JPS61123174A - 垂直量子ウエル装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は電子装置に係わる６ （従来の技術および発明が解決しようとする問題点ｊ ＭＯ５装置が４分の五ミクロンのチャンネル長さの域に
達する頃には、或いは恐らくもっとずっと大きな寸法の
時でさえ、従来のＶＬＳＩ集積技術テクノロジーはそれ
以上のスケーリングを妨げられるであろうと言う事が−
ａ的に認識されている。集積回路の可能性の多（の前進
はスケ−りングの絶え間無い進歩に基づいていた故に、
近い将来のこの障害は大きな関心事である。

従って本発明の目的は、能動装置が、寸法が４分の１ミ
クロンよりも小さな活性領域を持ち得る集積回路チクノ
ロノーを提供する事である。

本発明のもう１つの目的は、各々の能動装置の占める全
面積が平均１平方ミクロンのｌ／４以下の能動装置を製
造する事の出来る集積回路テクノロジーを提供する事で
ある。

従来の集積回路テクノロジーのもう１つの内在的制約は
速度でる６ＭＯ３装置はチャンネル長さ走行時間の故に
その速度の点で内在的制約を持っている。１に積比の出
来る〕＼イボーラ装置も又、ベース幅走行時間に起因す
る内在的な速度的−１約を有しており、又電力散逸も多
いと思われる。

従って、どの様なＭＯ３装置よりも高い潜在的最高速度
を持つ能動装置を提ｍするｌｔＴが本発明の１つの目的
である。

どの様なバイポーラ装置よりもａ４的に速い能動装置を
提供する事は本発明のもう１つの目的である。

どの様なバイポーラ装置よりも潜在的に速く、又電力散
逸も非常に少ないｕｍ　！Ｊ＋装置を提供する事は本発
明のもう１つの目的である。

これらの並びにその池の目的を達成する為に、本発明は
次のものを提案する、少なくとも２つの密接に隣接した
ポテンシャルウェル（例えば、ＡｌＧａＡｓ格子の中の
ＧａＡｓ０島）が十分に小さく作られ、その為にウェル
の内部に於けるキャリアの少なくとも２つの運動成分が
別々に量子化される、新種類の電子装置。この事は、ウ
ェル相互間のバイアスが２つのウェルのエネルギー準位
を整合させる様に調整されているとドアネル現象が非常
にすみやかに発生するが、エネルギー準位が整合されて
いないと、トンネル現象は著しく弱められると言う事を
意味している。この高利得メカニズムから有用な電子装
置Ｊａ能がもたらされる。

これらの装置の製造は現在のところ掻めてコストがかか
るのが、その１部は非常に厳しい横方向のジオメトリ−
（幾何学的＠密さ）の為である。しかしながら、量子結
合装置の作動の為の鍵となるパラメータは各々の量子ウ
ェルの中のエネルギー準位の分離であり、且つこの最も
下方にある工ぶルギー串位の分離は概略ポテンシャルウ
ェルの体積に比例している。

かくして、論じられている多くの実施態様に於いて見ら
れる様に概略立方形の形状のポテンシャルウェルを持つ
代わりに、ポテンシャルウェルを薄い偏平な形状に作る
事が出来る。ａち、垂直方向には分子ビームエピタキノ
ー又はその他のエピタキンヤルな成長力法を用いて極め
て小さなディメンション（寸法）を非常に容易に製造す
る事が出来るから、垂直方向のディメンションは非常に
容易に橿めて小さくする事が出来（例えば５０オングス
トローム又はそれ以下）、それに応じて横方ＩＪのディ
メンションについて要求されるパターン形成を緩和させ
る事が出来る。かくして、例えば、３０オングストロー
ム×５００オングストローム×５００オングストローム
のディメンションを持つポテンシャルウェルは１辺が２
００オングストロームの立方形のディメンションを持つ
量子ウェルとほぼ同様の最も下方にあるエネルギー準位
の分離を有するであろう。しかしながら、この構成の利
点は、２００オングストロームの線とスペースのパター
ンを形成する代わりに、５００オングストロームの線幅
でパターンを形成しさえすれば良く、これで隣接する線
同士も実質的に５００オングストロ一ム以上分離され得
ると言う事である。

かくして本発明の１つの目的は、ポテンシャルウェルの
最小ディメンションがパターン化される必要のない量子
結合ディメンタ３ノ構造を提供する事である。

本発明のもう１つの目的は、ウェルからウェルまでの分
離がパターン化される必要のない■子結合ディメ／ノヨ
ン構造を提供する事である。

垂直方向に整列された量子ウェルのもう１つの利点は、
垂直方向には極めて高品質の界面を成長させる事が容易
であると言う事にある。Ｓち、非弾性トンネル現象と較
べて共鳴トンネル現象の量が多いと言う事が量子結合装
置の多くの実施ａ様の作動の非常に重要な要素であり、
又ウェルと、ポテンシャルウェルが埋込まれているマト
リックスとの間の界面の表面エネルギー準位密度が非弾
性トンネル′ｉｉｔ流を増加させ、その為に共鳴トンネ
ル現象の利得を低下させるが、これは極めて望ましくな
い事である。かくして、界面の品質は非常に重要である
。

かくして本発明の１つの目的は、ポテンシャルウェルと
、ポテンシャルウェルが埋込まれているマトリックスと
の間の界面領域の大部分が基仮に対して平行な平面の中
にある量子結合装置構造を提供する事である。

ポテンシャルウェルと、ポテンシャルウェルが埋込まれ
ている障壁媒体との間の界面に於ける表面エネルギー準
位密度が出来るだけ良好な量子結合装置構造を提供する
事は木発明のもう１つの目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の並びにその他の目的を満足させる為に、本発明に
従って次のものがｉＩ案される、基板と、 上記の基板の上の第１の伝導層と、 上記の第１の伝導層の上にある第１のポテンシャルウェ
ル 上記の第１の量子ウェルの上にある障壁媒体と、 上記の障壁媒体の上にある第２のボテンンヤルウェルと
、 を含み、 上記の第１と第２のポテンシャルウェルの各々は、厚さ
５００オングストローム以下又少なくとも１つの横方向
のディメンシランがｔ，ｏ　ｏ　ｏオングストローム以
下の半導体材料の島を含み、 上記の障壁媒体が、上記の２つのウェルの中のキャリア
の最小ポテンシャルエネルギーよりも少なくとも５０ミ
リ電子ボルト高いキャリアの為の最小ポテンシャルエネ
ルギーを持ら、且つ、２００オングストローム以下の厚
さを持ち さらに、 と記の第１のつＬルの中へキャリアを圧入する為の手段
と、 上記の第２のウェルがらキャリアを除去する為の手段と
を含んでいる。

〔実施例〕

本発明は、これ迄集積回路を作る為に電子工業界で用い
られて来たトランジスタやダイオードの構造とは基本的
に異なる能動装置を示す．即ち本発明によって示されて
いる能動□装置は電界効果トランジスタでもバイポーラ
トランジスタでもなく、基本的に且つ全く異なる原理に
従って働（。

本発明の多くの実施態様の鍵となる特徴は一対の近接し
て結合された量子ウェルであるが、この量子ウェルの各
々の極めて小さく、その電子ポピエレーシッンが量子化
される程小さい、即ち、ウェルの中の電子は幾つかの許
容エネルギーのうち１つだけしか持てない。

本発明は古典物理学では解析する事が出来ず、量子ノコ
学の知識で理解しなければならない装置の作動様態を示
している。

半導体プロセフソング分野に於ける進歩は今や、電子の
ブロッホ波長に匹敵する、極めて小さな寸法でパターン
を描かれる様な半導体構造を可能にしている．（ブロッ
ホ波長は半導体の中の電子の“幅”を測定する。電子の
位置は確率分布によって測定されなりればならず、その
位置には成る程度の幅がある。

）本発明は、これ迄の半導体や集積回路の装置では見ら
れなかった種類の新しい原理の作動が可能な、新しいタ
イプの装置構造を達成する為にブロッホ波長に近い寸法
のパターン化された構造を利用する事が出来ると言う事
を利用している。

本発明の中で用いられている鍵となる作動原理の幾つか
を説明する簡単化されたす／プル実施Ｈ様が図１に示さ
れている。砒化ガリウム（ガリウム砒素）の離隔したウ
ェルが砒化アルミニウム・ガリウムのマトリックス（ａ
組織）の中に埋込まれている．半導体技術で良く知られ
ている様に、Ａ／ＧａＡｓの禁止帯の幅（バンドギャプ
）はＧａｔ＼Ｓのそれよりも広い．（もっと正もＴｉに
言えば、ＡＩｌｘ　Ｇ　ａ　１−ｘＡ　ｓＯ式を持つ擬
似二元合金はすベて、Ｘの関数として増加してゆく禁止
帯の幅を待つ半導体である。）この異なる禁止帯の幅は
、格子内の伝導帯電子のポテンシャルエネルギーがＧａ
Ａｓの領域内ではＡｅＧａＡｓの領域内よりも低いと言
う事を意味している。この材料系の特別な長所は、Ｇａ
ＡｓとＡｌＧａＡｓとの間の界面が非常に良い挙動をす
る界面であると言う事であり、即ちこれらの界面は極め
て低い密度の表面エネルギー準位で作る事が出来（Ｓ　
ｉ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ！界面よりも低い）、且つ界面のＧ
ａＡｓ側とＡｌＧａＡｓ側との間でほとんど完全な格子
整合を保つ事が出来る。しかしながら、以下に論じられ
る様に、本発明は、単に半導体だけにとどまらず、広い
範囲にわたる様々な素材系を用いて実施する事が出来る
。

ｔｇｔのサンプル実施Ｂ様に於いて、ウェル１０は約１
２５オングストロームの幅を侍ら、又ウェル相互間の間
隔も又約１２５オングストロームである。これらのウェ
ルのディメンゾョン（寸法）は、ウェルの中の電子のエ
ネルギー状態が量子化される程十分小さい。１！１１ち
、これらのウェルは好ましくは立方形に作られるが、上
記の様なディメンションの立方形のウェルの中の電子の
許容エネルギー状態は電子のふるまいの為の実効ｉｔ近
似計算を用い、量子力学の箱の中の単純粒子の問題とし
て容易に計算する事が出来る。かくして、例えば、上記
のウェルのディメンゾョンの場合で且つアルミニウム濃
度を３５％とすると、４つの許容エネルギー状態が存在
し、その最も下にあるエネルギー状態はＧａＡｓを伝導
帯の最低点のボトムの上方にあり、且つ２番目に低いエ
ネルギー状態から０．０７０ｉ！子ボルトだけ分離され
ている。２番目に高いエネルギー状態は更に０．１１４
電子ボルトだけ上方にある。これらのエネルギー状態は
量子化されたものとして取り扱わねばならないと言う事
に注意する事、この事は、ウェルの中の電子のエネルギ
ーはこれらの許された、分離したエネルギー準位のうち
の１つと正確、　　に等しくならなければならず、その
他の値を取る事は出来ない、と言う事を意味している。

この事が本発明の鍵である。この事が通常の半導体装ｌ
（例えそれが現在の半導体装ｌのスケーリングによって
達成される進んだ半導体装１であっても）との基本的な
相異であると言う事に注意する事、何故なら、従来のす
べてのソリ７ドステート装置は□例えそれが電界効果形
又はバイポーラ形のトランジスタ或いはその他のどの様
なものであれ□半導体の伝導帯の中の電子のエネルギー
準位がほぼ連続している事を要求しているからである。

この様な量子化された系の中の各々のエネルギー準位が
入れる事の出来る電子数は厳しく制限されていると言う
事が注意されるべきである。Ｉ！ｌＩち、本例の各々の
ウェルのなかの最も下方にあるエネルギー準位はわずか
２個の電子、次に高い準位はわずか６個の電子、その次
に高い準位はわずか１０個の電子、等々、しかそれぞれ
受は入れる事が出来ない。

この事はウェルの中のキャリア数が厳しく制限されてい
ると言う事を意味している。かくして、もし次のウェル
のエネルギー状態が既に完全に充満されていれば、キャ
リアはそのエネルギー状態へトンネルしてゆく事は出来
ない、各々のウェルは同時にわずかな数のキャリアしか
含む事は出来ないが、他方では遷移時間が明らかに短く
　（代表的に言えば１ピコ秒よりもはるかに短い）、多
くのつニル対を並列に働かせる事によって全電流を増や
す、事が出来ると言う事が注意されるべきである。

さて、このＰＪｊｌな実施ａ様ではウェルは互いに、１
つのウェルの中の電子の確率密度が隣のウェルの中へ及
ぶ程十分に近接して配置されている、即ち、図１のウェ
ル１０と１２は互いに十分に近接しているので電子はお
互いの間を容易にトンネルする事が出来る。特に、図１
ｂに示されている様に、第１のつ工ルの中の電子は第２
のウェルの中の同じエネルギーの状態へ容易にトンネル
する事が出来るが、勿論これは、空いている状態が第２
のウェルの中で実際に存在しているのと同じエネルギー
を持っている時にしか行われ得ない。

しかしながら、２つのウェルの中の工茅ルギー準位が同
列にないと仮定してみよう。この場合には第１のウェル
の中の電子は第１のウェルとは異なるエネルギーを持つ
第２のウェルの状ｆＬｉｌａ位）へトンネルする事しか
出来ないが、この碌な状態へのトンネルが出来るのは第
２のウェルの中の、下方にある利用可能な状態のエネル
ギーに到達する為に十分な工ぶルギーを電子が失うか或
いは獲得する事が出来る様な何らかのメカニズムも又存
在している時だけである。

この様なトンネル現象を達成する為に電子エネルギーを
変化させる為の主要メカニズムが表面エネルギー準位を
介する弛緩作用（緩和）である、即ち、半導体の界面と
同様の橿めて良性のＧａＡｓとＡＩＱａΔＳの界面でさ
えも、界面に無視する事の出来ない密度の表面エネルギ
ー準位を持っている。もし電子が１に乱の為に利用可能
な位置（サイト）の１つを横切ると、この様な表面エネ
ルギー準位は散乱現象を起こさせ、電子がより高い又は
より低いエネルギーへ転移するのを許す。即ち、この界
面は、ウェルとウェルの工ぶルギー準位が同列にない場
合でも電子がウェルとウェルの間を遷移する事が出来る
様に電子からのエネルギーを変える事の出来る面積密度
の散乱サイトを持つと説明する事ができる。

このＳ移モードは非弾性トンネル現象として知られてい
る。第１のウェルから第２のウェルへ電子がエネルギー
の変化無しにトンネルするトンネル現象のもう１つのモ
ードは共鳴トンネル現象として知られている。

トンネル現象はエネルギーと運動量の両方の保存を要求
する。運動量も又小さいボテ／シャルウエルでは量子化
される。即も、ポテンシャルウェルの境界を画定してい
る符の各々のディメンションの中で、そのディメンショ
ンの長さが短くなればなる程、その運動量成分の許容値
の幅も広くなる。かくして、後に引用される５ｏｌｏｎ
ｅｔ他の文献の中に報告されている様に、共鳴トンネル
現象は非常に近接して置かされ比較的低いポテンシャル
の２枚の薄いノートの間でも起こり得る。

ポテンシャルウェルの２つのディメンションは非常に大
きいから、これらの２つのディメンションの中の運動量
成分は量子化されない。

即ち、ポテンシャルウェルの１つのディメンノロンが大
きいと、この方向の運動量成分の間隔は、背景となって
いる格子のフォノンが運動量の差異をもたらすのに有効
となる程、近接する。即ち、格子の中に見られるフォノ
ンの密度はボーズ＝アインンエタイン統計に従い、背景
の格子の温度Ｔでエネルギー巳の格子の中に見られるフ
ォノン数は、 ＥＸＰ　（Ｅ／ＫＴ）川 として変化する。フォノンのこのエネルギー分布はまた
フォノンの運動量の大きさの分布をも意味しており、又
、フォノンは妥当な半導体材料の中ではほぼ等方性とし
て取り扱う事が出来るから、この同じ分布は運動量のい
ずれか１つの特定の成分について希望する値を持つフォ
ノンの分布をも規定している。かくして、ポテンシャル
ウェルの中の運動量の量子化は温度に関連してのみ分離
したもの（ｄ　ｉ　ｓ　ｃ　ｒ　ｅ　Ｌ　ｅ）あるいは
疑１以連Ｍ（ｑｕａｓｉ　　ｃｏｎＬｉｎｕｏｕｓ）の
ものとして考える事が出来る。即ち、例えば、幅１．０
００オングストロームの箱はＩＫで運動量の量子化をも
たらすであろう。何故ならフォノンのボピュレーンヨン
はエネルギー的に低い準位へ向かって殺到するであろう
が、３００にでは輿敗の格子を背景とするフＡノンのボ
ピ二し−ノロンがあって、許容連動Ｖの値と値の間のギ
ャップを橋わたししてしまうので、この方向での許容運
動量の値と値の間の分離はあまり意味が無い事になるで
あろうからである。即ち、この方向の運動量は疑イ以連
ａ（ｔＦとして扱われるべきであろう、即ち、入って来
るキャリアが持っているこの運動量成分の値がどうであ
っても、格子のフォノンがこの運動量成分を許容値の１
つに迄合わせてしまう事が出来るので、なおトンネル現
象が可能となる。もし運動量の３つの成分のすべてが別
々に量子化されれば、エネルギーも又別々に量子化され
ねばならない事になる。

エネルギー準位の量子化は（荒い近似で言えば）ポテン
シャルウェル体積にのみ依有しているので、薄＜て偏平
なポテンシャルウェルは運動量の１つの成分については
エネルギー準位を量子化し且つ別々の許容準位を明確に
分離する事が出来るであろうが、他の２つの運動量成分
の許容値は互いに近接しており、従ってこれらの値がト
ンネル現象に対して実際的な強制を課する事はないであ
る。

即ら、共鳴トノ２１１／現象の利得は、合致させられる
べきパラメータの数に従って高められる。間隔の近接し
た２つの立方形のポテンシャルウェルの間に於けるトン
ネル現象の場合、運動量（従ってエネルギー）の３つの
すべての成分は第１のウェルの中のキャリアが出てゆく
状態と第２のウェルの中のキャリアが入ってゆく状態と
の間で整合していなければならない。即ち、もし入って
来るキャリアが３つのすべての運動量の要求を満たして
いなければ、キャリアが３つの運動量の値の各々の差を
満たす為にぴったりと見合った成分を持つ格子フォノン
を見付けるチャンスは非常に少ない、しかしながら、も
し調整されるべき成分が唯一であれば、偶然的に格子フ
ォノンとの相互作用によってこれを行うチャンスはずっ
と多くなる。

かくして、本発明の好ましい実９１　Ｌｉ＋１は運動量
のすべての３つの成分が量子化された構造を用いている
。しかしながら、本発明の１）分好ましさの劣る第１群
の別の実施ａ様は運′　動量の２つの成分だけは量子化
されているがエネルギーは量化かされていない構造、即
ち近接配置された複数の薄いワイヤ、を用いている。フ
ォノンによって助けられたプロセスだけによって運動量
の要求を満たす事は容易であるが、エネルギーと運動量
の両方の対話を満足させる必要性が非弾性トンネル現象
の背景の割合を抑制させている。即ち、冶金学的界面に
ある散乱の中心がキャリアのエネルギーを変える事が出
来れば、格子フォノンの【つが１！動１に適切な調査を
もたらす事は容易である。

装Ｆｌのディメンションがより小さく作られているので
、次の様な２つの好ましい効果が達成される、′：Ｊｆ
、ｌに、ウェルのディメンションが小さくなると共にウ
ェルの中の量子化されたエネルギー準位のセパレーショ
ンが増大する。第２に、ウェルが互いにより近接すると
共に、トンネル現象の速度が上昇する。即ち、トンネル
現象の確率は定数ｘｅｘｐ（−２ａｘｆ（Ｅ））として
表される、但しｄはウェルとウェルの間の距離又Ｅはエ
ネルギー差である。

この指数的依存性は、ウェルとウェルとの間の距離が小
さくなると共に共鳴トンネル現象の確率が著しく高まる
と言う事を意味している。非弾性トンネル現象はそれと
同し様には増えない、何故なら上述の通り、良い材料の
中では、非弾性トンネル現象は散乱の中心の密度によっ
て制限されているからである。

かくして、ウェル相互間の間隔がＰｌ　ｌ　２５人又は
それ以下の場合は室温での作動が可能となる。

共鳴トンネル現象に対する制限は軌的゛スメアリング即
ち、背景の熱エネルギーによって誘起されるエネルギー
準位のポピエレーンヨンの再分配、によってもたらされ
る。即ち、分離したエネルギー準位の各々のウェルの内
部に於ける状態分布密度が坪的スノアリ７グによって幾
分広げられる。より晶い温度では熱的スメアリングはよ
り大きくなる。熱的スメアリングがもたらす問題は、熱
的スメアリングがより高いエネルギー準位の状態をもた
らさない様にする為に、作動温度が十分に低くなければ
ならないと言う事である。即ち、偶然的な合致と双方向
の弾性的トンネル現象を除去する為に電子は最も低いエ
ネルギー準位になければならない、これによって、工ぶ
ルギー間隔は電子の埠エネルギーよりもずっと大きくな
ければならないと言う条件に１元される。かくして、Ａ
　ｅ　ｏ、ｙ　Ｇ　ａ　ｏ、ｑ　　ＡＳマトリックスの
中のＧａＡｓウェルを用いて４°Ｋで作動させた場合に
は、ウェルの幅（及びウェルの間隔）は約０．１〜０．
２ミクロン又はそれ以下でなければならない、しかしな
がら、作動温度を３００°Ｋへ引き上げる為には、限界
ディメンノヨンを１２５オングストローム又はそれ以下
のオーダーの数迄引き下げる事が必要である。

更に、図２に示されている様に、互いに隣接しているウ
ェルのエネルギー準位は、バイアスをかける事によって
簡単に整列させ或いは整列させない事が出来る０本ケー
スでは、伝導の方向に十分なバイアス電圧がかけらｎて
いるので、第２のウェルの中の第２の準位が第１のウェ
ルの中の第１の準位と整列させられている。この様な条
件下では共鳴トンネル現象が規制的に起こり、且つ第２
の準位から第２のウェルの中の基底状態への急速な緩和
が、この装置が単方向性であると訊う事を保証している
。

もしこれと同じ構想に対してゼロバイアスを加えた場合
には、共鳴トンネル現象はなお可能であろうが、それは
恐らく双方向性となろう。即ち、ゼロバイアス時には２
つの隣接するウェルの中のエネルギー準位は整列するが
、電子は第１のウェルから第２のウェルへ向かって、丁
度ｖ！Ｉ２のウェルから第１のウェルへ向かってトンネ
ルするの、と同し位速く、トンネルするであろう、但し
、もし図２に示されているバイアスの半分のバイアスが
加えられると、共鳴トンネル現象は（十分に低い温度の
下では）禁止され、非弾性的トンネル現象だけが許容さ
れると言う事に注婁する事。

図３に示されているこの様なバイアス条件の下では、電
子は上に論じられた通り散乱現象′が同時に起こる時に
のみウェルｌの状態からより低いウェル２の状態へ遷移
する事が出来る。かくして、ディメンションが小さい時
には、非弾性遷移の頻度は存効敗乱サイトの密度によっ
て制限される。しかしながら、散乱サイトの密度は実際
には面積密度である。何故なら、散乱サイトの密度は結
晶格子内の粒子又は内部欠陥からよりもむしろ主として
表面エネルギー準位から生しるからである。かくして、
制限因子が欠陥の面積密度である故に、非弾性トンネル
電流はウェルとウェルの間の距則によっては比較的影響
を受けない。

この事は、良質の材料の場合、ディメンションがスケー
リヘグされると共に共鳴トンネル電流が著しく増加する
が、非弾性トンネル電流はそれ程増加していないと言う
事を扁味している。

これからの現象の結果、２つのウェルの間に於けるトン
ネル現象の電流／電圧のグラフはほぼ図４に示されてい
る様に見えると言う事になる。即ち、非弾性トンネル現
象は印加された電圧と共にぼぼ指数関数的に増加する？
ｉｉ流を供給する。共鳴トンネル現象も又、２つのつニ
ルのエネルギー準位が整列されるノ＼イアス電圧の時に
、この曲線に対して付加される少なくとも１つの電流の
ピークを供給する。かくして、相当大きな負性の差１１
ξ抗の作動条件が得られる。即ち、５ｏｌｌｎｅｒ他の
“周波数２．５ＴＨｚ迄における量子ウェルを通る共鳴
トンネル現象”応用物理書簡４３号、５８８真（１９８
３年）〔５ｏｌｌｎｅｒｅＬ　　ａ　１．”Ｒｅ５ｏｎ
ａｎｔ　　］’ｕｎｎｅ　ｌ　ｉｎｇ　　Ｔｈｒｏｕｇ
ｈ　　Ｑｕａｎｈｕｍ　　　Ｗｅｌｌｓ　　　　ａＬ　
　　　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　　　　ｕｐ　　　　ｔｏ　
　　　２．５ＴＨ２”４３　　　　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ　　５８８　（＋９８３））
の中に報告されている様に、利得のあるミリメートル・
ダイオードが得られる。（但し、この論文は上に述べら
れた様に唯一の運動量成分だけが分離されているボテン
ンヤルエウェルを用いた。

）一般的に共鳴トンネル現象の物理学として知られてい
るものを汲っているその他のｆ量的参考文献には次のも
のがある、ｃｈａｎｇ他、゛二重障壁半導体に於ける共
鳴トンネル現象”（Ｒｅｓｏｎａｎｔ　　Ｔｕｎｎｅｌ
ｉｎｇ　　ｉｎ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｏｕ
ｂｌｅ　　Ｂａｒｒｉｅｒｓ）、応用物理学書簡２４号
、５９３頁（１９７４年）、’ｌ”　ｓ　ｕ他“超格子
の中に於ける伝導電子の非直線光学応答＋　（Ｎｏｎｌ
ｉｎｅａｒ’　　０ｐＬｉｃａｌ　　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ
　　ｏｒ　　Ｃ。

口ｄｕｃｔｉｏｎＥｌｅｃｊｒｏｎｓｉｎ　　ａ　　５
ｕｐｅｒ　　ＬａＬＬｉｃｅ）、応用物理学書簡１９号
、２４６頁（１９７１年１、Ｌｅｂｗｏｈｌ他、“超格
子に於ける電気輸送特性”（ＥｌｅｃＬｒｉｃａｌ　　
ＴｒａｎｓｐｏｒＬ　　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎ　　
ａ　　５ｕｐｅｒ　　Ｌａｔｔｉｃｅ）、応用物理学ジ
ャーナル（Ｊｏｕｒｎａｌ　　。

ｒ　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　ｐｈｙｓｉｃｓ）４１号、２
６６４頁（１９７０年）、及びＶｏｊａｋ他、“金属有
機化学蒸着によって作られたマルチプル量子ウェルＡｌ
１１ｌＧ　ａ　＋−＊　Ａ　５ＧａＡｓＰ−ｎヘテロ構
造レーザの低温度作動” （Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　　ｏｐｒａＬｉｏｎ
　　ｏｒ　　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　　Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗ
ｅｌｌ　　Ａｌ！＊Ｇａ＋−＊Ａｓ。

ＧａＡｓ　　Ｐ−ｎ　　Ｈｅｔｅｒｏ　　５ｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ　　Ｌａ５ｅｒｓ　　Ｇｒｏｗｎｂｙ　　ａ　　
ＭｅＬａｌ　　ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖ
ａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、応用物理学ジャ
ーナル５０号、５８３０頁（１９７９年）、これらの５
つの参考文献はこれによってレファレンスに組み込まれ
る。（これ迄の議論の幾つかの部分はこれからの論文や
恐らくはその他の文献の中に反映されている様な公知の
物理学を反映しているに過ぎないが、これ迄の議論のそ
の他の部分は公知ではなく、先行技術中のいかなる理解
も反映されていないと言う事が注意されるべきである。

） しかしながら、先行技術は唯一のデイメンシヨンについ
て量子化されたポテンシャルウェルを示しており、この
様なポテンシャルウェルは弾性トンネル現象の為の選択
規則に対する要求の緩和を示唆している０本発明の好ま
しい実施態様よりは厳密な選択規則を有しており、且つ
（３つのすべてのディメン７ョンが量子化される故に）
１つのデイメンシヨンについて量子化された装置にりも
劇的により多くの利得を有しているはずである０本発明
は、３つのすべてのディメ／ノｇノがｆｆｌ　７−化さ
れており、この事がトン翠ル現象の条件に対して他の構
造の場合とは大いに異なる要求を課している、即ち、運
動量の要求が希望する弾性共鳴トンネル現象以外のもの
を大いに抑圧している、と言う点でエサキ　トンネルダ
イオードも２デイメンシヨン性の電子ガス構造体とは大
いに異なっている。

以上の議論はウェルの中にわずかな数徹子準位しかない
と言う事を仮定していたが、こ几からは大部分の都合の
良いウェルのディノ、′ンヨンの場合適当ではない。Ａ
　ＲＧ　ａ　／’１　ｓの＋ａ子の中に１．０００オン
グストロームのＧａＡｓのウェルが紺み込まれていると
言う、上記の樺な！！造の中の型子学位のより現実的な
エネルギー準位図は図５に示されている様なものとなろ
う。箱の問題の中の粒子に対する解決のよ（知られてい
る統＝１法によれば順次高くなってゆくエネルギー１５
位は互いに間隔を徐々に狭めながら配置さイ１．ている
と言う事に圧意する事。この事は、２つのウェルの間で
晟も低い幾つかの準位が整列しない様なバイアス電圧の
時でも、もっと高い準位の幾つかは整列する可能性があ
ると言う事を意味している。しかしながら、これは大き
な問題ではない、何故なら高い方の準位は先に述べられ
た温度の要求の為にボビュレーノヨ７が無くなっている
事が多いからである。即ち、より高い状態から空のより
低い状態への緩和の為の寿命は一船にトンネル現象の為
の代表的時間よりもずっと短いであろう。かくして、低
い方の準位がトンネル現象によってポピエレーノヨンを
誠らされた後で、何らかのやり方で励起された高い方の
準位はトンネルするよりもずっと速く、電子を減らされ
た低い方の準位に向かって緩和する傾向を持つ、しかし
ながら、これは、空の低い方の準位がトンネル現象が可
能となる高い方の準位よりも下方にあると言う事を前提
としている。この前提は入力接点に封する要求を課する
。次にこの要求について述べよう。

図６は２つの結合されたウェル１０及び１２、並びに入
力及び出力接点１４及び１６から成るか系のエネルギー
準位図を示している。

２つのウェルとそれらのウェルの間の９！１域は好まし
くはドープされていないのに対して、入力及び出力接点
はドープされていると言う事に注意する事、又入力及び
出力接点を作る必要性から、ウェルの寸法に対して次の
様な２つの重要な制約が生じと言う事にも注意する事、
第１に、入力接点は、入力接当をもたらしているドープ
された半導体の中の電子フェルミ準位にほぼ等しいエネ
ルギー迄、トンネル現象によって第１のウェル１０のす
べての準位を満たす。この事は、この様にしてなお満た
されている準位のいかなるものも、トンネル現象が起こ
る事が望ましくない場合には第２のウェルの中の準位と
整列してはならないと言う事を意味している。即ち、も
しウェルが大き過ぎる場合には、ウェルの底部には分離
されたエネルギー状態があるが、これらのウェルは入力
接点のフェルミ準位の下方に密接に間隔を置いて配置さ
れたエネルギー状態を含んでいるであろう。

この事は、これらの密接に間隔を置いて配置されたエネ
ルギー状態は満たされるであろうと言う事、従ってもし
これらの密接な状態のうちのいずれかが第２のウェルの
中の状態と整列すれば共鳴トンネル電流が見られるであ
ろうと言うことを意味している。この事はこの装置の電
流利得が大きく減少されるであろうと言う事を意味して
いる。第２に、出力接点のフェルミ準位の上にある第２
のウェルの中のすべての準位は出力接点と平衡化する、
即ち、本質的に常に充満された状態にとどまっているで
あろう。この事はそれ自体としては問題ではない。何故
なら電子は第２のウェルの中のより高い工ぶルギー状態
がら（大きな）出力接点の中に存在している状態の連続
体の中へトン不ルする事が出来るからであるが、もし第
１のウェルの中のいずれかの準位が第２のウェルの中の
これらの充満された準位の中の１つと整列すると、第１
のウェルの中のその準位も又充満された状態にとどまっ
てしまうであろう。

入力及び出力接点は好ましくは共に縮退的よドープされ
たｎ型であると言う事に注意する事。

ウェルの物理的形状は完全にシャープな境界線を持って
いるものとして説明されて来たが、これは厳密には現実
的ではない。即ら、良質のＢＭＥ材料の場合、遷移は一
般ＧこＪＩＥ常にスムースなのでボテンンヤルプロフィ
ルは図７に描かれているものにより正確に似ている様に
見える。これは実際には有利である、何故ならエネルギ
ー準位はより等間隔に近く配置される傾向をもつからで
ある。即ち、工皐ルギー順位の配置がより等間隔に近く
なれば、下方にある多数のエネルギー準位か整列されな
い、より広いバイアス条件がある。

勿論、究極的に好ましい小さなウェルのディメンノヨン
、例えば１２５オングストローム、の場合、各々のウェ
ルの中の（エネルギー）状部の数は少なく、例えば１つ
のウェル当り４つの状態、となろう、状態の数がこの襟
に少ない場合には、実際に整列が存在しないバイアス条
件があろう。

上に説明された各々のトンネル遷移は各月の一敗状態に
ついて限られた数の電子のａ移である。即ち、量子ウェ
ルの中の分離されたエネルギー準位の各々は成る限られ
た数の電子だけによって占められ得る。エネルギーウェ
ルがほぼ立方形と言う物理的形状を有している上述の例
の場合には、一番下方の準位はわずか２個の電子によっ
て占められ、それ以上の電子は入らない、その次に高い
エネルギー準位はわずか６個の電子によって占められ。

それ以上の電子は入らない。第３の準位はわずか１２個
の電子によって占められ、それ以上の電子は入らない、
それよりも上方の準位も、幾つかは偶然的な縮退の為に
もっと大きな最大占拠数を持つ事があり得るものの、大
部分はわずか１２個の電子によっ−で占められ得る。か
くして、キャリアは例え相手が許容工翠ルギー帛位の場
合であってもその許容エネルギー学位が完全に占められ
てしまって−よいない時にしかトンネルする事は出来な
いと言う事に注意する事が重要である。各々の許容エネ
ルギー準位にある複数の状態は別の量子数によって区別
される９皿ち、例えば、第２のエネルギー準位の中の６
ｇの電子は可能な２つのスピン状態のうちに１つを取り
、はつ可能な３つの運動量ヘクトル方向のうらの１つを
取り得る。しかしながら、等エネルギー状態の間に於け
るこの様な区別は本発明を理解する為には比較的重要で
はない。

かくして、各々のトンネル１１！移は整列された各々の
一対のウェルについて１２個迄のキャリアを運ぶ事が出
来る。一対以上のウェルが同時に整列される事がある得
る。その上多数の対のウェルが並列に働かせられ得る。

更に、トンネル現象の為の遷移時間は極端に短く、１ピ
コ秒以下となり得る。かくして、各々のトンネル現象の
中でｉ！移される電子の数はわずかでしかないものの、
それにもかかわらず妥当なｔ流密度が達成され得る。

かくして、基本的な１群の実施態様は、上に説明された
樟に、２つの量子化されたウェルが入力接点を出力接点
から分離している構造である。しかしながら、本発明の
その他の側面からその他の沢山の種類の革新的な装置の
構造がもたらされる。

例えば、本発明にもとづく３端子装置が図８の平面図に
示されている。第りの量子ドツト（点）　２０２は第２
の量子ドツト２０４と対にされており、この第２の量子
ドツト２０４は出力接点２１０と対にされている。量子
ドツト２０２及び２０４のディメンシランは上で量子ウ
ェルについて論じられた様にして選択されるが、出力接
点２１０は十分に太きく作られるので擬似連続の状態が
可能となる。

量子ウェル２０２は下の力から電極２０６と対にされ（
結合され）、又量子ウェル２０４は下の方から電極２０
８と対にされ（結合され）でいる。

これらは好ましくは縮退的ドープされた半導体領域とし
、或いは金属線であっても良いが、いずれにせよ従来の
電子回路の形成の為に必要な長距離の経路をもたらす。

この実施Ｍ様の現在好まれているハーンヲンでは、量子
ウェル２０２及び２０４は分離して量子化された運動用
の２つの成分しか有していない、何故ならそれらのウェ
ルは直接それぞれの対応する！桟へ接続されているから
である。即ち、電極２０６及び２０８は、例えば、その
上に従来の障壁メタリゼーノコンのＦｊｌＪを持つタン
グステンとする事が出来る。量子ウェル２０２及び２０
４のＧａＡｓはこの導体の上に直接形成される。電極２
０６及び２０８はこのましくはｎ’ＧａＡｓである。各
々の量子ウェル２０２又は２０４の下側及びそれぞれの
接点２０６又は２０８の上側には、オプションとして、
ＡｌＧａＡｓの薄い障壁を用意する事が出来る。この障
壁は十分に薄いのでそれを通して容易にトンネルが行わ
れ、従って各々の量子ウェルとそれぞれの対応する電極
との間のＤＣ結合を妨げる事はないが、それでもこの薄
い障壁は各々のウェル２０２及び２０４の内部に於ける
運動動の３つのすべてのパラメータの十分な量子化をも
たらす為には十分に小さく、それによって相対的な共鳴
トンネル現象の利得を、わずかなプロセ７ノングの？Ｊ
Ｉｉｉｌ化と全電流のわずかな減少とを引換に、増加さ
せる。

本質的にこれと同し構造のより大きなスケーリングのバ
ージランが図９に示されている。

この３端子量子ウエル装置はより大きな電流を得る為に
、並列の沢山の連鎖の量子ウェル封２０２．２０４を用
いて構成する事が出来る。電極２０６はソースとして働
いているものとして、電極２０８はゲート電極として、
又電極２１０はドレン電極として、考える事ができる、
という事に注意する事。パター７２１３は’７エルのロ
ケーノヨン２０２＆び２０４を確定する為に用いる事が
出来る。図１０はグランド図２１１を含むこの構造の断
面図を示している。

この構造のもう１つの変形例が図１１に示さている。追
加１ｉｉ１ｉ２０Ｂ’がより長い連鎖、ウェル２０２．
２０４’２０４’・・・・等をもたらす為に用いられて
おり、その際共鳴トンネル現象は電極２−０１１ｉと２
０８′のすべての上の電圧が共同で１つの条件（或いは
小さな１組の条件のうちの１つ）を満たしている時にの
み起こる、と言う事に注意する事。

即ち、図１２は共鳴トンネル現象が起らない１組のサン
プルのｔ橿バイアス条件を示しており、又図１３は共鳴
トンネル現象が発生する別の組のバイアス条件を示して
いる。

この多重なゲート装置はとりわけ続出し専用メモリの為
に有用である。

続出し専用メモリ　（ＲＯＭ）の実施Ｃ，様では、情報
はコラムラインからその下にある量子ウェルへの電気的
結合度を変える事によって、簡単にハードプログラムさ
れる。この実施ｔＥ、様のサンプルが図１４に示されて
いる。

この実施Ｂ様の特別な利点は金属線のパター７形成その
下にある量子ウェルのパターンに対して必ずしも正確に
整列されなくても良いと言う事にある。即ち、もし金属
線のピッチが量子ウェルピッチの２倍又はそれ以上に作
られるこしても、このＲＯＭはなお機能するであろう。

図示されているサンプルの実施Ｂ様に於いて、コラムラ
イン３０２．３０４．３０６、等は上方に横たわる金属
線である。コラムライン３０２は量子ウェルの列３１０
に対しては電気的に結合されているが、量子ウェルの列
３＋２に対しては結合されていない（或いは列３１０に
対する程良く結合されてはいない）、この異なる結合は
フィールドプレートに切られた穴によって、或いは様々
な厚さにバクーン化された絶縁体によって、実現する事
ができる。この構造のサンプルの作動モードは次の通り
である、背景ポテンンヤルはすべてのコラム（即ち、ア
ースに固定されたすべてのコラム）について、共鳴トン
ネル現象が量子装置３１０．３１２、等の各々の列を通
して発生する様に定められる。

セルの中の１つのコラムを続出したいと言う場合には、
そのコラムの為のコラムライン３０２が別の電圧へ変え
られる。この別の電圧はコラムラインが電気的に結合さ
れている相手に列の中の共鳴トンネル現象を混乱させ、
これによってその列の中の共鳴トンネル現象を中断させ
る。

このコラムが電気的に結合されていない列の中では共鳴
トンネル現象は中断されないであろう。かくして、列の
中の電流を監視する事によって、アドレスされたコラム
と読出し列との交点の中にハードプログラムされた情仰
が検出される。

本発明に従って量子ウェル装置を製造する為のサンプル
のプロセスを次に説明しよう。

特に、上に述べられた３端子装置の製造が、サンプルと
して用いられる。

最初の材料は２つのエピタキシャル層を持つ半絶縁性の
ＧａＡＳ基板である。この基板は好ましくは、例えば１
立方センチメートル当り１０”迄、クロムをドープされ
るが、このドーピングは必ずしも必要ではない。第１の
エピタキシャル層はｎ’ＧａＡｓである。

この層は（各部位の）接続をもたらし、従ってかなり厚
く且つかなり高い電気伝導度を持ち、例えば厚さが５・
ＯＯＯオングストロームで１立方センチメートル当り１
０１１又はそれ以上迄ドープされたｎ型である。この層
の上に、実際の量子ウェルを形成する様にパターン化さ
れる、薄い、わずかにドープされたｎ型の層が付着され
る。この層は、例えばｌ立方センナメートル当り１０”
にドープされたｎ型であり、成るサンプルの実施態様で
はその厚さ１５０オングストロームである。

（わずかなドーピングが用いられるのは単に幾つかのキ
ャリアが得られる様にする為である。ドーピング量を多
くすると非弾性トンネル現象を増大させる事になろう、
）図２１は１５板４０２の上にエビタキンヤルＪＩ４０
４＆び４０６を持つ、初期構造を示している。上に述べ
られた様に、オプションとして、層４０４と４０６の間
にＡｌＧａＡｓの極めて薄い層を挿入する事が出来る。

この挿入層は、望ましいシャープなドーピング遷移をも
たらす為に、好ましくは分子ビームによって作られるが
、この層は必ずしも必要ではない、公にされている化学
蒸着、とりわけ有機金属ＣＶＤ　（ＭＯＣＶＤ）を用い
た結果も極めてノヤーブな遷移が得られる事を述べてい
る。

最初のパターン形成段階がその後に続く。

現在好まれている実施態様では、パターン形成はＰＭＭ
Ａ　（ポリメチルメタクリラート）等のＥビームレジス
ト電子ビームを用いて行われる。これが現在好まれてい
る実施態様となっているのは、これが今日の段階で０．
１ミクロンよりも小さな構造を作る為の信頼性のある方
法をもたらすからである。この様なディメンンロンは勿
論光学的リソグラフィーによっては不可能であ名（将来
はＸ線又はインオンビーム・リソグラフィーがこの様な
パターン形成を行う為のより都合の良い方法をもたらす
かも知れないが）。図２２は図２１のエピタキシャル構
造を示している。この構造には（ｅビームｔｆ画と現像
によってパターン形成された）ＰＭＭＡの層４０８が付
けられている０次いで反応性イオンエツチング（ＲＩ　
Ｅ）マクス材料が付着される。現在好まれている実施態
様ではこの為にアルミニウム層４１０及び金ゲルマニウ
ム／ニッケル層４１２が用いられる。パターン形成され
た層４０８は次いで取り去られ、図２３に示されている
様な、エピタキシャル層４０６の選１尺された細い線の
部分だけが露出される。

反応性イオンエツチングは今や、エピタキシャル層４０
６及び４０４を通して下の基板４０２の中へ溝４１４（
図２４）を掘る為に、慣用されている。この様なパター
ン形成の為のＲＩＥの諸条件は普通に知られており、極
度の異方性が、幾分遅いエツチングと引換えに、低圧で
容易に実現さ杵る。

次イで、図２５に示されているように、アルミニウム層
４１０が希釈されたＨＣｌの中で除去され、ＲＩＥマス
キング層４１０及び４１２が取除かれる。

次いで、再びＡｌＧａＡｓ１ｌがエビクキンヤル方向に
全面にわたって成長させられる。

この層が溝４１４を埋める。この再成長は基板の同一軸
方向の分子ビームを用いて行わせる事が好ましい、しか
しながら、ここでも再び、金属有機ＣｖＤを代わりの技
術として用いる事が出来る。とは言え、いずれのケース
に於いても、この再成長は掻めて高品質である事が重要
である。何故なら層４０６から作られたＧａＡｓのウェ
ルとＡＩＧａＡＳの充てん材料４１６との間の側壁の界
面は、丘に述べられた様に、極めて重要だからである。

この再生長構造が図２６に示されている。

次いで、第２のパターン形成段階が実施される。このケ
ースで用いられるパターンは本質的にウェルの上と同し
パターンであるが、もちろん最終的構造の中には出力接
点が含まれている０図２７に示されているこのパターン
は図２８に示されているハードマスクのパターンに変換
され、これが再び反応性イオンエツチングされる。しか
しながら、この反応性イオンエツチングの段階はむずか
しい深さａｌｌｌ　ｉｉｌの問題を有している。ｌＩｐ
ちエツチングはｎ゛層４０４に達する迄続けなければな
らないが、これを貫通してはならない（図２９）。

このむずかしい深さ制御の問題が、上に述べられた様に
１３層４０４がそのように厚く作られる理由の１つなの
である。

再び、マスキング金層がはがされ（図３０１　、ＡｌＧ
ａＡｓが再び全体にわたって成長させられる。上にのべ
られた様に、Ａ　Ｉ　ＧａＡｓは、ＡｌＧａＡｓとＧａ
Ａｓとの間に値の異なった伝導体エネルギーを課す為に
十分に高いバーセンナーノのアルミニウムを含んでいる
事が必要であるが、最良の可能なＧ３ＡＳとＡｌＧａＡ
ｓとの界面が得られる様にする為にはアルミニウムのハ
ーセンテーノは高過ぎない事が好ましい。現在好まれて
いる実施ｆＬｉ様では、およそＡｇ。、、Ｃ，ａ、、）
ＡＳの組成が用いられている。図３１はそれから得られ
る構造体とあらたしいＡ／ＧａＡｓ層４２０を示してる
。図３０に於いて、ＡＩ！Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　＠　４１６
の成る部分が生き残っており、これらの部分が層４２０
の中に組込まれていると言う事に注意する事。再び、層
４２０は極めて良い界面品質と共に、基板の同一軸方向
に成長させられなければならない。

次いで、図３２に示されている様に、コンタクトメタラ
イゼーノヨンパターンが描かれる。この段階ではノオト
リー（幾何学的厳密さ）の要求は幾ら穏やかとなり、好
ましくは光学レジスト４２２と光学的パターン形成が用
いられる。ついで選択的エツチングが用いられる。この
選択的エツチングはＡＩＧａＡＳを貫通してエッチし、
ｎ’ＧａＡｓのうえし停止する（図３３ン、フン化水素
がこの特性を有している。この段階は２図３４に示され
るように、コンタクトホール４２４をもたらす０次いで
メタライゼーノヨンによるパターン形成が、再び好まし
くは図３５に示されている様に光学レノスト４２６を用
いて行われ、次いで金属（ＡｕＧｅ／Ｎｉ等）が、例え
ば蒸着によって被仄着され、パターンを形成するよう取
除かれ、図３６に示されている様な構造が得られる。

第１のパターン形成段階によって確定された線形パター
ンに対して直角に線形パターンを確定する為に（図２７
に示されている）第２のパターン形成段階を実施し、２
つの交点が量子ウェルのドツトのロケーノヨンを確定す
る様にするだけで、例えばＲＯＭの為の量子ウェルのア
イレ構造体を製造する為に上述と非常に良（似た製造技
術を用いる事ができる。

ランダム論理回路を形成する為に本発明にもとづいて量
子ウェル装置を相互接続する際の基本的な困難はこれら
の装置の電気的特性である。これらの装置は非常に高い
入力インピータンスと非常に低い出力１゛ンビーグンス
ををしていると考えられる。本発明の別の側面で、出力
接続の為の回路構成が説明される。

この構造は、マクロスコピツクな電７Ａ、即ら集積回路
の配線の中で通常用いられている電流に匹敵する電流、
をスイッチングする為の、本発明にもとづく量子ウェル
装置の出力を可能にする。

次いでこれらのマクロスコピツクな電ｌｌは電位を変え
　それによって量子ウェル装置のそれから先の段階をス
イノチノグする為に用いる事が出来る。

マクロスコピツクなレノストの変化は、ワイヤと基板と
の界面の又は界面近くのトラッピングによって、非常に
薄いワイヤの中で検出する事が出来ると言う事が先行技
術によっｔ で知られている６物理学評論書面第５２号、２２８頁（
１９８４年）（５２Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、　しｅｔＬｅｒ
ｓ　　２２８　（１９８４年））の中のＫ　Ｒａａｌｓ
他の論文参照。

即ち、極めて細い、例えば１００オングストロームＸ１
００オングストローム、の金属ワイヤの中では、電子が
散乱の中心にトラップされるか否かによって、ワイヤの
近くにある散乱の中心の断面が何桁も変わって来る。こ
の様に大きなｌｌｊ＋乱の変化はワイヤの抵抗にも明ら
かな変化をもたらすに の現象は必ずしも上記の様な小さなディメンノヨンのワ
イヤだけに限られてはいない。

沢山のトラッピングサイト　（散乱センター）を用いる
事によって、より人い・ツイヤの抵抗も同し様に変化せ
さる事が出来る。とりわけ、薄い又は幅の広いワイヤが
用いられている場合には、ワイヤの表面全体をコートさ
れたトラップを含む絶縁体は、トラップが占拠せれてい
るか否かによってワイヤの抵抗を相当変化させる事が出
来る。トラップのチャージを行わせる為に、好ましくは
、ワイヤの表面に対して垂直のバイアスをもたらすフィ
ールドプレートが用いられる。かくして、■子つェル装
置の段階（勿論この中には並列の多ｉｔ子つェル連鎮も
通常含まれるであろう）の電−流出力は薄い偏平のワイ
ヤの中へ結合され得る一方、ワイヤから二翠ルギー障壁
を超えて絶縁体のトラフピングサイトの中へ電荷の注入
を助ける為に、フィールドプレートのバイアスが垂直に
加えされる。この様にしてトラップされたｔ荷は垂直バ
イアスが取除かれた後でワイヤの抵抗を変化させ、かく
してワイヤを通るｔ／ｉｉＬ振動はセンス増幅器を起動
させる為に用いる事が出来る。かくして、この散乱の中
心の変調は実際に、量子ウェルの出力信号をマクロスコ
ピツクな信号へ変換する為に適当なラッチをもたらす。

次にこの実施態様がより詳しく説明される。

第１に、散乱サイトに近いワイヤのディメン７ョンは、
ワイヤがアンダーソンの局所状態として知られている状
態にある様でなければならない、即ち、電子の波動関数
がワイヤの全周、即ち、四角のワイヤの４つの面のすべ
て、に意味のある程度に十分に重ね合わされていなけれ
はならない。この状態の下では、抵抗はワイヤに隣接す
る表面エネルギー準位に対して掻めて敏感となろう。そ
こには一般に多くの意図せずに生み出された表面エネル
ギー準位があるべきであろうが、これらの活性化工ぶル
ギーは通常低い。かくして、作動温度はこれらの望まし
くない表面エネルギー準位が容易に除去されてしまう様
に、即ちＫＴがこれらの寄生表面エネルギー準位の活性
化エネルギーと同等か或いはこれよりも大きくなる様に
、しかしながら電荷がトラップされて抵抗を変化させる
表面エネルギー準位の活性化エネルギーがｋＴの数倍以
上となる樺に、選択される。かくして、この出力増幅器
段階の主要な用途は７７ケルビン付近の温度、即ち、液
体窒素の温度で作動する装置用であると信じられている
。しかしながら、もしキャリアをより深く表面エネルギ
ー準位の中へ注入する事が出来れば、もっと高い作動温
度でも使用出来る。

現在好まれている実施態様で用いられている表面エネル
ギー準位は金属の伝導帯工名ルギーからおよそ２０〜３
０ｍｅＶ又はそれ以上ずらされている。

アンダーデノの局所化状態の下で動作とＳ゛うのは、散
乱の中心に近いワイヤのディメ／ノヲンが恐らく５００
×５００オングストロームよりも大きくはなく、好まし
くは１００ｘｉｏｏオングストロームに近いと言う事を
意味している。１００Ｘ１００オングストロームのワイ
ヤの場合、ワイヤの抵抗は１ミクロン当り大ざっばに言
って１００Ｋから１メグオームである。占拠されている
又は占拠されていない各々の散乱の中心は１パーセント
内外の抵抗の変化を課する事が出来るから、この様な散
乱の中心を幾つか用いる事によって、５％内外の全抵抗
変化が実現される。

かくして、これらの金属線は対として用いられ、又電流
の数パーセントの変化は容易に従来のセンス増幅を起動
させるのに十分となる。

現在好まれている、これらのトラップの中へのキャリア
の注入を行う為の実施態様はトラッピングサイトを量子
ウェルの鎖の中の最後のウェルに対してトンネル現象に
よって接続させる事であり、トラフピングサイトから鎖
の中の最後のウェル塩の分離はウェルとの間の距離の数
倍だけ、又好ましくはそれ以下だけ、トラフピングサイ
トからずらされているべきである。トラップから最後の
ウェルの中へのトンネル現象はこの好ましい実施態様の
場合には制約にはならない、何故なら電子が励起された
エネルギー準位？ｃｉｊｌ　して入って来るからである
。逆方向のトンネル現象は「べて非弾性的である。しか
しながら、十分に深いトラップの場合には、必要となる
フォノンのエネルギーが必要に大きくなるので非弾　　
　３ゝ性トンネル現象が無視出来なくなる。トラ。

ピングサイトは集束イオンと−ムを用いることによって
極めて精故に描画する事が出来る。

かくして、この出力段階の構成か図１５に示されている
。

既に述べられた通り、一方向のウェル結合がオプンヨン
として、金属線の抵抗を変化させる際にこれらのトラッ
プの中へのキャリアの注入を助ける為に用いられている
。この一方向の結合はウェルの自己Ｕｊ４整的なトンネ
ル効果によって可能とされている。即ら、上に述べられ
た要因に加えて、ウェルの中における電子の存在又は非
存在自体がウェルとウェルの間の電場を変化させるであ
ろう、かくして、図１６に示されている様に、第２のウ
ェルの中に於ける追加の電子の存在によって引起こされ
た電場の変化はそれ自体でトンネル現象を禁止させるの
に十分となり得る。かくして、キャリアはウェルｌから
ウェル２の中の電子を失った準位の中へ容易にトンネル
するが、これと同じキャリアは非弾性チャンネルを通る
以外にはウェル１の中へトンネルして戻って来る事は出
来ない、何故ならこれらのトンふルはもはや同列とされ
てはいないからである。

この自ら生み出された電場の変化が有用となる為には、
与えられた作動温度の下に於ける共鳴ピークが比較的シ
ャープである事が必要である。即ち、ウェルのディメン
ンヨンは作動温度の下で、或いはいずれかの共鳴トンネ
ル現象による利得の下で必要なるディメンノヨンよりも
好ましくは小さいべきである。

例えば、室温下での作動に適したディメンンッンのウェ
ルは、もし７７Ｋ又は４にで作動させられるとこの様な
効果を示すであろう。

より小さなウェルと言うのは１つのキャリアの追加によ
って引起こされる電位のシフトによって生み出される電
界がより大きくなると言う事を意味している。

これらの自己発生電界効果はその他の用途も有している
。たとえば、図１７に示されている４つのウェルを持つ
構造を考えてみよう。

フィールドプレート又はその他のバイアス接続ウェル３
の為の基準電圧Ｖｏを怖定する為に用いられている。こ
れらのつ丁、ルの寸法は、ウェル１からウェル３へのト
ンネル現象がＶ２＝Ｖｏの時にのみ発生し、ウェル２か
らウェル３へのトンネル現象がＶ３＝Ｖｏ＋Ｅ、即ち、
ウェル３の電位だ電子１個の存在によって変化された時
、にのみ発生し、ウェル３からウェル４へのトンネル現
象がＶ、”Ｖ。

＋２Ｅの時にのみ発生する様に、定められている。入力
信号Ａはウェル１の中へトノ不ルしてゆくキャリアを供
給し、又入力信号Ｂはウェル２の中へトンネルしてゆく
キャリアを供給し、又出力接点はウェルからの出力信号
Ｃを取り出す。

かくして、このウェルの素朴な複合体はＡＮＤゲートを
もたらす。

その他のプールの原始関数も容易に作り出せる。例えば
、同じウェルの配室で、もし我々カラエルの結合をやり
直して、ウェルｌがらウェル３へのトンネル現象がＶ、
＝Ｖｏの時、ウェルトンネルからウェル３へのトンネル
現象Ｖ、＝Ｖｏの時、又ウェル３からウェル４へのトン
ネル現象がＶ、＝ＶＯ＋Ｅの時に発生する襟にすれば、
ＯＲゲートが得られる事になる。これの結合はすべての
原始的なプールの代数の論理セル及びそれ以上のものを
構成する為に用いる事が出来る。自ら生み出された電界
がトンネル現象を中断させるのに十分であ、ると言うこ
の様な状態下では、ウェルの中の過剰のキャリアの存在
によって問題が生み出される事がある。即ら、！〕シウ
エルＡとＢとの間の接合が、ウェルＡが占拠されており
ウェルＢが占拠されていない時に共鳴トンネル現象を許
す様に設計されていたとすると、ウェルＡが唯１つだけ
ではなく、占拠された２つの準位を持っているとトンネ
ル現象が中断されてしまう事がある。しかしながら、こ
の様なケースでは、２個のキャリアのボピエレーノヨン
は非弾性的に生み出されているはずである。その上非弾
性トンネル現象東は場合によってはリセットメカニズム
をも、−ださらすであろう。

本発明の別の１群の実施態様は垂直トンネル現象を利用
している。この様な構造体の魅力は、垂直方向のディメ
ンシｇノでは横方向のディメンノヨンよりもより容易に
、極めて良い界面品質を待つ橿めて小さなディメンノヨ
ンが実現されると言う事になる。

この様な実施Ｂ様の鍵となる特徴はウェルの中のエネル
ギー準位相互間の間隔が一般ウエルの体積によって確定
されたと言う事である。かくして、ウェルの体積が与え
られている場合、ウェルは大よそ立方体の箱と言うより
もむしろ薄い偏平の箱として作る事が出来る。このケー
スは、運動量成分のうちの２つが掻めて近接した間隔の
値で量子化され、又第３の成分は極めて広い間隔をあけ
た許容連動量の値で量子化されるであろう。

この様な実施ｇＥ、様が図１９と２０に示されている。

再び、ウェル６０４〜６０８は好ましくは第１の半導体
から作られ又障壁媒体６１２は好ましくは第２の、より
広い禁止帯の幅を持つ半導体から作られている。砒化ガ
リウム及びＡｊｌＧａＡｓはこれらの２つの半導体の為
に好ましい、上に述べられた様に電流は、ローライン６
１６とコラムライン６１４の電位がウェル６０６の準位
に対してウェル６０４及び６０８の準位と整列する事を
許す時にのみ、ｎ′電極６０２から金属電極６１Ｏへと
流れる かくして、本発明は上記の目的、並びに技術的利点をも
たらす、当業者にとっては明らかであろうが、本発明は
新規的発明であり、限りなく多様な修正及び変形によっ
て変更され得る０例えば、ＳｉのウェルをＳｉＯ□の障
壁媒体の中で用いる事が出来、或いは好ましいＧ　ａ　
Ａ　ｓ　／　Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓの材料の代わりに
その他の半導体／半導体又は半導体／絶縁体の系を用い
る事が出来る。本発明の範囲は特許請求の範囲の中に述
べられている事を除いて制限されない。

【図面の簡単な説明】

本発明は添付の図面を参照して説明される。 於けるポテンノヤルウエルの間隔と工不ルギー間の間隔
がより近接している　中位の大きなウェルを用いた実施
Ｂ様のエネルギー準位を示し均等な、はぼ正弦波形のウ
ェル境界線を用いた＋１３−ｉされた、本発明にもとづ
く別の３端子量子に接続する為の多重電極２０８を持つ
−しご曹９＋ｉり（巨視的）な出力電流をスイッチする
８本発明の実施に際して用いられたサンプル出力スイト
ンフル現象＆移中のウェルの学位の集団（ボビュレーン
コン）によって励起された電位変化持つ量子ウェル論理
素子を用いて構成されたΔ的トンネル現象抑制力を持つ
量子ウェル論理素子を用いて溝底された、よりふくざつ
な論理要／ネル現象用子ウェル装置構造の２つの実施態
ノブルな３端子装置のプロセスの諸段階を示し一ζいる
う

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１、）基板と、 前記基板上の第１の導電層と、 前記第１の導電層を覆っている第１のポテンシヤルウェ
   ルと、 前記第１のポテンシャルウェルを覆っている障壁媒体と
   、 前記障壁媒体を覆っている第２のポテンシャルウェルと
   、 を含む電子装置であって、 前記第１および第２のポテンシャルウェルのそれぞれは
   、厚さが５００オングストローム以下で、かつ１００オ
   ングストローム以下の横寸法を少なくとも１つ有してい
   る半導体材料の島を有しており、 前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの中における
   キャリアの最小のポテンシャルエネルギーよりも少なく
   とも５０ミリ電子ボルト高いキャリアに関する最小のポ
   テンシャルエネルギーを有しており、 さらに、 前記第１のポテンシャルウェルの中へキャリアを入力さ
   せるための手段と、 前記第２のポテンシャルウェルからキャリアを移動する
   ための手段と、 を含むことを特徴とする電子装置。 （２、）６５°Ｋより高い所定の動作温度において動作
   する電子装置であって、 基板と、 前記基板上を覆っている第１の導電層と、 前記第１の導電層を覆っている第１のポテンシャルウェ
   ルと、 前記第１の井戸型量子を覆っている障壁媒 体を覆っている第２のポテンシャルウェルと含み、 前記第１および第２のポテンシャルウェルのそれぞれは
   、厚さが５００オングストローム以下でかつ少なくとも
   １つの横の寸法が１，０００オングストローム以下であ
   る半導体材料の島を含んでおり、 前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの中のキャリ
   アの最小のポテンシャルエネルギーよりも少なくとも８
   ミリ電子ボルト高いキャリアに関する最小のポテンシャ
   ルエネルギーを有し、かつ２００オングストローム以下
   の厚さを有しており、 さらに 前記第１のポテンシャルウェルの中へキャリアを入力す
   るための手段と、 前記第２のポテンシャルウェルからキャリアを移動させ
   るための手段と、を含む、ことを特徴とする電子装置。 （３、）３００°Ｋより高い所定の最高温度において動
   作する電子装置であって、 基板と、 前記基板の上の第１の導電層と、 前記第１の４電層を覆っている第１のポテンシャルウェ
   ルと、 前記第１のポテンシャルウェルの上を覆っている障壁媒
   体と、 前記障壁媒体を覆っている第２のポテンシャルウェルと
   、を含み、 前記第１および第２のポテンシャルウェルはそれぞれ、
   ５００オングストローム以下の厚さと少なくとも１つの
   横の寸法が１，０００オングストローム以下である半導
   体材料の島を含み、 前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの中のキャリ
   アに関する最小のポテンシャルエネルギーよりも少なく
   とも３０ミリ電子ボルト高いキャリアに関する最小のポ
   テンシャルエネルギーを有しており、かつ２００オング
   ストローム以下の厚さを有しており、 さらに前記第１のポテンシャルウェルの中のキャリアへ
   入力するための手段と、 前記第２のポテンシャルウェルからキャリアを移動させ
   るための手段と、 を含んでいることを特徴とする電子装置。 （４、）基板と、 前記基板上の第１の導電層と、 前記第１の導電層の上にある第１のポテンシャルウェル
   と、 前記第１の量子ウェルの上にある障壁媒体と、 前記障壁媒体の上にある第２のポテンシャルウェルと、 を含む電子装置であって、 前記第１および第２のポテンシャルウェルのそれぞれは
   、５００オングストローム以下の厚さを有している半導
   体材料の島を有しており、前記第１および第２のポテン
   シャルウェルは、すべての３次元すべてにおいて十分に
   小さいので、前記ポテンシャルウェルのそれぞれの中の
   エネルギーレベルは、２分の１ミリ電子ボルト以上のポ
   テンシャルによって離隔されており、 前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの中のキャリ
   アに関する最小のポテンシャルエネルギーよりも少なく
   とも５０ミリ電子ボルト以上高いポテンシャルのキャリ
   アに関する最小のポテンシャルエネルギーを有しており
   、かつ２００オングストローム以下の厚さを有し、さら
   に、 前記第２のポテンシャルウェルからキャリアを移動させ
   るための手段と、 前記導電層および前記第２のポテンシャルウェルの間に
   選択的にバイアスを印加するための手段であって、第１
   のバイアス条件下において、少なくとも前記第１のポテ
   ンシャルウェルの中において１つの離散的なエネルギー
   およびモーメントが、前記第２のポテンシャルウェルの
   中の離散的な状態に配列させ、かつ第２のバイアス条件
   のもとでは、前記第１のポテンシャルウェルの内の前記
   離散的な３つの最低位の状態のいずれも前記第２のポテ
   ンシャルウェルの中の離散的な状態で配列されないよう
   にする手段と、 前記第１および第２のバイアス条件の両方は、前記第２
   のポテンシャルウェルの中における最低位のエネルギー
   状態が、前記第１のポテンシャルウェルの中における最
   低位のエネルギー状態よりキャリアに対する低いポテン
   シャルエネルギーであることを特徴とする電子装置。 （５、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの中
   のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーより
   も少なくとも１０パーセント高いポテンシャルエネルギ
   ーのキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーを
   有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電子装置。 （６、）前記ポテンシャルウェルは第１の半導体材料を
   含んでおり、前記障壁媒体は前記第１の半導体材料のバ
   ンドギャプよりも大きいバンドギャプを有する第２の半
   導体材料を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電子装置。 （７、）前記キャリアは、主として電子を含んでいるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載する電子装置
   。 （８、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの中
   のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーより
   も少なくとも２分の１ミリ電子ボルト大きいキャリアに
   関するポテンシャルエネルギーを有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子装置。 （９、）前記ポテンシャルウェルおよび前記障壁媒体は
   、それぞれ半導体材料を含んでおり、かつ前記障壁媒体
   はｎ型にドープされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電子装置。 （１０、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含んでおり、かつ前記障壁媒体は、第２の半導体材
   料を含んでおり、前記第１の半導体材料は、前記第２の
   半導体材料と格子整合していないことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電子装置。 （１１、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含み、かつ前記障壁媒体は前記第２の半導体材料を
   含んでおり、前記第１の半導体材料は、前記第２の半導
   体材料と格子整合していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電子装置。 （１２、）前記第１および第２のポテンシャルウェルの
   それぞれは、１００オングストローム以下の厚さを有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   子装置。 （１３、）前記キャリアを移動させるための手段は、前
   二台２のたウェルから第１のウェルの離隔長さの２倍以
   下の長さの長さによって第２のウェルから物理的に分離
   されている出力接点とを含み、前に出力接点は前に第２
   のウェルの最低位状態よりも低い疑似連続状態をすくな
   くとも含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の電子装置。 （１４）前記第１のポテンシャルウェルから前記第２の
   ポテンシャルウェルまでの距離の２倍以下の距離によっ
   て、前記第２のポテンシャルウェルから物理的に離隔さ
   れている出力接点を含み、当該出力接点は、前記第２の
   ポテンシャルウェルの最低位状態以下の少なくとも１つ
   の疑似連続状態を含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子装置。 （１５、）キャリアを移動させるための前記手段は、前
   記第１のポテンシャルウェルから前記第２のポテンシャ
   ルウェルまで離れている距離の２倍以下である距離によ
   って、前記第２のポテンシャルウェルから物理的に離隔
   されている出力接点を含んでおり、当該を出力接点は、
   前記第２のポテンシャルウェルの最低位状態により低い
   エネルギー状態の疑似連続状態を少なくとも１つ含んで
   おり、 前記バイアスを印加するための手段は、前記第１の導電
   層および前記出力接点との間にバイアスを印加するもの
   である、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電子装置。 （１６、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの
   中のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーよ
   りも少なくとも１０パーセント高いキャリアに関する最
   小のポテンシャルエネルギーを有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の電子装置。 （１７、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含んでおり、前記障壁媒体は、第２の半導体の料を
   含んでおり、当該第２の半導体材料のバンドギャプは、
   前記第１の半導体材料のバンドギャプより大きいもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子
   装置 （１８、）前記キャリアは、主として電子を含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載する電子装
   置。 （１９、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの
   中のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーよ
   り少なくとも２分の１ミリ電子ボルト高いキャリアに関
   するポテンシャルエネルギーを有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の電子装置。 （２０、）前記ポテンシャルウェルおよび前記障壁媒体
   は、それぞれ半導体材料を含んでおり、前記障壁媒体は
   、ｎ型にドープされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の電子装置。 （２１、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含んでおり、かつ前記障壁媒体は、第２の半導体材
   料を含んでおり、前記第１の半導体材料は、前記第２の
   半導体材料と格子整合しないことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の電子装置。 （２２、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含み、かつ前記障壁媒体は、第２の半導体材料を含
   んでおり、かつ前記第１の半導体材料は、前記第２の半
   導体材料と格子整合していることを特徴とする特許請求
   の範囲第２記載の電子装置。 （２３、）前記第１および第２のポテンシャルウェルは
   、１００オングストローム以下の厚さを有していること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子装置。 （２４、）前記キャリアを移動するための前記手段は、
   前記第１のポテンシャルウェルから前記第２のポテンシ
   ャルウェルまでの離隔している距離の２倍以下である距
   離によって前記第２のポテンシャルウェルから物理的に
   離隔している出力接点を含み、 前記出力接点は、前記第２のポテンシャルウェルの最低
   位状態以下の疑似準連続状態を少なくとも１つ含んでい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子装
   置。 （２５、）キャリアを移動するための前記手段は、前記
   第１のポテンシャルウェルから前記第２のポテンシャル
   ウェルが離隔している距離の２倍以下の距離によって、
   前記第２のポテンシャルウェルから物理的に離隔してい
   る出力接点を有しており、 当該出力接点は、前記ポテンシャルウェルの最低位状態
   より低い疑似準連続状態を少なくとも１つ含んでおり、
   前記バイアス印加手段は、前記第１の導電層および前記
   出力接点との間にバイアスを印加するようになっている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子装置
   。 （２６、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの
   中のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーよ
   りも少なくとも１０パーセント高いキャリアに関する最
   小のポテンシャルエネルギーを有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の電子装置。 （２７、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含んでおり、前記障壁媒体は、前記第１の半導体材
   料のバンドギャプよりも大きいバンドギャプを有する第
   ２の半導体材料を含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の電子装置。 （２８、）前記キャリアは、主として電子を含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３記載の電子装置。 （２９、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの
   中のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーよ
   りも少なくとも２分１ミリ電子ボルト高いキャリアに関
   するポテンシャルエネルギーを有していることを特徴と
   する特許請求の第３項記載の電子装置。 （３０、）前記ポテンシャルウェルおよび前記障壁媒体
   は、それぞれ半導体材料を含み、かつ前記障壁媒体はｎ
   型にドープされていることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の電子装置。 （３１、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含み、かつ前記障壁媒体は、第２の半導体材料を含
   み、前記第１の半導体材料は、前記第２の半導体材料と
   格子整合していないことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の電子装置。 （３２、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含み、かつ前記第２の半導体材料は、第２の半導体
   材料を含んでおり、前記第１の半導体材料は、前記第２
   の半導体材料と格子整合していることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の電子装置。 （３３、）前記第１および第２のポテンシャルウェルは
   、１００オングストローム以下の厚さをそれぞれ有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電子
   装置。 （３４、）キャリアを移動するための前記手段は、前記
   第１のポテンシャルウェルから前記第２のポテンシャル
   ウェルが離れている距離の２倍以下である距離によって
   、前記第２のポテンシャルウェルから物理的に離隔さて
   いる出力接点から成り、 この前記出力接点は、前記第２のポテンシャルウェルの
   最低位状態以下の疑似準連続状態を少なくとも１つ含ん
   でいることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電
   子装置。 （３５、）キャリアを移動させるための前記手段は、前
   記第１のポテンシャルウェルから前記第２のウェルまで
   の離隔距離の２倍以下である距離によって、前記第２の
   ポテンシャルウェルから物理的に離隔されている出力接
   点を含んでおり、当該出力接点は、前記第２のポテンシ
   ャルウェルの最低位状態より低い疑似準連続状態を少な
   くとも１つ含んでおり、 前記バイアス印加手段は、前記第１導電層および前記出
   力接点の間にバイアスを印加することを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の電子装置。 （３６、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェルの
   中のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーよ
   りも少なくとも１０パーセント大きいキャリアに関する
   最小のポテンシャルエネルギーを有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載の電子装置。 （３７、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料からなっており、前記障壁媒体は、前記第１の半導体
   材料のバンドギャプよりも大きいバンドギャプを有する
   第２の半導体を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載の電子装置。 （３８、）前記キャリアは、主として電子を含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電子装置
   。 （３９、）前記障壁媒体は、前記ポテンシャルウェル中
   のキャリアに関する最小のポテンシャルエネルギーより
   も少なくとも２分の１ミリ電子ボルト大きいキャリアに
   関するポテンシャルエネルギーを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の電子装置。 （４０、）前記ポテンシャルウェルおよび前記障壁媒体
   は、それぞれ半導体材料を含んでおり、前記障壁媒体は
   、ｎ型にドープされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の電子装置。 （４１、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含み、かつ前記障壁媒体は、第２の半導体材料を含
   み、前記第１の半導体は、前記第２の半導体材料と格子
   整合しないことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の電子装置。 （４２、）前記ポテンシャルウェルは、第１の半導体材
   料を含み、かつ前記障壁媒体は、第２の半導体材料を含
   み、前記第１の半導体材料は、前記第２の半導体と格子
   整合していることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の電子装置。 （４３、）前記第１および第２のポテンシャルウェルは
   、１００オングストローム以下の厚さをそれぞれ有して
   いることを特徴とする特許請求の記載第４項記載の電子
   装置。 （４４、）キャリアを移動するための前記手段は、前記
   第１のポテンシャルウェルから前記第２のポテンシャル
   ウェルが離隔している距離の２部以下の距離によって、
   前記第２のポテンシャルウェルから物理的に離隔されか
   つ、 前記出力接点は、前記第２のポテンシャルウェルの最低
   位状態より低い疑似連続状態を少なくとも１つ含んでい
   る出力接点と、を含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の電子装置。 （４５、）キャリアを移動するための前記手段は、前記
   第１のポテンシャルウェルから前記第２のポテンシャル
   ウェルまでの距離は２倍以下の距離によって、前記第２
   のポテンシャルウェルから物理的に離隔されている出力
   接点を有しており、前記出力接点は、前記第２のポテン
   シャルウェルの最低状態より低い疑似準連続状態を少な
   くとも１つ含んでおり、前記バイアス印加手段は、前記
   第１の導電層および前記出力接点の間にバイアスを印加
   することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電子
   装置。