２上に
成長させる。

エミッタ及びコレクタは第１の伝導形を有し、ベースは
第２の伝導形を有する。ベース−エミッタ及びベース−
コレクタ接合はデバイスが動作している時、それぞれ順
方向及び逆方向バイアスされる。デバイスはヘテロ接合
構造で、エミッタはそれに隣接したベース領域の部分が
有するより広い禁制帯をもつ。ヘテロ接合はタイプＩで
ある。すなわち、狭禁制帯領域の伝導帯及び価電子帯が
それぞれ、広禁制帯領域のそれらより下及び上にある。

一実施例において、エミッタは縮退するまでドープされ
る。すなわち、フェルミレベルは伝導帯中にある。ベー
ス領域は少くとも１つの電位量子井戸を含み、それは他
の実施例も考えられ、後に議論するが、たとえばベース
領域中の対称二重障壁により形成してもよい。量子井戸
は個別のエネルギー固有状態をもつ電位井戸である。す
なわち、許されるエネルギーレベルは連続にはならない
。

具体的な一実施例において、エミッタはＸ≦０．４のＡ
ｌｘ　Ｇａｐ−ＸＡｓから成る。ドーパント濃度は１０
”／ｃｊより高い。第１及び第２の伝導形はそれぞれぞ
れｎ形及びｐ形である。ベース領域の中心にあるのが望
ましい二重障壁は、ＧａＡｓ井戸層及び井戸の相対する
側の厚さに等しい厚さをもつ＾１ｘＧａｌ−Ｘ　Ａｓ長
方形障壁層を有する。井戸層は典型的な場合３ないし６
ナノメータ（ｎｍ）間の厚さを有し、障壁層は典型的な
場合、１．５ないし５ｎｍの厚さを有する。組成及びド
ーピング濃度により、高い注入効率とともにベース領域
中に正孔が確実に閉じ込められる。障壁及び井戸層は散
乱及び再結合の両方を最小にするため、アンドープか名
目上アンドープにするのが好ましい。高い透過性は波動
関数の可干渉性を維持することに依存するから、これら
は重要な考えである。障壁層中の合金無秩序さは、注入
された電子の散乱に影響を及ぼす可能性がある。しかし
、これはすぐ上で述べた実施例のＡ　１２　Ａｓ［壁を
用いることにより最小にすることができる。

障壁領域の外のベース層は高濃度ドープされ、必要な低
ベース抵抗を生じる厚さをもつ必要がある。これらの領
域中の典型的なドーピング濃度は、１０”／ｃｄないし
５ＸＩＱ”／ａｄの範囲内にあり、典型的な厚さは８０
ないし１１００ｎの間である。より一般的には、ベース
領域は障壁領域及びエミッタ間の厚さをもつ必要があり
、それはエミッタから注入される電子の散乱平均自由行
程より小さいが、ｐ側のゼロバイアス空乏幅よりは大き
い。好ましい範囲は５０ないし１１００ｎの間で、それ
も量子サイズ効果も最小にする効果をもつ。

デバイスは所望の厚さの層が成長できる周知のエピタキ
シャル成長技術、たとえば分子線エピタキシー又は有機
金属化学気相堆積を用いて製作するのが便利である。層
の成長が完了した後、通常のりソグラフィ及び金属部形
成方式が電極形成のために用いられる。層１３及び１７
はエピタキシャル成長中ドープするのが便利であるが、
領域１５はマスク及び拡散により容易にドープされる。

描かれたデバイスはベース領域に対する環状電極９を有
する。デバイスの製作例については、アール・ジェイ・
マリク（Ｒ，Ｊ、　Ｍｓｌｉｋ）　　らにより、“ベー
ス中のＢｅ拡散セントバンク層を有する高利得、高周波
Ａ　ｊ２　ＧａＡｓ　／　ＧａＡｓ禁制帯禁制スペース
バイポーラトランジスタプライド・フィジックス・レタ
ーズ（抑且ｕ到−ハｆ辻９−Ｌｅｔｔｅｒｓ　）　　４
６＋６００−６０３頁（１９８５）に述べられている。

共鳴において高電流を得るため、共鳴ピークの幅は、エ
ミッタ中の電子のエネルギー分布の幅にほぼ等しい。

もし、コレクタ電流対エミッターベース電圧特性曲線中
にいくつかのピークがあるなら、井戸は比較的厚くすべ
きである。すなわち、Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ系を用いるなら
、障壁は高いＡｅ　ｆＱ度をもつべきである。低障壁を
有する狭い井戸は、単一の状態をもち、特性曲線中に多
（のピークは生じないであろう。望ましい井戸厚は典型
的な場合、１０ないし２０ｎｍである。

デバイス動作は以下の考察からより良く理解されよう。

第２図の平衡状態下のトンネルエミッタを有する本発明
に従うトランジスタのエネルギー帯図である。第２−７
図において、エミッタ、ベース及びコレクタ領域はそれ
ぞれＥ、Ｂ及びＣと示されている。電位井戸はベース領
域中の二重障壁により形成される。エミッタ中のフェル
ミレベルは障壁領域中の第１の共鳴状態のレベル以下に
ある。明瞭にするため、２つだけの共鳴状態が示されて
いる。典型的な場合、それ以上存在する。

ベース−エミッタ電圧が増すにつれ、エミッタ中のフェ
ルミレベルと量子井戸の第１の共鳴状態間のエネルギー
差は減少する。２つのレベルが等しい時、エミッタ領域
からトンネルする電子は、井戸の第１の状態中に注入さ
れ、はぼ１の透過確率で二重障壁を貫いて共鳴トンネル
する。共鳴からはずれると、透過確率は１よりはるかに
小さく、量子井戸のない２つの障壁の透過係数の積に等
しくなる。第３及び４図において、ベース−エミッタ電
圧はそれぞれ第１及び第２の共鳴状態を貫いて共鳴トン
ネルが起るよう調整されている。べ−スーエミフタ電圧
の関数としてのコレクタ電流は、井戸の各種準静止状態
に対応する一連のピークを示す。従って、コレクタ回路
中の多くの食性コンダクタンス特性が得られる。

２つの障壁の透過係数は１である必要がないことに注意
されたい。それらは等しいことだけが必要である。１よ
りはるかに小さい係数は、確率密度を作るのに長時間を
必要とし、より多くの電荷が必要となるであろう。

別の実施例は高い運動量可干渉性で共鳴状態中に弾道的
に電子を発射するため、はぼ急峻なエミッタを用いる。

ベース−エミッタ電圧が増すにつれ、発射勾配の最上部
は共鳴状態と同じエネルギーに達し、そのため電子は共
鳴状態中に弾道的に発射される。この実施例のエネルギ
ー帯図が第５図に描かれている。

周知のように、正方形井戸は等しい間隔のエネルギーレ
ベルを持たず、共鳴は等しい間隔では起らない。しかし
、もしコレクタ電流中に等しい間隔のピークが望ましい
なら、先に述べたベース中の長方形量子井戸は第６図に
示されるように、放物線型の井戸で置きかえてもよい。

放物線量子井戸は当業者には周知の技術により、他のシ
ステムとともにＡ　１２　ＧａＡｓ材料系で実現するの
が便利であろう。たとえば、アール・シー・ミラー（Ｒ
，Ｃ。

Ｍｉｌｌｅｒ）　、エイ−・シー・ゴザード（Ａ、　Ｃ
。

Ｇｏｓｓａｒｄ）、ディー・エイ・フライマン（Ｄ、八
。

Ｋｌｅｉｍａｎ　）及びオー・ムントー（０，Ｍｕｎｔ
ｅａｎｕ）。

フィジカル・レビュー（ハＬ旦虹　Ｒｅｖｉｅｎ　）１
３゜２９．３７４０−３７４３頁、　　（１９８４）を
参照のこと。放物線井戸中のエネルギーレベルはほぼ等
しい間隔をもつ。放物線井戸の深さが約０．４３ｅＶで
、その幅が４０ｎｍと仮定すると、第１の状態は井戸の
底からｌｌｍｅＶのエネルギーにあり、共鳴状態は約３
３．４　ｍｅＶだけ離れていることがわかる。その結果
、井戸中には１２の状態がある。

複数の電位井戸を有する超格子は、超格子のミニバンド
中に高エネルギー輸送するため弾道発射を用いる目的で
、第７図中に描かれるように領域中で用いてもよい。障
壁が十分薄く井戸の準固有値が強く結合する時、ミニバ
ンドが形成される。

他の実施例も考えられる。たとえば、ベース頌域は井戸
を形成してもよい。すなわち、井戸の端部は２つのヘテ
ロ接合で形成される。コレクタ中のドーピング濃度は、
コレクタ障壁がゼロバイアスすなわち平衡のとき、エミ
ッタ障壁より透過が小さくなるよう、エミッタ中より低
くすべきである。透過を等しくすることは、ｖｏ及びＶ
ＩＣが印加された特待られる。しかし、障壁を貫く透過
が等しくなるのは、単一共鳴の場合のみである。エミッ
タ及びコレクタの両方は真性伝導形であるベース付近の
部分を除き、縮退するようドープされる。

デバイス動作を精密に説明するには、共鳴トンネリング
の時間依存性を考えることも必要である。

共鳴トンネリングを実現するには、電子確率密度は井戸
中にピークをもたなければならない。従って、もし二重
障壁間に最初電子がなく、キャリヤが正のベース−エミ
ッタ電圧を印加することによりトンネルするようにする
なら、所望の確率密度が多くの反射を通して井戸中に出
来、必要な高い透過と共鳴が得られる前に、ある程度の
時間が経過するに違いない。類似の状況は光学的なファ
プリーペロー空胴中で起る。必要な時定数は約ｈ／ΔＥ
で、ΔＥは共鳴状態の幅である。いくつかの時定数が経
過した後、本質的に定常状態に到達し、その場合電子は
連続的に井戸に入り、それから出て、井戸中に一定の電
子密度を保つ。障壁を通しての電子の移動時間は、上で
議論した障壁高さ中の厚さの範囲における時定数より著
しく短い。もちろんこのデバイスの固有の短い時定数に
より、超高速信号処理及び論理応用において興味がもた
れる。

ヘテロ接合デバイスの他の関心がもたれる材料の組合せ
は、大きな伝導帯不連続とＧａＩｎＡｓ中の低電位実効
質量のためＡ　１２１ｎＡｓ／Ｇａ１ｎＡｓである。他
のｍ−ｖ及びＩ［−Ｖｌ族化合物半導体を用いてもよい
。

多くの共鳴特性により、デバイスは多くの用途に対して
興味のあるものとなる。多値電圧変換特性が第８図に示
されており、入力電圧は水平にプロットされ、出力電圧
は垂直にプロットされている。両軸とも任意目盛が用い
られている。出力電圧は入力電圧レベルに従い、２つの
値のうちの１つをとる。従って、デバイスはアナログ入
力又は多値ディジタル入力に対し、二値ディジタル出力
を生じる。この働きは闇値論理ゲートの働きで、各種の
信号処理に有用である。たとえば、この型の１つのデバ
イスは、第９図に示される回路のような誤り検出回路中
で用いられるようなパリティ発生器を発生させるのに用
いてもよい。共鳴トンネリングトランジスタはＲＴＴと
して示され、ベースは二重線で示されている。この用途
の場合、ディジタルワードの二値ビット、たとえば、Ｖ
ｔ＋＋Ｖｉｚ及びｖｉ、が図示されるように入力におい
て抵抗回路網すなわち抵抗Ｒ０に加えられる。抵抗Ｒ，
は接地に接続され、抵抗Ｒはコレクタに接続されている
。出力電圧はｖｏと示されている。この回路は入力ワー
ド中の１つの全数が奇数か偶数かに依存した値をもつ双
値出力を生じる。この方式はそれを実現する際単−のデ
バイスのみを用いるため、有利である。

本発明に従う多数のデバイスを、アナログ−ディジタル
変換器を形成するため、第１０図に描かれるように、平
行アレイに組合せてもよい。この用途には、アナログ人
力Ｖｉが複数の電圧スケーリング回路網すなわちそれぞ
れＲＴＴｌ、　ＲＴＴ２．及びＲＴＴ３へのＲｏ及びＲ
，、Ｒｏ及びＲ２，及びＲｏ及びＲ３を通して、共鳴ト
ンネリングトランジスタの平行アレイに同時に印加され
る。従って、調和して関連づけられた変換特性の組合さ
れたパターンが生じる。

アレイの出力は量子化されたアナログ入力レベルを表わ
す二値コードを構成する。

多値負性抵抗特性を第１１図に示されるように得てもよ
い。この型の特性は、もしベース−コレクタ接合電圧が
固定されたバイアスに保たれるなら、すなわち回路が接
合を固定されたバイアスに保つための手段を含むなら、
エミッターコレクタ端子において得られる。そのような
手段は当業者には周知である。バイアスを固定すると、
Ｖｔｇ中の変動はトンネルリング共鳴が交差するとき、
コレクタ電流にピークを発生させる。抵抗負荷に接続さ
れた時、Ｎ安定値を有するデバイスが生じる。

ここでＮが共鳴ピークの数である。１つの適当な回路が
第１２図に描かれている。状態は回路に瞬間的に電圧を
印加し、動作点を開放回路の１つの動作点に追いやるこ
とによりセットしてもよい。

入力線が開放の時、動作点は示された軌道に沿って動き
、最後状態２に固定される。従って、デバイスはＮ状態
メモリ要素として働くことができ、そのため、２つの状
態のデバイスの可能なより高い密度のデータ蓄積の可能
性が生じる。

他の実施例も考えられ、当業者には容易に考えられるで
あろう。たとえば、電子ではなく正孔がトンネルするｐ
−ｎ−ｐトランジスタも構成できる。

加えて、ベース近くのエミッタ及びコレクタはアクセプ
タをドープしてもよい。先に述べたようにもしベースが
量子井戸なら、二次元正孔ガスがベース中に形成される
。更に、トランジスタは浮いたベースを有するフォトト
ランジスタとして動作させてもよい。結果は光強度の関
数として非常に強いピークをもつコレクタ電流を有する
光スィッチである。

共鳴トンネリングトランジスタ動作もまた少数キャリヤ
の低エネルギー注入を含むデバイス、より具体的には熱
的注入とベースを貫くそのようなキャリヤの輸送を含む
デバイスで得られる。そのような実施例の１つは、広禁
制帯傾斜エミッタ及びベース領域中の二重障壁を含むヘ
テロ接合バイポーラ構造である。熱的注入はエミッタに
隣接した領域中のベースの合金組成を調節し、そのよう
な領域中の伝導帯を量子井戸の基底状態サブバンドの底
と少くともほぼそろうようにすることにより得られる。

（実際の製作においては、この点においてわずかな不整
又は位置不整が予想され、その場合伝導帯は量子井戸の
基底状態サブバンドの底よりわずかに下にあるのが好ま
しい。この不整の大きさは数ｋＴより大きくな（、具体
的にはＳｋＴ熱エネルギーより大きくないことが好まし
い。

（室温において、Ｔは３００に付近で、ｋＴはほぼ２５
ｍｅＶである）ある種の条件下では、１０ｋＴまで許容
してもよい。

デバイスの動作は第１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃ図、及び
１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃ図を参照して認識してもよい
。これらの図はＡ　Ｉ　ＧａＡｓデバイスより具体的に
は式Ａ　１　ｘＧａｒ−、Ａｓで表わされる組成構造が
第１５図に概略的に示され、製作について以下の第１例
で述べるデバイスに適用される。

最初、コレクターエミッタ電圧ＶＣｔ及びベース電流Ｉ
ｓはベース−エミッタ接合が順方向バイアスされ、ベー
ス−コレクタ接合が逆バイアスされるように選択される
。もしＶＣ４を一定に保つなら、ベース電流は増加し、
ベース−エミッタ電位もエミッタ領域がフラットバンド
状態に達するまで増加する（第１３Ａ図参照）。第１３
Ａ図のエネルギー帯から第１３Ｂ図のそれに進むにつれ
、デバイスはコレクタ電流がベース電流とともに直線的
に増加する通常のトランジスタのように振舞う（第１４
Ａ図参照）。この曲線の傾斜はデバイスの電流利得βで
ある。動作のこの領域において、熱的な注入により、エ
ミッタ中の電子はベース−エミッタ接合の障壁を越え、
二重障壁を貫いて共鳴トンネルする。もしベース電流が
フラット−バンド条件に対応する値１１１Ｔ１４を越え
て更に増加するなら、つけ加わった電位差は高濃度ドー
プエミッタが十分に導電性となるため電極部分Ｂ２と非
電極部分８７間の第１の電位障壁（第１３Ｃ図参照）を
基本的に横切って降下する。これによってアルミニウム
・ガリウムひ素中の伝導帯端が井戸の第１のエネルギー
レベルの上に押し上げられ、そのため共鳴トンネルが抑
制される。正味の効果はベース輸送要因及び電流利得が
著しく減少する。これによりベース電流がある閾値１１
１ＴＭを越えると、コレクタ電流は急激に降下する（第
１８図参照）。

このことはこのデバイスに固有の負性コンダクタンスと
負性微分抵抗の重要な現象である。（動作点に依存して
、本発明のすべてのデバイスは、負性コンダクタンス及
び負性微分抵抗を示すことができる。動作点はたとえば
コレクタ及び電圧源間の抵抗のような多くのパラメータ
及びベース電流の具体的な大きさに依存する。） 第１５図に示されるように、量子井戸はアンドープある
いはドープされた量子井戸が電極形成の点で有利である
ことがある。散乱を最小にするという点で、量子井戸を
規定する障壁はアンドープである。隣接したオフセット
領域は必要に応じて設ければよく、それらはドープ又は
アンドープでよい。ベースの領域Ｂ１には電極は作られ
ない。

あるいは、領域Ｂ１は第１６図に示されるエネルギー帯
図とＡβｘＧａ＋−、Ａｓ材料についての第１７図に示
される対応する組成図により説明される急峻なエミッタ
の場合には、全く省いてもよい。このことは本発明の変
形を表わし、エミッタは電位障壁の１つの代りに量子井
戸の一方の側を規定する働きをする。この場合、動作条
件下で、エミッタは縮退するまでドープするのが好まし
く、熱的な注入は順方向バイアスにより実現される。

すべての場合において、量子井戸は非長方形分布特に放
物線分布をもってもよい。また、ベース領域中で超格子
により生じるような多数の量子井戸を用いることもでき
る。

材料系に関しては、本発明の好ましいデバイスは、以下
のようにＧａＡｓ又はＩｎＰ基板基板上杵ることができ
る。

ＧａＡｓの場合、コレクタはＧａＡｓ又はＡ　Ｉ　Ｇａ
Ａｓで作られ、後者はダブルヘテロ構造の場合に好まし
い。

障壁は０．２３Ｘ≦１のＡ　ｌ　ｘＧａｌ−ＸＡｓで作
るのが好ましく　、ＧａＡｓの量子井戸は二元又は基本
的に二元のものが好ましいがＡ　Ｉ　ＧａＡｓも除外さ
れない。ベースの非接触部分はｙ≦ＸのＡ１ｙＧａ＋−
ｙ　Ａｓで作るのが好ましく、エミッタの非傾斜部分は
０．０５くＺ≦１であるＡらＧａｐ−、Ａｓで作られる
。傾斜部分はベースの非電極部分とエミッタの非傾斜部
分間で直線的に傾斜するのが好ましい。

ＩｎＰ基板の場合、障壁材料に依存して主として２つの
好ましい選択がある。これらについてそれぞれ以下のパ
ラグラフ（ｉ）及び（ｉｉ　）で議論する。

（ｉ）　　コレクタは１ｎＰ又はＧａｏ、　ａｔｌｎｏ
、　Ｓ３＾Ｓで作ることができ、前者はダブルヘテロ構
造の場合に好ましい。障壁はＩｎＰで作られ、Ｇａｏ、
　ｎ１１ｎ＋、　５３Ａｓの量子井戸はＩｎＰに格子整
合する。量子井戸の場合、四元化合物も使用できる。ベ
ースの非電極部分は、ＩｎＰに格子整合したＩｎＧａＡ
ｓで作られる。

エミッタの非傾斜部分はＩｎＰで作られ、傾斜部分はＩ
ｎＧａＡｓＰで作られる。

（ｉｉ）　　コレクタはＧａｏ、４７１ｎＯ，５３ＡＳ
又はＡＮｏ、＜５Ｉｎｏ、　５ｚＡｓ又はＩｎＰで作る
ことができ、後者２つはダブルヘテロ構造の場合に好ま
しい。障壁はＩｎＰに格子整合したＡ　Ｉ！　ｏ、　４
ｓｌｎｏ、　ｓＪｓで作られ、量子井戸はＩｎＰに格子
整合したＧａｏ、　４？ＩｎＯ，５ｓＡｓで作られる。

ベースの非電極部分はＩｎＰの格子整合したＡ　Ｉ　Ｉ
ｎＧａＡｓで作られる。エミッタの非傾斜部分はＡ　１
２　ｏ、　４ｍ１ｎｏ、　５ｚＡｓ作られ１．傾斜分は
Ａ　Ｉ　ＩｎＧａＡｓで作られる。

本発明に従う構造の層を堆積させるのに適した技術の中
には以下のものがある。分子線エピタキシー（ＭＢＥ）
、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキ
シー、レビテーションエビタキシー、パルスビーム分子
線エピタキシー、後者については、エム・カワベ（Ｍ、
　Ｋａｗａｂｅ）ら“パルス分子線によるＡ　ｌ　ｘＧ
ａｌ−ＸＡｓの組成制御と超格子の新しい型゛ジャパニ
ーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジフクス（
ハ匹匹１Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　ｌ巴吐暉世−」す１ア」
−）、第２１巻（１９８２）Ｌ４４７−４４８頁及びア
ール・シー・ミラー（Ｒ，Ｃ０Ｍ１ｌｌｅｒ）　　ら、
″ＧａＡｓ−八１　ｘＧへ　（−ＸＡｓ系による放物線
量子井戸”フィジカル・レビュー（」五達屯Ｒｅｖ　ｉ
　ｅｗ　）　Ｂ、第２９巻（１９８４）３７４０−３７
４３頁を参照のこと。

共鳴トンネリングヘテロ構造バイポーラトランジスタ動
作は、量子井戸がベースとエミッタ領域間にある場合及
びそのような量子井戸が実際にはエミッタ領域内にある
場合にも実現でき、後者の場合はｎ−ドーピング量子井
戸により実現できることも認識されている。量子井戸が
ベース及びエミッタ領域間にある具体的な好ましい実施
例については、第１８．２０及び２２図で表わされるエ
ネルギー帯図と、第１９．２０．及び２３図で表わされ
る対応する組成図により、説明される。

第１７図中のように“Ｕ”は“アンドープ”の代りをし
、層堆積中故意にはドーパントは加えてないことを意味
する。障壁層はアンドープが好ましいが、第１表（最後
のページに示されている）に示されるようなドーピング
の組合せも除外されない。また、アンドープの好ましい
場合においてさえ、室温においてｐ−ドープベースを貫
いてトンネルしてきた井戸中の正孔密度が存在する。

（第１表において、Ｂ、は注入キャリヤが最初に出合う
障壁領域を表わし、Ｗは量子井戸領域を、Ｂ２は第２の
障壁領域を表わす。）第２−７．１３Ｂ及び１６図のよ
うな第１８．２０及び２２図のエネルギー帯図は、最大
コレクタ電流条件に適用される。

以下の例はデバイス製作とデバイス特性を示し、第１例
で報告されるような室温動作は、本発明のこの実施例の
特に好ましい特徴である。

玉上洛 デバイスはＳｉのｎ“　ドープＧａＡｓ基板上に、分子
線エピタキシー（ＭＢＥ）堆積により製作した。

Ｓｉを３Ｘ１０”／ｃｄのキャリヤ濃度にｎドープした
２　１０　ｎｍ　ＧａＡｓバッファ層を堆積させ、続い
てＳｉを約１０”／ｃｄのキャリヤ濃度にｎドープした
ＧａＡｓの１．６ミクロンコレクタ層を堆積させた。ベ
ース層はコレクタに隣接し、約１０１１１／ｃ１１のキ
ャリヤ濃度にＢｅをｐ゛　ドープした１９０ｎ涌のＧａ
Ａｓ領域から始まり、２１ｎｍのアンドープＧａＡｓの
セットバック層が続いた。次に、２つのアンドープ２．
２ｎｍＡ６Ａｓ障壁間にはさまれた７、４ｎ＋＊のアン
ドープＧａＡｓ１子井戸を含む二重障壁を成長させた。

ベースの最後の部分はＡ　Ｉ　Ｏ，Ｏ？　Ｇａｏ、　ｑ
ｓ　Ａｓの５３ｎｍの層二重障壁に隣接した１　０．５
　ｎｍのアンドープ層で、残りはＢｅを約１０”／ｃｄ
キャリヤ濃度ｐにドープした。

２つのセットバック層はＡ　Ｉ　ＧａＡｓ傾斜エミッタ
の約６８０℃における高温成長中、Ｂｅが二重障壁中に
拡散するのを抑制する動きをする。後者はＸ＝０．０７
からベースに隣接したＸ＝０．２４まで直線的に傾斜し
、約３Ｘ１０′？／ｃｊキヤリヤ濃度にＳｉをｎ′″　
ドープされたＡ　ｌ　ｘ　Ｇａ　Ｉ−Ｘ　Ａｓの５３ｎ
ｍの層と、約３ｘｌＱ１？／ｃＩＡキヤリヤ濃度にＳｉ
をｎ“　ドープした３２０ｎｍのＡ　ｌ　ｏ、　ｚｓ　
Ｇａｓ、　ｑｓ　Ａｓで作られた。

最後に、約３Ｘ１０”／ａ（キャリヤ濃度にＳｉをｎ′
″ドープした１１００ｎの電極層を堆積させ、これは約
３Ｘ１０”／−キャリヤ濃度にＳｉをｎ゛　ドープして
Ｘ＝０．２４からＸ＝０まで直線的に傾斜した５３ｎｍ
の領域により、エミッタから分離されている。

約７．５ＸＩＯ−Ｓｃｏｔのエミッタ面積をもつ試料が
、フォトリソグラフィと湿式エツチング技術を用いて作
られた。ベース層はＨｚＰＯｎ／ＨｚＯ中の陽極エツチ
ングにより露出された。エミッタ隣接したベース（Ａｊ
！　＋１．０７　Ｇａｏ、ｑｚ　Ａｓ）の部分もエッチ
除去された。残ったベースには水素流中で約２秒間約４
００℃で合金化させたＡｕ　（１１０ｎｍ）上のＡｕＢ
ｅ（４０ｎｍ＞の電極を形成した。エミッタ及びコレク
タへのｎ形電極は、Ａｕ　（２００ｎｍ）上のＳｎ　（
２５ｎｍ）及びその上のＡｕ　（５０ｎｍ）を用い、約
４５０℃で１秒間合金化させた。

この試料のデバイスの障壁構造は、第１の量子化エネル
ギーレベルがＥ＋　＝　６５ｍｅＶで、ΔＥｃはほぼＥ
、に等しい。はぼ等しいというのは、Ｅ＋がΔＥｃが数
ｋＴ以上越えないことを意味すると理解される。量子井
戸領域はアンドープのままであるが、それにもかかわら
ず、井戸中には高濃度（約７×１０”／ｃｄ）の二次元
正孔ガスが存在する。そのような正孔は近くにあるアル
ミニウム・ガリウムひ素からアルミニウムひ素障壁をト
ンネルにより移動し、フェルミレベルはベース中のもの
と同じ線になる。

デバイスは約３００にの温度で試験され、電流−電圧特
性をトレーサ上に表示した。２．５ｍＡより小さいか等
しいベース電流の場合、トランジスタは通常の特性を示
し、２．５ｎ＋Ａより大きいか等しい＋６の場合、上で
議論したように振舞った。コレクタ電流はベース電流と
ともに直接的な関係で増加し、電流利得（Ｉｃ　＞　４
ｍＡに対し、β＝７）がある。ベース電流が２．５ｍＡ
を越えると共鳴トンネリングが抑えられることにより、
電流利得機構が抑制されるため、■、は降下する。トラ
ンジスタ特性もまた３００マイクロ秒パルスを用いて、
パルスモードで測定した。第１４Ｃ図と同一の振舞いが
観測された。このことは加熱効果が著しい役割をしない
ことを示す。

デバイスは１００Ｋから３００にの範囲での他の温度で
同様の振舞を示し、真性伝達コンダクタンスは低温より
大きかった。これは低温では共鳴トンネルがより急速に
抑制されることによる。

特性の負性コンダクタンス領域にバイアスされた時、デ
バイスは発振器として動作した。コレクタ回路中の電流
振動はループによりピックアップされ、表示された。動
作点はＶｃｔ＝　１２　Ｖ、Ｉ。

＝６ｍＡであった。発振は特に低温で高いスペクトル純
度をもつのが観測された。

バイアス条件（Ｉｓ　、　　Ｖｃｔ）を変えることによ
り、発振周波数は数メガヘルツの範囲で調整できた。室
温においてデバイスは約２．５ｍＡより小さなベース電
流で発振を止める。その理由はそのような電流において
、デバイス動作は共鳴トンネリングが抑制されない負性
コンダクタンス頭載の外側になるからである。

員ｌ拠 以下のような構造は、第１８及び１９図に従う本発明の
実施例を表わす。

ＧａＡｓ基板（半絶縁性又はＳｔをｎ′″　ドープ）、
Ｓｉを約３Ｘ１０”／ｃｄキャリヤ濃度にｎドープした
２０Ｏｎ＋＋＋のＧａＡｓバッファ層を伴う；Ｓｔを約
５　Ｘ　１０”　／　ｃｒＡキャリヤ濃度にｎドープし
た１、５ミクロンのＧａＡｓコレクタ層（そのように厚
（低濃度ドープ層は、たとえば、Ｓｉを約３Ｘ１０１７
／ＣＡキヤリヤ濃度にｎドープした０、１７ｎｍのＧａ
Ａｓと４．８３ｎｍのアンドープＧａＡｓを交互に３０
０周期堆積させることにより作ると便利である。）；好
ましい範囲として１０′８ないし５ＸＩＱ１８／ｃｎｌ
のキャリヤ濃度にＢｅをｐドープした３００ｎｍのＧａ
Ａｓベース層で、必要に応じ典型的な場合２ないし１１
００ｎの範囲の厚さを有するアンドープＧａＡｓオフセ
ット層を堆積させる。； 典型的な場合２ないし１０ｎｍの範囲の厚さをもつアン
ドープＡＪＡｓの第１の障壁層；好ましい範囲として３
ないし３０ｎｍの厚さをもつアンドープＧａＡｓ量子井
戸層； 典型的な場合２ないし１０ｎａｅの範囲の厚さをもつア
ンドープＡＡＡｓの第２の障壁層；必要に応じて典型的
な場合２ないし１１００ｎの範囲の厚さをもつアンドー
プＡｌｘ　Ｇａｐ−、Ａｓオフセット層をその後に堆積
させる。この場合組成の選択は第１の量子化状態Ｅ１が
井戸の材料と注入キャリヤが最初に出会う障壁に隣接し
た材料との伝導帯不連続に等しいか多くても数ｋＴ以上
越えないような条件で行われる； ５０ｎｍのＡｌｘ　Ｇａｐ−ｘ　Ａｓエミッタ傾斜層、
Ｘは層厚さに渡って０．０７の値から０．２５の値まで
徐々に変化し、Ｓｉが約５Ｘ１０１フ／ｃＪキヤリヤ濃
度にｎドープされる。（たとえば傾斜は直線的が放物線
状である）； ２００ｎｍのＡ　１２６．ｚｓ　Ｇａｏ、　’７ｓ　Ａ
ｓエミフタ層、Ｓｉミラ５　Ｘ　１０１７／　ｃｎｌ−
ｔ−ヤリャ濃度にｎドープする（　Ａｌｘ　Ｇａｐ−ｘ
　Ａｓ、　　０．２５Ｘ≦０．７５の形の他の組成も可
能なエミツタ層材料を表わす。キャリヤ濃度は５Ｘ１０
１ｂないし１０”／ｃＩｌの範囲が好ましい。）５０ｎ
ｍのＡｊ！ｘ　Ｇａｐ−ｘ　Ａｓ傾斜層、Ｘは層の厚さ
に渡りエミツタ層中の対応する値から０の値まで徐々に
変化し、Ｓｉを約３ＸＩＱ”／ｃａｌキャリヤ濃度にｎ
ｏ　ドープする； ３００ｎｍＧａＡｓ電極層、Ｓｉを約３Ｘ１０”／Ｃ１
１１のキャリヤ濃度にｎ゛　ドープする； 障壁層はＡ　ｌ　ｘ　Ｇａ　１−　Ｘ　Ａｓでも作るこ
とができ、０．３≦Ｘ≦１が好ましい。また障壁はたと
えば上で引用したようにパルスビーム分子線エピタキシ
ーにより、超格子の形に作ることもできる。エミッタは
縮退しても非縮退にドープしてもよい。デバイス動作は
典型的な場合ベース−エミッタは順方向バイアス、ベー
ス−コレクタは逆方向バイアスの条件下で行われる。ベ
ースに電極が作られ、電極をエミッタとベース間の中間
領域（第１８図中で“Ｉ”と印される）中の井戸に作っ
てもよい。

１主■ 第２０及び２１図に従う本発明の実施例は、第２例の構
造において、Ａ　ｊｌ’　ｏ、　ｏｔ　Ｇａｏ、　ｑ３
Ａｓオフセント層の厚さを大きくし、エミッタ傾斜層を
省くことにより得られるのがわかる。量子化を妨げると
いう点で、オフセット層の厚さは約５０ｎｍ以上が好ま
しい。

ｙしＵ外 第２２及び２３図に従う本発明の実施例は、第２例の構
造において、エミッタ傾斜層を省き、エミッタ組成をＥ
ｌ−ΔＥｃがせいぜい数ｋＴとなるように選択するとい
う修正をすれば得られるのがわかる。

第　　１　　表 Ｂ、　　　Ｗ　　　Ｂ２ ｐ　　　　　　　　　　ｐ　　　　　　　　　　ｐｕ　
　　　　　　　　　　　　　ｕ　　　　　　　　　　　
　　　ｕｕ　　　　　　　　　　　　ｐ　　　　　　　
　　　　　ｕｕ　　　　　　　　　　ｐ　　　　　　　
　　　ｐｕ　　　　　　　　　　　　　　　ｎ　　　　
　　　　　　　　　　　ｕｎ　　　　　　　　　　　　
　　ｎ　　　　　　　　　　　　　　ｕｎ　　　　　　
　　　　　　　　ｕ　　　　　　　　　　　　　　ｎｎ
　　　　　　　　　　　　　　ｎ　　　　　　　　　　
　　　　ｎｎ　　　　　　　　　　　ｐ　　　　　　　
　　　　ｐ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うトランジスタの断面図；第２−７
図は本発明のいくつかの実施例のエネルギー帯図； 第８図は本発明に従うデバイスの多値変換特性をプロッ
トした図； 第９図は本発明に従うパリティ発生回路を示す図； 第１０図は本発明に従うアナログ−ディジタル変換器の
回路構成図； 第１１図は本発明に従うデバイスの電流−電圧特性をプ
ロットした図； 第１２図は複数の安定状態をもつデバイスの回路図； 第１３Ａ、１３Ｂ及び１００図は本発明の更に別の実施
例の３つの異なる動作状態に対応するエネルギー帯図： 第１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃ図はそれぞれ第１３Ａ、１
３Ｂ及び１００図に対応するコレクタ電流及びベース電
流間の関数関係を示す図；第１５図は第１３Ａ、１３Ｂ
及び１００図に示されたようなエネルギー帯図に対応す
る本発明の具体的なデバイスを作る組成をグラフで示す
図：第１６図は本発明の更に別の実施例に従う量子井戸
の一方の側をエミッタが規定する働きをする動作条件下
のデバイスのエネルギー帯図；第１７図は第１６図に従
う本発明の具体的なデバイスを作る組成をグラフで示す
図； 第１８図は量子井戸がエミッタ及びベース領域間の領域
中にある動作条件下のデバイスのエネルギー帯図； 第１９図は第１８図に従う本発明の具体的なデバイスを
作る組成をグラフで示す図； 第２０図は量子井戸がエミッタ及びベース領域間の領域
中にある動作条件下のデバイスのエネルギー帯図； 第２１図は第２０図に従う本発明の具体的なデバイスを
作る組成をグラフで示す図； 第２２図は量子井戸がエミッタ及びベース領域間の領域
にある動作条件下の第３のデバイスのエネルギー帯図； 第２３図は第２２図に従う本発明の具体的なデバイスを
作る組成をグラフで示す図である。 主要符号の説明 １−　エミッタ領域、　　　　２−　　基板３．５−コ
レクタ領域 ７．９．１１・・−電極 １３．１５．１７−高濃度ドープ領域 出願人　：　アメリカン　テレフォン　アンドテレグラ
フ　カムバニー ＦＩｏ、　１６ ｍ−７レドーア ＦＴＧ、１８ ＦＩＯ，１９ ＦＩＯ，２０ ＦＩＧ、２１ ＦＩＯ，２２ ＦＩＧ、　２３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の伝導形と第１の組成及び禁制帯分布をもつエ
   ミッタ領域、 第２の伝導形と第２の組成及び禁制帯分布をもつベース
   領域、 前記の第２の伝導形と第３の組成及び禁制帯分布をもつ
   コレクタ領域、 少くとも前記エミッタ及びコレクタ領域への電極、 前記コレクタ領域及び前記エミッタ領域への前記電極間
   の少くとも１つの量子井戸、 を含むヘテロ構造バイポーラデバイスにおいて前記デバ
   イスは、第１及び第３のベース−エミッタ電圧と前記第
   １及び第３のベースエミッタ電圧の中間の第２のベース
   −エミッタ電圧があり、前記第１、第２及び第３のベー
   ス−エミッタ電圧において、少くとも前記エミッタ領域
   の一部中の伝導帯の底が、それぞれ前記量子井戸の量子
   共鳴の下、同じ値及び上にあり、前記部分は前記第１の
   電極及び前記量子井戸の間にあるように動作できること
   を特徴とするデバイス。 ２、特許請求の範囲第１項に記載されたデバイスにおい
   て、 前記第１及び第３のベース−エミッタ電圧において、前
   記エミッタ領域の少くとも一部分中の伝導帯の底は、前
   記量子井戸の複数の量子共鳴の下及び上にあることを特
   徴とするデバイス。 ３、特許請求の範囲第１又は第２項に記載されたデバイ
   スにおいて、 前記量子井戸は前記エミッタ領域中又は前記エミッタ領
   域及び前記コレクタ領域の間又は前記ベース領域中にあ
   ることを特徴とするデバイス。 ４、特許請求の範囲第３項に記載されたデバイスにおい
   て、 前記量子井戸が前記エミッタ領域及び前記コレクタ領域
   の間にある時はいつでも、前記デバイスが前記エミッタ
   領域及び前記ベース領域の中間領域を含み、前記量子井
   戸は前記中間領域中にあることを特徴とするデバイス。 ５、特許請求の範囲第３項に記載されたデバイスにおい
   て、 前記量子井戸が前記ベース領域中にある時はいつでも、
   前記コレクタ領域及び前記ベース領域は本質的に同じ禁
   制帯をもつことを特徴とするデバイス。 ６、特許請求の範囲第１又は２項に記載されたデバイス
   において、 前記コレクタ領域及び前記ベース領域はベース領域の伝
   導帯がコレクタ領域の伝導帯の下にあり、ベース領域の
   価電子帯がコレクタ領域の価電子帯より上にあるような
   ヘテロ接合を形成することを特徴とするデバイス。 ７、特許請求の範囲第６項に記載されたデバイスにおい
   て、 前記量子井戸の端部は２つのヘテロ接合により規定され
   ることを特徴とするデバイス。 ８、特許請求の範囲第３項に記載されたデバイスにおい
   て、 前記量子井戸がベース領域中にある時はいつでも、前記
   デバイスは少数キャリヤを前記量子井戸中にトンネル注
   入させる手段を含み、前記デバイスは少くともある種の
   動作条件の場合、前記エミッタ領域に隣接した前記ベー
   ス領域の一部の伝導帯が、前記量子井戸の基底状態サブ
   バンドの底と本質的に同じレベルになるような構造を有
   することを特徴とするデバイス。 ９、特許請求の範囲第８項に記載されたデバイスにおい
   て、 前記ベース領域の前記部分は電気的に接触してはいない
   ことを特徴とするデバイス。 １０、特許請求の範囲第８項に記載されたデバイスにお
   いて、 前記伝導帯は平衡状態における前記レベルと本質的に同
   じであることを特徴とするデバイス。 １１、特許請求の範囲第８項に記載されたデバイスにお
   いて、 前記伝導帯は基底状態のサブバンドの前記底から５ｋＴ
   を越えない大きさだけ下にあることを特徴とするデバイ
   ス。 １２、特許請求の範囲第１項に記載されたデバイスにお
   いて、 前記量子井戸はドープされるか又はドープされず、ドー
   プしてもあるいはドープしなくてもよい電位障壁により
   規定されることを特徴とするデバイス。 １３、特許請求の範囲第３項に記載されたデバイスにお
   いて、 前記量子井戸は前記エミッタ領域及び前記コレクタ領域
   間にあり、前記量子井戸の一方の側はエミッタ−ベース
   ヘテロ接合により規定されることを特徴とするデバイス
   。 １４、特許請求の範囲第１又は２項に記載されたデバイ
   スにおいて、 前記デバイスは前記エミッタ及び前記コレクタ領域への
   電気的接触を有するヘテロ構造バイポーラ光検出器であ
   ることを特徴とするデバイス。 １５、特許請求の範囲第１又は２項に記載されたデバイ
   スにおいて、 前記電気的接触は前記エミッタ、ベース及びコレクタ領
   域へのものであることを特徴とするデバイス。 １６、特許請求の範囲第１又は２項に記載されたデバイ
   スにおいて、 前記デバイスは （ａ）複数の前記デバイスと各ベースの電気的接触に接
   続された抵抗回路網を含み、前記回路網は複数の入力を
   有し、あるいは （ｂ）並列に接続された複数の前記デバイス及びベース
   に対する電気的接触に接続された電圧スケーリング回路
   網を含むかあるいは （ｃ）前記デバイス及びベース−コレクタ接合を固定さ
   れたバイアスに維持する手段及びコレクタへの前記電気
   的接触に接続された抵抗 を含む回路の一部を形成することを特徴とするデバイス
   。