JPH05136161A

JPH05136161A - 共鳴トンネル三端子素子

Info

Publication number: JPH05136161A
Application number: JP32410991A
Authority: JP
Inventors: Takao Waho; 孝夫和保
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】共鳴トンネル三端子構造において、大きさの
揃った複数のピーク電流値を実現し、これらの共鳴トン
ネル電流のピーク値を多値論理状態に対応させ、少ない
素子数で複雑な機能を有する機能回路を実現する。【構成】ｎ型ＧａＡｓ結晶基板２１上にｎ型ＧａＡｓ
層（コレクタ層）２２，ＡｌＧａＡｓ第１障壁層２３，
ｐ型ＧａＡｓ量子井戸層（ベース層）２４，ＡｌＧａＡ
ｓ第２障壁層２５，ｎ型ＧａＡｓ層（コレクタ層）２６
が順次積層形成され、ベース領域１４がＡｌＧａＡｓ第
１障壁層２３とＡｌＧａＡｓ第２障壁層２５と２つの中
間障壁層１８，１９とにより３つの量子井戸に分割さ
れ、ＡｌＧａＡｓ第１障壁層２３，ＡｌＧａＡｓ第２障
壁層２５と隣接する２つの量子井戸の井戸幅が他方の量
子井戸の井戸幅より広い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超高速素子，機能素子
に適用される共鳴トンネル三端子素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】共鳴トンネル障壁構造を用いた共鳴トン
ネルダイオード，共鳴トンネル三端子素子では、量子井
戸の離散的なエネルギー準位に対応して電流電圧特性に
複数の電流ピークが発生する。これらの複数の電流ピー
クを複数の論理状態に対応させることにより、多値論
理，Ａ／Ｄ変換などの機能を有する回路を、従来より極
めて少ない素子数で実現できると期待されている。

【０００３】図２、はこのような機能素子を実現する目
的で提案されている共鳴トンネル三端子素子の構成を示
す断面図である。同図において、ｎ型のＧａＡｓ結晶基
板２１上にｎ型ＧａＡｓ層２２，ＡｌＧａＡｓ障壁層２
３，ｐ型不純物が添加されたＧａＡｓ量子井戸層２４，
ＡｌＧａＡｓ障壁層２５，ｎ型ＧａＡｓ層２６を、通常
の分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）により順次成長
し、ｎ型基板２１，ｎ型ＧａＡｓ層２６の各々に接続す
るコレクタ電極２７，エミッタ電極２８を形成し、さら
にｎ型ＧａＡｓ層２６の一部をエッチングで除去し、Ｇ
ａＡｓ量子井戸層２４に接続するベース電極２９を形成
することにより構成されている。

【０００４】図３は、ｎ型ＧａＡｓ層２２からｎ型Ｇａ
Ａｓ層２６の積層構造に対応するバンド構造を示したも
のである。同図において、３１は伝導帯下端、３２は伝
導帯上端、Ｅ_f ^Eはエミッタ領域のフェルミ準位、Ｅ_f ^Bは
ベース領域のフェルミ準位、３３は量子井戸層２４にお
ける電子の基底準位、３４は量子井戸２４における電子
の第１励起準位、３５は量子井戸層２４における重い正
孔の基底準位、３６は量子井戸層２４における重い正孔
の励起準位、３７は量子井戸層２４における軽い正孔の
基底準位、３８は量子井戸層２４における軽い正孔の第
１励起準位、３９はエミッタ領域で発生した空乏層であ
る。

【０００５】このように構成された共鳴トンネル三端子
素子を動作させるためには、バイアス電圧Ｖ_BEをエミッ
タ電極２８とベース電極２９との間に印加する。その動
作状態のバンド構造を図４に示す。図４において、Ｖ_BE
はエミッタ・ベース間の電位差である。また、エミッタ
・ベース間のバイアス電圧をさらに増加した場合のバン
ド構造を伝導帯下端のみにより図５に示す。エミッタ・
ベース電圧を増加させ、基底準位３３がエミッタのフェ
ルミ準位Ｅ_f ^Eより低くなると、共鳴トンネルにより、エ
ミッタからベースへの電子の注入が起こり、その大部分
はコレクタ側に抜けるため、通常のバイポーラトランジ
スタに類似した増幅作用が得られ、コレクタ電流Ｉ_C が
流れる。バイアス電圧をさらにに増加させると、基底準
位がエミッタ領域の伝導帯下端より低下し、共鳴トンネ
ルが抑止される。さらにバイアス電圧を増加させると、
第１励起準位３４がエミッタのフェルミ準位Ｅ_f ^Eより低
くなり、再び共鳴トンネルにより、エミッタからベース
への電子の注入が起こり、その大部分はコレクタに抜け
るため、再びコレクタ電流は増加する。バイアス電圧を
またさらに増加させると、第１励起準位がエミッタ領域
の伝導帯下端より低下し、共鳴トンネルが抑止され、コ
レクタ電流は減少する。この結果、図６に示すようにエ
ミッタ・ベース電圧の増加に対してエミッタ・コレクタ
間の電流がＩ_P1，Ｉ_V1，Ｉ_P2，Ｉ_V2と周期的に変化する
特性が実現できるため、パリティ発生回路，多値論理回
路，多値記憶回路，Ａ／Ｄ変換回路などの機能を有する
機能素子として利用することが検討されている（文献：
F.Cappaso ed "Physics of Quantum Electron Devies"
Spring-Verlag Berlin Heidelberg 1990）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された共鳴トンネル三端子素子において、前述
した電子の共鳴トンネルが起きる場合、基底準位３３を
介して流れる共鳴トンネル電流値Ｉ_P1が第１励起準位３
４を介して流れる共鳴トンネル電流値Ｉ_P2と比較して格
段に小さいため、さらに第２励起準位５１を介する共鳴
トンネル電流の影響でＩ_V2が大きいため、この共鳴トン
ネル三端子素子を上記機能素子として利用することは極
めて困難であった。すなわちこれらの機能素子としてこ
の共鳴トンネル三端子素子を利用する場合、例えばコレ
クタ電流の出力値Ｉ_P1，Ｉ_P2を「１」とし、Ｉ_V1，Ｉ_V2
を「０」として利用するが、Ｉ_P1がＩ_P2より格段に小さ
いため、閾値をＩ_P1より低く設定しなければならず、回
路の動作余裕が極めて制限されること、また、Ｉ_P1がＩ
_V2より小さいと、閾値の設定自体が不可能になること、
が問題であった。基底準位，第１励起準位，第２励起準
位を介する共鳴トンネル電流値がその順序で大きくなる
ことは、以下に述べるように従来構造の共鳴トンネル障
壁において固有の性質であり、前述した問題は共鳴トン
ネル三端子素子の構造に起因する本質的な問題点であっ
た。

【０００７】なお、ここで共鳴トンネル電流に極端な大
小が発生する理由について説明する。図７は、図５のト
ンネル障壁に対するトンネル確率を示したものである。
同図において、７１，７２，７３はそれぞれ基底準位，
第１励起準位，第２励起準位を介する共鳴トンネル確率
のピークである。共鳴トンネル電流値はほぼトンネル確
率のピークの半値幅で決まることは、公知の事実であ
る。さらにその半値幅は、その準位からトンネル障壁２
３，２５を通じて電子がトンネル過程で量子井戸外部へ
逃げ出す場合の、逃げ出し易さの程度で決まり、逃げ出
し易いほど広い。基底準位，第１励起準位，第２励起準
位と準位が上がるほど電子から見たトンネル障壁は低く
なり、トンネル過程で逃げ出し易くなるため、図７に示
した通り、基底準位，第１励起準位，第２励起準位を介
する共鳴トンネル確率のピーク半値幅Γ₁ ，Γ₂ ，Γ₃
がこの順序で大きくなる。したがって基底準位，第１励
起準位，第２励起準位を介する共鳴トンネル電流値がそ
の順序で大きくなる。

【０００８】このような問題点を解決するものとして
は、三端子構造ではなく、複数の共鳴トンネルダイオー
ドを組み合わせてピーク電流値の揃った特性を得ている
（前記文献）。しかしながら、ダイオードの組み合わせ
だけでは、増幅作用が得られず、入出力分離も困難なた
め、前述した各種の機能を実現するには別に増幅用回路
の付加が必要であった。したがってダイオードの組み合
わせでは、回路を構成する素子数を減らすことができな
いという問題があり、素子数を減らして高速化，高集積
化が達成できるという機能素子を利用することの利点が
十分発揮できなかった。

【０００９】以上説明したように共鳴トンネル障壁を利
用すれば、複数の電流ピーク構造は得られるものの、従
来の三端子構造では、本質的にピーク電流値が共鳴準位
により大きく異なることから、共鳴トンネル電流のピー
ク値を論理状態に対応させ、複雑な機能を有する機能回
路に利用することが極めて困難であるという問題があっ
た。一方、ダイオードを組み合わせた構造では付加回路
が必要であるため、少ない素子数で複雑な機能を有する
機能回路を実現することが極めて困難であるという問題
があった。

【００１０】したがって本発明は、共鳴トンネル三端子
構造において、大きさの揃った複数のピーク電流値を実
現し、これらの共鳴トンネル電流のピーク値を多値論理
状態に対応させ、少ない素子数で複雑な機能を有する機
能回路を実現するための全く新規な共鳴トンネル障壁構
造を有する共鳴トンネル三端子素子を提供することを目
的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、共鳴トンネル三端子構造のベース領
域に新たに障壁層を挿入し、この障壁層により量子力学
的に結合した複数の量子井戸（結合量子井戸）からベー
ス領域が構成されることを最も大きな特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明においては、この障壁層の間隔を適切に
調整すること、電子親和力が異なる材質で複数の量子井
戸を構成すること、さらには電子の有効質量が異なる材
質で複数の量子井戸を構成することにより、共鳴トンネ
ル状態の電子の波動状態を制御することでエネルギー準
位が上の状態に対応する共鳴トンネル確率の半値幅を下
の状態に対応する半値幅より小さくでき、その結果、複
数の電流ピーク値がほぼ等しい特性が実現できた。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。（実施例１）本実施例における共鳴トンネル三端子素子
の全体構造は、ベース領域を除くと、図２に示した従来
例と同一である。本実施例の特徴は、そのベース領域の
構造にある。図１は本発明による共鳴トンネル三端子素
子構造におけるバンド構造を、伝導電子帯下端のみで示
したもので、動作状態に近いバイアス電圧Ｖ_BEがエミッ
タ・ベース間に印加された場合を示す。図１の２２，２
３，２５，２６はそれぞれｎ型ＧａＡｓコレクタ層，Ａ
ｌＡｓ第１障壁層，ＡｌＡｓ第２障壁層，ｎ型ＧａＡｓ
エミッタ層を示す。また、１４はベース領域であり、１
５，１６，１７はＧａＡｓ量子井戸薄層、１８，１９は
ＡｌＡｓ中間障壁層である。１１，１２，１３は各々ベ
ース層１４における電子の基底準位，第１励起準位，第
２励起準位である。ｎ型ＧａＡｓエミッタ層２６のＳｉ
ドーピング濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００１４】この積層構造は、通常の分子線エピタキシ
ャル成長法により、ｎ型ＧａＡｓ基板上に各層を連続的
に成長することで形成した。また、各量子井戸層１５，
１６，１７では、その中央部分でＧａＡｓの成長を一時
中断してｐ型不純物であるＢｅのプレーナドープを、１
×１０¹³ｃｍ^-2のシート濃度で行った。また、量子井戸
幅を１分子層の精度で正確に制御するために量子井戸成
長直前および直後に成長を中断し、ヘテロ界面の平坦化
を図った。

【００１５】図８には、製作した共鳴トンネル三端子素
子の構造を示す。同図において、ベース電極８１によ
り、量子井戸１５，１６，１７の全ての電位を同時に制
御する。ベース電極８１およびエミッタ電極８２，コレ
クタ電極８３は、通常のＧａＡｓプロセス技術により形
成した。

【００１６】このように構成された共鳴トンネル三端子
素子において、ベース領域１４は、障壁層であるＡｌＡ
ｓ中間障壁層１８，１９と、その介挿により分割された
３つのＧａＡｓ量子井戸薄層１５，１６，１７が量子力
学的に結合されて構成されているため、共鳴トンネルを
引き起こすエネルギー準位１１，１２，１３は、ベース
領域１４全体の電子の準位として決定される。

【００１７】この共鳴トンネル三端子素子の構造におい
て、両端の量子井戸薄層１５の井戸幅Ｌ₃ と量子井戸薄
層１７の井戸幅Ｌ₁ と比較して中央の量子井戸薄層１６
の井戸幅Ｌ₂ を小さくした。本実施例においては、Ｌ₁
＝Ｌ₃ ＝２２ＭＬ（ＭＬ：分子層），Ｌ₂ ＝１４ＭＬ，
第１障壁層２３の厚さＬ₇ ＝７ＭＬ，第２障壁層２５の
厚さＬ₄ ＝７ＭＬ，挿入された障壁層１８，１９の厚さ
Ｌ₅ ＝Ｌ₆ ＝３ＭＬであった。

【００１８】図９は、ベース領域１４における電子の基
底準位１１，第１励起準位１２，第２励起準位１３のそ
れぞれエネルギー準位に対応する電子の波動関数９１，
９２，９３を示す。前述したように量子井戸幅が決めら
れているため、基底準位１１および第１励起準位１２に
対応するそれぞれ波動関数９１および波動関数９２の振
幅は、両端の量子井戸薄層１５，１７で大きく、電子が
これらの両端の井戸に集中して分布することを示し、第
２励起準位１３に対応する波動関数９３の振幅は中央の
量子井戸薄層１６で大きく、電子がこの井戸に集中して
分布することを示す。この波動関数の性質は、電子波動
の波長が長いほどエネルギーは低いことおよび各準位の
波動関数は互いに直交することという量子力学的な基本
法則が導かれる本結合量子井戸構造に対する本質的な帰
結である。これらの波動関数の性質は、前述した膜厚設
定値のほか、量子井戸薄層１６が量子井戸薄層１５，１
７より狭い場合に実現できる。

【００１９】図１０は、この結合量子井戸構造に対する
トンネル透過確率を示す。透過確率のピークエネルギー
値は、各々Ｅ₁ ＝８８ｍｅＶ，Ｅ₂ ＝９３ｍｅＶ，Ｅ₃
＝１８１ｍｅＶである。基底準位，第１励起準位を介す
る共鳴トンネル確率の半値幅（Γ₁ ，Γ₂ ）が第２励起
準位を介する共鳴トンネル確率の半値幅（Γ₃ ）より大
きいことが特徴である。このことは、前述したように波
動関数の性質と直接関係する。すなわち共鳴トンネル確
率の半値幅は、その準位の電子が結合量子井戸の外部へ
トンネルして逃げ出す時の逃げ出し易さに依存し、従来
の単一の量子井戸構造では、準位のエネルギーが高いほ
ど障壁が低くなるため逃げ出し易く、半値幅も広くなっ
た。これに対して本結合量子井戸構造では、図９に示し
た通り、第２励起準位のエネルギーは基底準位，第１励
起準位のそれより高いものの、電子が中央量子井戸薄層
１６に集中しているため、見掛けの障壁厚さが増す効果
が大きく、電子がトンネルで逃げ出し難くなり、その結
果、第２励起準位に対応する半値幅が基底準位，第１励
起準位に対応する値と比較して狭くなった。

【００２０】このような透過確率に半値幅の関係がある
ため、電流電圧特性においては、従来構造では、極めて
困難であったほぼ等しいピーク電流値を実現することが
できた。図１１に得られた電流電圧特性を示す。同図に
示すようにピークエネルギー値Ｅ₁ とピークエネルギー
値Ｅ₂ との差はエミッタのフェルミ準位（約３０ｍｅ
Ｖ）より小さいため、重なって１つのピークとなる。本
実施例では、共鳴トンネル電流ピークＩ_P1，Ｉ_P2いずれ
もほぼ４×１０³ Ａ／ｃｍ² 程度で等しく、従来構造で
はＩ_P1＜＜Ｉ_P2であったのに対して著しく改善できた。

【００２１】共鳴トンネル電流ピークＩ_P1，Ｉ_P2の間隔
は、量子井戸幅を変化させることにより、調整できる。
例えば両端の井戸幅を一定とし、中央の井戸幅をさらに
狭めることにより、共鳴トンネル電流ピークＩ_P2に対応
するバイアス電圧が増加する。これは第２励起準位のエ
ネルギー値が増加するためである。また、中央の井戸幅
は一定とし、両端の井戸幅を広げると、基底準位，第１
励起準位のエネルギーが低下し、共鳴トンネル電流ピー
クＩ_P1を与えるバイアス電圧が低下する。

【００２２】前述した効果は、３つの量子井戸を結合し
た場合を説明したが、４つ以上の量子井戸を結合させた
場合でも、両端の井戸幅を狭くすれば、前述と全く同様
の効果が得られ、ほぼ等しい電流ピークが得られること
は明らかである。

【００２３】（実施例２）図１２は、本発明による共鳴
トンネル三端子素子の他の実施例による構成を説明する
図である。本実施例における共鳴トンネル三端子素子の
全体構造は、前述した実施例１とベース領域を除くと同
一である。本実施例の特徴は、そのベース領域の構造に
ある。図１２は本発明による共鳴トンネル三端子素子構
造におけるバンド構造を、伝導電子帯下端のみで示した
もので、エミッタ・ベース間に動作状態に近いバイアス
電圧Ｖ_BEが印加された場合を示す。図１２において、２
２，２３，２５，２６はそれぞれｎ型ＧａＡｓコレクタ
層，ＡｌＡｓ第１障壁層，ＡｌＡｓ第２障壁層，ｎ型Ｇ
ａＡｓエミッタ層を示す。また、１２４はベース領域で
あり、１２５，１２７はＩｎ_X Ｇａ_1-X Ａｓ量子井戸層
（ｘ＝０．０２５）、１６はＧａＡｓ量子井戸薄層、１
８，１９はＡｌＡｓ中間障壁層である。１２１，１２
２，１２３は各々ベース層１２４における電子の基底準
位，第１励起準位，第２励起準位である。ｎ型ＧａＡｓ
エミッタ層２６のＳｉドーピング濃度は５×１０¹⁷ｃｍ
^-3とした。

【００２４】この積層構造の成長法は、素子製作法，製
作した共鳴トンネル三端子構造は、前述した実施例１と
同様である。本構造においては、両端の量子井戸薄層１
２５の井戸幅Ｌ₃ と量子井戸薄層１２７の井戸幅Ｌ₁
と、中央の量子井戸薄層１６の井戸幅Ｌ₂ とは等しくし
た。本実施例においては、Ｌ₁ ＝Ｌ₂ ＝Ｌ₃ ＝１８ＭＬ
（ＭＬ：分子層），第１障壁層２３の厚さＬ₇ ＝７Ｍ
Ｌ，第２障壁層２５の厚さＬ₄ ＝７ＭＬ，挿入された障
壁層１８，１９の厚さＬ₅ ＝Ｌ₆ ＝３ＭＬであった。

【００２５】本実施例においても、前述した実施例１と
同様に電子の基底準位，第１励起準位，第２励起準位，
各々のエネルギー準位に対応する電子の波動関数うち、
基底準位，第１励起準位に対応する波動関数の振幅は、
両端の量子井戸薄層１２５，１２７で大きく、電子がこ
れらの両端の井戸に集中するして分布するのに対して第
２励起準位に対応する波動関数の振幅は中央の量子井戸
薄層１６で大きく、電子がこの井戸に集中して分布す
る。この波動関数の性質は、各準位の波動関数は互いに
直交することという量子力学的な基本法則が導かれる本
結合量子井戸構造における本質的な帰結である。

【００２６】この結果、前述した実施例１と同様に通過
確率のピークエネルギー値は、各々Ｅ₁ ＝９０ｍｅＶ，
Ｅ₂ ＝１０２ｍｅＶ，Ｅ₃ ＝１４１ｍｅＶであり、基底
準位，第１励起準位を介する共鳴トンネル確率の半値幅
（Γ₁ ，Γ₂ ）が第２励起準位を介する共鳴トンネル確
率の半値幅（Γ₃ ）より大きい。

【００２７】この通過確率のピークエネルギー値Ｅ₁ ，
Ｅ₂ ，Ｅ₃ の幅は、井戸幅，Ｉｎ組成を調整することで
制御できることは前述した実施例１の場合と同様であ
る。

【００２８】このような透過確率の半値幅の関係がある
ため、電流電圧特性においては、従来構造では極めて困
難であったほぼ等しいピーク電流値を実現することがで
きた。ピークエネルギー値Ｅ₁ とピークエネルギー値Ｅ
₂ との差は、エミッタのフェルミ準位（約３０ｍｅＶ）
より小さいため、重なって１つのピークとなる。本実施
例では共鳴トンネル電流ピークＩ_P1，Ｉ_P2ともにほぼ５
×１０³ Ａ／ｃｍ² であり、従来構造ではＩ_P1＜＜Ｉ_P2
であったのに対して共鳴トンネル電流ピークＩ_P1，Ｉ_P2
をほぼ等しくできた。

【００２９】以上説明した実施例１と実施例２とを組み
合わせ、すなわち量子井戸幅の変化と量子井戸に用いる
材料の変化とを同時に行っても同様な効果が得られ、さ
らに結合量子井戸の設計の自由度がさらに増加すること
は明らかである。

【００３０】なお、前述した実施例１，実施例２におい
ては、結合量子井戸における量子井戸数が３つの場合を
例にとり説明したが、４つ以上の場合でも前述の説明が
同様に成立することは明らかである。

【００３１】さらに井戸に用いる材料を変化させること
により得られる効果として実施例２では電子親和力の差
に着目したが、例えばＧａＡｓとＧａＳｂとの組み合わ
せのように電子の有効質量が異なる材料を組み合わせて
も同様の効果が得られることも明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
結合量子井戸構造において、結合する量子井戸の井戸
幅，材料を適切に選択することにより、共鳴状態におけ
る電子の波動状態を制御できることを利用して従来の単
一の量子井戸では普遍的に成立していた共鳴準位のエネ
ルギーとそれに対応する共鳴トンネル確率ピーク幅の比
例関係を人為的に変調することに成功した。その結果、
励起準位を介する共鳴トンネルにおいても、電子波動に
おける振幅の大きな部分を障壁層から離すことにより、
共鳴トンネル確率ピーク幅を狭くすることが可能とな
り、三端子素子構造でも基底状態を介する共鳴トンネル
電流と大きさのほぼ等しい共鳴トンネル電流を実現する
ことができた。また、本発明の三端子素子を用いること
でパリティ発生回路，多値論理回路，多値記憶回路，Ａ
／Ｄ変換回路などの機能を有する機能回路における素子
数を従来に比して大幅に低減化することができるために
高速化，高集積化が実現できるという極めて優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における素子構造のバン
ド構造を伝導電子帯下端のみで示した図である。

【図２】共鳴三端子素子構造の従来例を示す断面図であ
る。

【図３】ｎ型ＧａＡｓ層２２からｎ型ＧａＡｓ層２６の
積層構造に対応するバンド構造を示す図である。

【図４】従来の共鳴三端子素子の動作状態のバンド構造
を示す図である。

【図５】従来の共鳴三端子素子のバイアス電圧印加時の
バンド構造を伝導帯下端のみで示す図である。

【図６】従来の共鳴三端子素子においてエミッタ・ベー
ス電圧に対するコレクタ電圧の変化を示す図である。

【図７】従来の共鳴三端子素子におけるトンネル確率を
示す図である。

【図８】本発明による共鳴三端子素子の実施例１による
構成を示す断面図である。

【図９】本発明の実施例１のエネルギー準位に対応する
電子の波動関数を示す図である。

【図１０】本発明の実施例１の結合量子井戸構造に対す
るトンネル透過確率を示す図である。

【図１１】本発明の実施例１において得られた電流電圧
特性を示す図である。

【図１２】本発明の第２の実施例における素子構造にお
けるバンド構造を伝導電子帯下端のみで示した図であ
る。

【符号の説明】

１１ベース領域における電子の基底準位１２ベース領域における電子の第１励起準位１３ベース領域における電子の第２励起準位１４ベース領域１５ＧａＡｓ量子井戸薄層１６ＧａＡｓ量子井戸薄層１７ＧａＡｓ量子井戸薄層１８ＡｌＡｓ中間障壁層１９ＡｌＡｓ中間障壁層２１ｎ型ＧａＡｓ結晶基板２２ｎ型ＧａＡｓ層２３ＡｌＧａＡｓ障壁層２４ｐ型ＧａＡｓ量子井戸層２５ＡｌＧａＡｓ障壁層２６ｎ型ＧａＡｓ層２７コレクタ電極２８エミッタ電極２９ベース電極３１伝導帯下端３２価電子帯上端３３量子井戸層における電子の基底準位３４量子井戸層における電子の第１励起準位３５量子井戸層における重い正孔の基底準位３６量子井戸層における重い正孔の励起準位３７量子井戸層における軽い正孔の基底準位３８量子井戸層における軽い正孔の第１励起準位３９エミッタ領域で発生した空乏層５１ベース領域における第２励起準位７１基底準位を介する共鳴トンネル確率のピーク７２第１励起準位を介する共鳴トンネル確率のピー
ク７３第２励起準位を介する共鳴トンネル確率のピー
ク８１ベース電極８２エミッタ電極８３コレクタ電極９１基底準位の波動関数９２第１励起準位の波動関数９３第２励起準位の波動関数１２１ベース層１２４における電子の基底準位１２２ベース層１２４における電子の第１励起準位１２３ベース層１２４における電子の第２励起準位１２４ベース領域１２５Ｉｎ_XＧａ_1-XＡｓ量子井戸薄層（Ｘ＝０．０
２５）１２７Ｉｎ_XＧａ_1-XＡｓ量子井戸薄層（Ｘ＝０．０
２５）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型の導電性を有するコレクタ層と、第
１の障壁層と、ｐ型の導電性を有するベース層と、第２
の障壁層と、ｎ型の導電性を有するエミッタ層とが基板
上に順次積層形成され、前記ベース層が第１の障壁層と
第２の障壁層と少なくとも２つの中間障壁層とにより少
なくとも３つの量子井戸に分割され、その内の第１の障
壁層および第２の障壁層と隣接する２つの量子井戸の井
戸幅が他方の量子井戸の少なくとも１つの井戸幅より広
いことを特徴とする共鳴トンネル三端子素子。
【請求項２】ｎ型の導電性を有するコレクタ層と、第
１の障壁層と、ｐ型の導電性を有するベース層と、第２
の障壁層と、ｎ型の導電性を有するエミッタ層とが基板
上に順次積層形成され、前記ベース層が第１の障壁層と
第２の障壁層と少なくとも２つの中間障壁層とにより少
なくとも３つの量子井戸に分割され、その内の第１の障
壁層および第２の障壁層と隣接する２つの量子井戸を構
成する半導体より電子親和力が小さい半導体により他の
量子井戸の少なくとも１つが構成されていることを特徴
とする共鳴トンネル三端子素子。