JPS63136672A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的に電流制御用半導体素子に関し、特に
ポテンシャル・エネルギ・バリアを介して電荷キャリア
の量子力学的トンネル現象を生じるトランジスタを含む
半導体素子に関する。

（従来の技術および解決しようとする問題点）色々な半
導体のスイッチング素子は、ある電位が両側に加えられ
る半導体の２つの領域間に配設されるチャネル領域の抵
抗を変化させることにより電流を制御する。例えば、金
属酸化膜半導体の電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ
）においては、チャネル抵抗が、チャネルを覆う絶縁ゲ
ートによって容量制御が行なわれる。ゲートのバイアス
が、チャネル内のキャリア密度を制御することによって
チャネルのコンダクタンスを制御する。多数電荷キャリ
アは、ゲート電界の作用下で容量的にチャネル領域に出
入りする。

しかし、ＭＯＳＦＥＴはキャリア注入に依存する素子で
はない。

他の形式の半導体素子においては、少数電荷キャリアが
電流のスイッチングおよび（または）増ＩＩＩのため、
順バイアスが掛ったｐｎ接合を横切って注入される。例
えば、バイポーラ接合トランジスタにおいては、ｐ型ま
たはｎ型半導体のいずれかの選択された導電型を有する
半導体の薄い層が、端的に言えば背中合せのダイオード
を形成する反対の導電型を有する半導体の２層間に配置
されている。動作においては、バイポーラ・トランジス
タのエミッタ接合と呼ばれる一方の接合は順バイアスが
掛けられ、コレクタ接合と呼ばれる他方の接合は逆バイ
アスが掛けられている。このようなバイアス操作の下で
、少数キャリアがエミッタから相互隣接の即ちベースの
層内に注入され、ここでこれらキャリアがコレクタ接合
に向って拡散する。注入された少数キャリアは、次いで
、コレクタ接合を横切ってコレクタに進入する。少数電
荷キャリアのこの接合の通過により、大きな電流が形成
されて逆バイアスが掛ったｐｎ接合を横切って流れる。

別の形式の公知の半導体素子では、ソリッドステート・
トンネル現象は優勢な電流生成機構である。例えば、ｐ
ｎ接合の「トンネル」ダイオード即ち「エサキ」ダイオ
ードにおいては、ｐｎ接合の両側における半導体材料が
特に強くドープされ、その結果ｎ型物質の伝導帯が略々
充填され、ｐ型物質の価電子帯はほとんど空の状態であ
る。ダイオードが適正にバイアスが掛けられる時、「ト
ンネル」電流が生じるが、この電流はダイオードのドリ
フト電流よりも道かに大きい。実際に、トンネル電荷キ
ャリアがｐｎ接合における空間電荷領域のポテンシャル
・エネルギ・バリアを貫通して、価電子帯と伝導帯間を
移動する。エサキ・ダイオードは、その時の電流電圧特
性のある部分に対する負の抵抗を特徴とする。

一般に、ソリッドステート・トンネル現象は量子力学的
現象であり、これにより電子または正孔が、加えられた
電界の存在下で限定された高さおよび厚さのエネルギ・
バリアを貫通゛する。

エネルギ・バリアを通る透過は、価電子帯と伝導帯間で
、ｐｎ接合のトンネル・ダイオードにおける如き「帯間
」トンネル現象を生じ、あるいは「帯内」トンネル現象
を生じる。帯内トンネル現象においては、ポテンシャル
・バリアにより分離される２つの伝導帯間、あるいはポ
テンシャル・バリアにより分離される２つの価電子帯間
に透過が生じる。トンネル現象は本来的に非常に速い過
程であるため、半導体のスイッチング用途に非常に大き
な関心の的である。

量子力学的なトンネル現象は、非常に狭い真空間隙によ
り分離される２つの半導体股間、あるいは印加された電
圧下の半導体膜間に挿入されたバリア物質の薄膜を横切
って生じ得る。

バリアを通るトンネル現象の確率、従っである材料系に
おける透過係数は、素子の層をなす材料の帯状構造の知
識から決定することができる。トンネル現緩はまた、ガ
リウム・ヒ化物およびゲルマニウムの如き２つの異なる
半導°体材料の境界面において形成された薄膜のへテロ
接合において生じることが知られて２つの電気的接点間
にトれた半導体材料のチャネル領域の抵抗を急速に変化
させるため、比較的厚いトンネル・バリアを透過する量
子力学的トンネル現象の効果を利用する電流制御半導体
素子の設計方法を発見した。トンネル・バリアを介して
高い電流密度が、キャリアの小さな有効質量を有する狭
いバンド・ギャップの半導体バリア物質の使用により達
成された。従って、非常に高速の二重へテロ接合スイッ
チング・トランジスタを作ることができる。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明の主な目的は、量子力学的トンネル現象を用いて
非常に短いスイッチング時間を生じるスイッチまたは増
巾器として使用されるトンネル・トランジスタの提供に
ある。

この目的のために、本発明によるトンネル・トランジス
タは、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載される内
容により特徴化されるものである。

本発明はまた、原子の層の薄いトンネル・バリアを必要
としない超高速スイッチング・トランジスタを提供する
。

本発明は、トンネル・バリアを通る量子力学的トンネル
現象を利用して半導体膜中の電気的接点間に配設された
チャネルの電荷キャリア濃度を増減するスイッチまたは
増１１１器として使用される清新な素子を包含する。

一実施例において、本発明は、絶縁基板上に配設され、
その内部に第１と第２の、間隙をおいた低抵抗の接点領
域を有する単−材料型の半導体膜を含む。これらの接点
領域の間あるいはこれに隣接して、半導体１１ｑに配設
された高い抵抗のチャネルが配設されている。このチャ
ネル材料は真性半導体でよく、あるいは接点領域と同じ
かあるいは異なる導電型を有するも接点領域よりも溝か
に軽くドープされたものでよい。

チャネルを覆フているのはトンネル・バリアのエピタキ
シャル層であり、これを介してトンネル電流がチャネル
に出入りする。トンネル・バリアは、注入物層の材料の
バンド・ギャップよりも高いバンド・ギャップを存し、
望ましくはトンネル電流キャリアに対して小さな有効質
量を有する半導体物質の層を備える。このトンネル・バ
リアは、これがチャネルの各界面に対応する接点領域に
より部分的に瓜なるように整列されている。即ち、トン
ネル・バリア層は完全にチャネルを覆い、各接点へ僅か
に張出し、その結果チャネル全体がトンネル・バリア内
を透過するキャリアで注入されるようになっている。

トンネル・バリア層上でこれと実質的に重なりが合って
配設されているのは、チャネル内への注入のため移動し
得る電荷キャリアのソースとして作用する注入物質の層
である。金属接点および電気配線の如き第１の電気的な
手段が、半導体膜の接点領域の両側に電位を加えるため
設けられている。第２の電気的な手段は、チャネルに対
して注入物層にバイアスを加えるため設けられている。

トンネル・トランジスタは、トンネル電流が適当な材料
および注入電圧極性を選択することにより正孔または電
子からなるように構成することができる。指定された領
域はある特性を達成するため不純物でドープすることも
できるが、本発明は実質的に二重へテロ接合トランジス
タである。例えば、有効な素子をチャネルがドープされ
ないかあるいは非常に軽（ＰｂＴｅでドープされた鉛／
カルコゲニド物質系内の絶縁基板上に構成することもで
き、接点領域はｎ型のＰｂＴｅであり、注入層はｎ型の
ＰｂＴｅであり、トンネル・バリアはＰｂ　　　Ｅｕ　
　Ｓｅ　　Ｔｅ １−ｘ　　　ｘ　　　ｙ　　　ｌ−ｙである。変数Ｘお
よびｙは、層間に最適の格子マツチングを得るよう、ま
たキャリアの透過に対して適当な電位エネルギ高さのエ
ネルギ・バリアを得るように然るべく調整されることに
なろう。

注入物のバンド・ギャップがチャネルのバンド・ギャッ
プと等しい電子素子においては、注入物層はチャネルに
対して正にバイアスが掛けられる時、ある電位が加えら
れる２つの接点領域間にはほとんどあるいは全く電流が
流れない。これは、この２つの低い抵抗の接点領域に接
するチャネルがそのドーピング、例えば、非常に軽いｎ
型のまたはｎ型のドーピングの故に、あるいはまた、真
性チャネル材料の場合におけるようにその真性キャリア
濃度が低い故に非常に低いキャリア濃度を有する。これ
は、トンネル・トランジスタのオフ状態である。

トンネル・トランジスタをオンにするためには、チャネ
ル抵抗を低くしなければならない。

本発明においては、これは電荷キャリアを量子力学的ト
ンネル現象によりチャネル内に迅速に注入することによ
り達成される。このためには、注入物層はチャネルに対
して、あるいはトンネル・トランジスタに用いられる特
定の材料の特性に従って、チャネルと略々同じ電位に対
して充分に負にバイアスされ、それにより、注入物層内
の電子がトンネル・バリアを通ってチャネル内に透過す
るようにする。トンネル現象が生じる注入電圧は、トン
ネル・トランジスタにおける「トンネル閾値」である。

チャネル内では、注入されたキャリアが更に正の接点領
域の方向に移動する。キャリアのチャネル内への注入は
チャネル抵抗を迅速に下げ、電流が接点領域間に流れる
ことを許容する。

これは、接点領域間のチャネルにおける実質的な電流を
特徴とするトンネル・トランジスタの場合のオンの状態
である。接点領域間の電圧と電流の積が注入物層と更に
正のバイアスが掛った接点領域との間の電圧と電流の積
よりも大きくなるように注入物層がバイアスを掛けられ
る時、電力の利得が得られる。

本発明の別の実施例においては、トンネル・トランジス
タのチャネルは、トンネル・バリア１つ以上の量子ウェ
ルを備える。このように高低のバンド・ギャップの半導
体層を交互にすることにより、多重量子ウェル構造即ち
「超格子」を形成することができる。

次に、本発明については事例として図面に関して以下に
詳細に記述する。

（実施例〕 最初に第１図においては、本発明によるトンネル・トラ
ンジスタが示されており、このトランジスタは真性もし
くは略々真性の単結晶半導体材料製の重ね合うエピタキ
シャル膜２２を存する絶縁基板２０を含む。ｐ型あるい
はｎ型の導電性になるよう軽くドープする以上の処理を
してはならない。エピタキシャル膜２２中には、第１と
第２の隔てられた半導体領域即ち接点領域２４．２６が
それぞれ配設されている。これら接点領域２４．２６は
、従来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおけるソ
ースおよびドレーンと対応している。第１の接点領域２
４と第２の接点領域２６の間に挿置されかつエピタキシ
ャル膜２２内に形成されているのは、第３の半導体領域
即ちチャネル２８である。本実施例においては、低い抵
抗の電気的接点、例えば電子がチャネル領域２８内の多
数電荷キャリアとなるべきトンネル・トランジスタにお
ける強いｎ型を与えるために接点領域２４．２６が強く
ドープされることが望ましい。もし正孔が多数電荷キャ
リアであるべきならば、接点領域２４．２６はｐ型の導
電性にドープされなければならない。接点領域２４．２
６は、少なくとも中程度にドープされている（即ち、半
導体材料のＬｒ、ｒｎ”当り少なくともｔ　ｘ　ｔｏ１
ｒ′のドーパント原子となる）。−接点領域２４．２６
の厚さはトンネル・トランジスタの動作にとって厳密な
ものではなく、従来の打込み法または拡散法を用いて形
成することができる。

使用された半導体材料の種類および要求されるトンネル
閾値に従って、チャネル２８の厚さは約１００乃至数千
オングストロームの範囲で変更し得る。以下において更
に詳細に説明するように、厚さが数百オングストローム
のチャネルは量子サイズの効果を呈し、１つ以上の量子
ウェルを形成するため使用される。

絶縁基板２０の組成は、エピタキシャル１ｉ２２により
適当な結晶格子整合が達成されるようなものでなければ
ならず、また絶縁性を有する高いバンド・ギャップの物
質でなければならない。

エピタキシャル膜２２の格子定数に近似する絶縁基板２
０のための絶縁材料を選択することにより、チャネル２
８を介する接点領域２４．２６間の導通を妨げるおそれ
があるその間の界面における格子の欠陥を最小限度に抑
えることができる。理想的には、ある与えられた材料系
において、絶縁基板２０は隣接する層の成長を容易に促
進し、類似の格子定数を有し、かつ類似の熱膨張係数を
持たねばならない。

エピタキシャル膜２２上には、トンネル・バリア３０を
形成する電気抵抗が高い（略々真性の）半導体材料製の
エピタキシャル膜が配設されている。これは略々電気的
絶縁層と同様である。

トンネル・バリア３０は、チャネル２８を横切って延長
し、部分的に接点領域２４．２６と重なっている。トン
ネル・バリア３０と整合状態に載置されているのは注入
物Ｎ！Ｉ３２であり、これはオンの状態のトンネル・ト
ランジスタの動作中、チャネル２８中に注入される電荷
キャリアのソースとして作用する。注入物層３２はチャ
ネル２８に対する多数電荷キャリアのソースであるため
、接点領域２４．２６と同じ導電型に少なくとも中程度
にドープされ、望ましくは強くドープされなければなら
ない。もし接点領域２４．２６がｎ型であれば、注入物
層３２は金属でもよい。注入物層３２の厚さは厳密では
なく、約１００乃至１０，０００オングストロームの範
囲でよい。従って、注入物層３２は、金属、半金属物質
、もしくは中程度乃至強くドープされた半導体物質でよ
く、トンネル現象プロセスを生じる電荷キャリアを提供
する。注入物層３２の格子定数は、この点に関する実質
的な大きさは「格子の歪み」によってもたらされるもの
であるが、トンネル・バリア３０のそれと適当に整合す
るように調整されねばならず、このバリアは前述のよう
にチャネル２８の格子定数と略々整合しなければならな
い。

これらの層のへテロ接合における不連続点の数が多くな
ると、トンネル・トランジスタにおけるトンネル電流の
流れを妨げる、即ち「短絡」するおそれがある。トンネ
ル・バリア３０の厚さは、一部はトンネル・バリア３０
を通して流れトンネル電流の密度を決定し、またこのた
めチャネル抵抗が共に変化し得る速度に影響を与える。

バリアの厚さに対する電子流の密度の依存度を示す第２
図に示されるように、０と０．００５ボルトの範囲内の
注入物バイアスにおいては、Ｐｂ　　　Ｓｎ　　　Ｔｅ
の層が注入物層３２とし、７８　　．２２ て作用し、Ｐｂ　　　Ｓｎ　　　Ｔｅの層がトンネル、
７０　　．３０ ・バリア３０として作用する材料系においては、電流密
度はトンネル・バリアの厚さにおける２００オングスト
ロームの減少毎に略々ある大きさだけ増加する。トンネ
ル・バリア３０は略々２００乃至８００オングストロー
ムの厚さであることが望ましい。比較的厚いトンネル・
バリアを使用すると注入物帯とソースまたはドレーンと
のキャパシタンスを減少させ、これが更にトンネル・ト
ランジスタのスイッチング速度を向上させる。類似の関
係が、Ｐｂ　　　Ｓｎ　　　Ｔｅのトン、７０　　．３
０ ネル・バリア３０を介して、Ｐｂ　　　Ｓｎ　　　Ｔｅ
、７８　　．２２ の注入物層３２から生じる正孔トンネル現象について第
３図に示されている。以下に述べる本発明の別の実施例
においては、「共振トンネル現象」として知られる量子
サイズ効果を得るため、比較的薄いトンネル・バリアが
用いられる。

第１図に示される金属接点３４．３６（第１の接点手段
）をそれぞれ接点領域２４．２６上に析出することがで
き、その結果接点領域２４．２６の両側に成る電位を加
えるための電気的手段によりこねに対して接触を生じる
ことができる。同様に、金属接点３８を注入物層３２上
に形成することができ、その結果別の電気的手段を用い
て成る電圧をバイアス注入物層３２に加えることができ
る。

無論、従来の厚膜手法等を用いてトンネル・トランジス
タのパッケージも可能であることが判るであろう。

動作においては、注入物層３２は金属接点３８（第２の
接点手段）に加えられた電圧によりバイアスを掛けて、
トンネル・バリア３０にトンネル電流を生じる。電荷キ
ャリアをチャネル２８に注入してトンネル・トランジス
タをオンにし、またチャネル２８から移動即ち「注出」
してトンネル・トランジスタをオフにする。トンネル現
象の過程においては、トンネル・バリア３０は厚さａお
よび高さｖｏを有する電位エネルギ・バリアを生じ、こ
のバリアを通してトンネル現象が生じる。注入物層３２
にバイアスを掛けることにより、加えられた電界Ｅがト
ンネル・バリア３０中に生成される。印加された電界Ｅ
の作用下での多数電荷キャリアが、高さＶｏの電位エネ
ルギ・バリアを通ってトンネル効果を生じる（但し、Ｏ
ＤＥ＜Ｖｏ）。トンネル・バリア３０の組成は、電荷キ
ャリアがトンネル・バリア３０を通過する時、この電荷
キャリアに対する作動質量ｍ＊を生じる結果となる。ト
ンネル・バリア３０における伝播数αを決定することに
より、 但し、ｈはブランクの定数、透過係数ｔは下式により決
定することができる。即ち、 伝播数と透過係数の双方を決定する際、エネルギおよび
電位に対する値０がバンド・エツジにおいて定義される
。透過係数はトンネル現象の確率であるため、注入物層
３２において得られる電荷キャリア数で乗じれば、第２
図および第３図に示される如きトンネル電流密度を得る
。特定の材料系における一定の印加電界Ｅの場合は、ト
ンネル・バリア３０におけるキャリアの有効質量が減少
するに伴ない、トンネル効果の透過は増加する。このこ
とは、有効質量が減少するにつれて、キャリアと関連す
るドブロイ波長が増大するため妥当する。従って、０．
０２ｍａ（但し、ｍｏは自由電子の質量）の如き小さな
有効質量を有するバリア材料を使用することが望ましい
。

第４図は、チャネル２８および注入物層３２が同一のバ
ンド・ギャップを有する材料からなる第１図に示された
トンネル・トランジスタの第１図の線ｘ−ｘに沿ったバ
イアスを掛けない時のバンド・エネルギを示している。

簡単にするため、伝導帯エツジのみが示されている。

第５図においては、トンネル閾値までバイアスを掛けた
注入物層３２における第４図のエネルギ・バンド図が示
される。注入物層３２における電荷キャリア、本例では
電子が、印加された電界の作用下でトンネル・バリア３
０を通フてチャネル２８に透過する。バリアの高さは加
えられる電界により歪められる。第６図および第７図に
示されるように、注入物層３２、トンネル・バリア３ｏ
およびチャネル２８のエネルギ・バンドの相対位置は、
所要の相対的バンド・ギャップを有する半導体材料を選
定することにより変更することができる。トンネル・ト
ランジスタのバンド形態を変化させることにより、トン
ネル閾値をある用途に対して予め定めることができる。

例えば、第６図において、チャネル２８は注入物層３２
よりもバイアスなしで高いエネルギにあり、このため、
トンネル・トランジスタは比較的高いトンネル閾値電圧
を有する。第７図においては、注入物層３２がチャネル
２８よりバイアスなしで高いエネルギにある。これは、
チャネル２８がゼロの印加注入電圧において低い電気抵
抗を有する「常にオン」のトンネル・トランジスタの場
合である。

広い範囲の半導体材料がトンネル・バリア３０を形成す
る際の使用に適している。適当な材料は、注入物層３２
およびチャネル２８の形成に用いられる材料よりも大き
なバンド・ギャップを有し、小さな導電率有効質量を有
する狭いギャップの半導体であることが望ましい。この
ような材料は、ある鉛／カルコゲニドまたは「鉛／塩」
合金を含む。これらの材料は、０．旧〜０．０５ｍ、程
度の正孔または電子の小さな有効質量を提供し得る。こ
れらの材料は半導体であり、またＰｂ　　　Ｓｎ　　Ｔ
ｅ、Ｐｂ　　　Ｓｎ　　Ｓｅ、１−ｘ　　　ｘ　　　　
　　Ｉ−ｘ　　　ｘＰｂＳ　　　Ｓｅ　　およびＰｂ　
　ＧｅＸＴｅの如１−ｘ　　　’Ｊ　　　　　　Ｌｘ き合金を含む。ＥｕまたはＹｂの如き希土類元素または
ＣａおよびＳｒの如きアルカリ土類元素を含むＰ　ｂＴ
ｅまたはＰｂ５ｅの合金が適当である。トンネル・バリ
ア３０は、例えば、１−ｘ　　　ｘ　　　ｙ　　　１−
ｙ　、即ち小さな有効Ｐｂ　　　　　Ｅｕ　　　Ｓｅ　
　　Ｔｅ質量を有する高いバンド・ギャップ材料を、比
較的低いエネルギ・ギャップを有するＰｂＴｅの注入物
層３２およびチャネル２８と共に用いて作ることもでき
る。既に述べたように充分な格子の歪みを有する動作素
子を作ることもできるが、変数Ｘおよびｙは、層間に厳
密に整合する格子定数を得るように調整することができ
る。

（Ｐｂ　　Ｓｎ　　）　　　Ｅｕ　　Ｓｅ　　Ｔｅｔ−
ｙの１−ｚ　　　ｚ　　Ｉ−ｘ　　　ｘ　　　ｙトンネ
ル・バリア３０もまた、もし Ｐｂ５ｎＴｅの注入物層３２およびチャネル１−ｚ　　
　ｚ ２８と格子が整合されるならば適当であろう。

また、トンネル電流が存在しない場合は、トンネル・バ
リア３０が低いキャリア濃度、望ましくは立方ｃｍ当９
１０１６個の原子より少ない原子数を有することが望ま
しい。

注入物層３２、トンネル・バリア３０およびチャネル２
８のための鉛／塩合金材料の多くの組合せが、本発明に
おける使用に適している。トンネル・バリア３０を構成
する材料が最も高いエネルギ・バンド・ギャップを有す
ることになる。

例えば、鉛／塩系においては、トンネル・バリア３０は
注入物層３２またはチャネル２８よりも下記の元素の内
少なくとも１つを含むことになろう。

即ち、Ｅｕ、Ｙｂ％Ｃａ％Ｃｄ％ＧｅまたはＳｒである
。Ｅｕ、Ｙｂ、Ｃａ、Ｃｄ％Ｇｅ、ＳおよびＳｒをＰｂ
ＴｅおよびＰｂ５ｅに加えると、それらのエネルギ・バ
ンド・ギャップを増加させる。

例えば、ＰｂＴｅは０．２電子ボルトのエネルギ・ギャ
ップを有する。ＰｂＴｅ結晶格子中のｐｂ原子のあるも
のの代りにＥｕ原子で置換することにより、この材料の
エネルギ・バンド・ギャップが著しく上昇し得る。その
結果得られる化合物のＰｂ　　　Ｅｕ　　Ｔｅは、１−
ｘ　　　　　　ｘ ＰｂＴｅより大きな格子定数を有する。ＳｅをＰｂ　　
　Ｅｕ　　Ｔｅに添加することにより、こ１−ｘ　　　
ｘ の時Ｐｂ　　　ＥｕＴｅ　　　Ｓｅ　　であるバリア１
−ｘ　　　ｘ　　　１−ｙ　　　ｙ 合金の格子予定数は、再び略々ＰｂＴｅのそれに戻すこ
とができる。エネルギ・ギャップを上昇させるＥｕまた
はＳｒの添加もまた、材料の格子定数を増加する。Ｓｅ
、ＳまたはＧｅの添加は格子定数の補正に用いられる。

小さな（１０％より小さな）ｖＡ度のＹｂおよびＣａの
添加は、格子定数の無視し得る変化でエネルギ・バンド
・ギャップを増加する。純粋なＣｄＴｅあるいはＣｄ　
Ｔ　ｅ　／　Ｐ　ｂ　Ｔ　ｅの超格子は、トンネル・バ
リア３０または絶縁基板２０のために使用することもで
きる。再び、注入物層３２、トンネル・バリア３０、チ
ャネル２８および絶縁基板２０の格子をできるだけ整合
することが望ましい。

しかし、トンネル・バリア３０が比較的薄いため、不整
合の格子を受入れ得ることにもう一度注意すべきである
。しかし、格子の不整合は、散乱事象間の平均自由時間
を減少することによりキャリアの移動度に負の方向の影
響を及ぼし得る転位を生じるおそれがある格子の歪みを
生じる。

鉛／塩合金の場合は、例えば、 ＰｂＥｕ５ｅＴｅ　　　　（但し、Ｘは約１−ｘ　　　
　ｘ　　　　ｙ　　　　トｙ０．０５乃至０．３であり
、ｙは約０．０５乃至０．３である）を使用することが
望ましい。即ち、この場合に使用が望ましい鉛／塩合金
は、約５乃至３０原子％のＥｕおよび約５乃至３０原子
％のＳｅを含む。Ｐｂ　　　５ｎＴｅの場合には、Ｘの
値は−ｘ ３５原子％のＳｎとなる０、３５程の高い値となり得る
。鉛／塩系の場合は、Ｂ　ａ　Ｆ　２が絶縁基板２０の
形成のための良好な絶縁材料を提供する。

この材料はＰｂＴｅに対して約４％以内の良好な格子整
合を有し、また同様な熱膨張係数を有する。

本発明の実施に用いることができる別の適当な材料は、
Ｂｉ　　　Ｓｂ　　合金を基材とする。これ１−ｘ　　
　ｙ らの合金における量子力学的トンネル効果について他の
研究者が広く研究した。元素ビスマスは、伝導帯Ｌｓ、
価電子帯Ｌａおよび大きな有効質量を有する価電子帯と
して一般に説明され得る重い価電子帯Ｔの３つのエネル
ギ・バンドを有するものとして一般に知られる半金属で
ある。重い価電子帯の存在が、ビスマスを半金属に′さ
せている。ビスマスをアンチモンと合金にすることによ
り、重い価電子帯Ｔは伝導帯Ｌｓのエネルギよりも低下
させることができる。これにより、本発明を実施するた
めこの材料を有効な半導体に変態させるバンド・ギャッ
プを形成する。第８図においては、バンド・エネルギに
関してｓｂをＢｉに添加する効果が示されている。バン
ド・エネルギは垂直軸により示される。Ｘ軸に沿って、
アンチモンが原子％単位で増加する。Ｌａバンドおよび
Ｌａバンドの収束の状態が５原子％において認めること
ができ、また１５原子％においてＴバンドがＬａバンド
よりも下方に下がる。

０．０１ｍ、の如き０．０　ｍｏの値に近い非常に小さ
な有効効質量を持つＢｉ　　　Ｓｂ　　合金を作ること
ｌｘ　　　　　　ｘ ができる。トンネル・バリア３０の形成に用いられる望
ましいＢｉ　　　Ｓｂ　　合金は、アンチモ１−ｘ　　
　　　　ｘ ンが１０原子％乃至３０原子％の範囲内のものである。

即ち、Ｂｉ　　　Ｓｂ　　合金（但し、Ｘは１−ｘ　　
　ｘ 約０．０８乃至０．３の範囲内にある）である。これは
、電子に対し約０．００１１ｍａ乃至０．０６４　ｍ　
０の範囲の有効質量を与える。Ｂｉ　　　Ｓｂ　　材料
系１−ｘ　　　　　　ｘ においては、マイカが絶縁基板２０のため有効な材料と
して役立つ。ビスマス合金はマイカ上で容易に成長でき
、この２つの材料は略々同様な格子定数および熱的特性
を有する。

一般に、トンネル・バリア３０においては、約０．０１
ｍｏ乃至０．ｌＯｍｏの範囲内、最も望ましくは０．０
２ｍ、の導電有効質量を有することが望ましい。これら
の有効質量の値は、バリア結晶内の［１１１］の方向に
対し直角をなすものであることを知るべきであり、トン
ネル電流がこの［１１１］の方向に対し直角に流れるよ
うに本文に開示したトンネル・トランジスタを作ること
が望ましい。無論、全ての層はエピタキシャル層である
。自由電子質ｆｆｉｍｏは０．９１１ｘ　１０−”　ｇ
である。ＰｂＴｅ％Ｐｂ５ｅ、Ｂｉ　　　Ｓｂおよび−
ｘ ある他の材料は、正孔の小さな有効質量ならびに電子の
小さな有効質量を有する。この特質は、これら材料を本
発明による移動性電荷キャリアが電子ではなく正孔であ
るトンネル・トランジスタの製造に有効である可能性を
持たせるものである。両方の型のトンネル・トランジス
タは完全に本発明の範囲内に含まれるべきものである。

第９図においては、ビスマス材料系において実現される
本発明の別の実施例が示されている。

注入物層４０が部分的にトンネル・バリア４２に重なる
ようなパターンを呈するビスマスである。

トンネル・バリア４２は、Ｂｉ　　　Ｓｂ　　合金から
１−ｘ　　　　　ｘ なり、本例においてはＢｉ　　　Ｓｂ　　　であり１．
８５　　　　　．１５ この合金はビスマスよりもいバンド・ギャップと、０．
００：１ｍｏの電子の有効質量とを有する。

本実施例においては、接点領域４４および４６は、これ
らがチャネル４８を形成することができる空間を提供す
るようなパターンを呈するビスマス１１Ｕである。接点
領域４４および４６とチャネル４８とは全て、本例では
マイカでよい絶縁基板５ｏ上に形成されている。トンネ
ル・バリア４２はビスマスに比して高いバンド・ギャッ
プ材料であるため、このバリアは注入物層４０と接点領
域４４および４６との間に電子的な伝導経路を設けるこ
となく、接点領域４４および４６に重なることができる
。

全ての層は、分子ビーム・エピタキシ法により、あるい
は金属／有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）法によって成長す
ることができるが、他の手法も適する。金属接点（図示
せず）は、注入物層４０および接点領域４４および４６
上に形成することもできる。

第１θ図においては、略々真性の半導体膜５４と基板５
６の間に配設された電気的に絶縁性を有するかあるいは
高い抵抗を有する半導体の緩衝層５２を有する本発明の
別の実施例が示されている。緩衝層５２は、基板５６と
チャネル５８の間に遷移領域を提供し、これがなければ
チャネル５８が直接基板５６上に形成される場合に遭遇
するおそれがある不連続点を減少する。本実施例におい
ては、緩衝層５２が少なくとも非常に高い抵抗を呈する
ため、ある理由から必要に応じて基板５６は更に導電性
を呈し得る。金属接点６０が注入物層６２と整合状態に
重なフて示されている。

本例においては、この注入物層の材料は、チャネル５８
に対する多数キャリアとして良好な電子ソースを提供す
る強いｎ型のＰｂＴｅである。

全ての実施例において、トンネル閾値を注入物層の材料
の組成を変更することによって制御できることを指摘し
なければならない。一般に、注入物層６２のフェルミ・
エネルギは導電性を呈する程高くなければならない。こ
れは、中程度にドープ即ち縮退させるため、材料をドー
プすることによって最も容易に半導体林料において達成
することができる。あるいはまた、注入物層６２を形成
するため、半金属または金属の如き真性の高いフェルミ
・エネルギを有する材料を用いることができる。

トンネル・バリア６４は、チャネル５８および注入物層
６２および低い有効質量に対して高いバンド・ギャップ
を有する材料を提供するように調整される高い抵抗性を
有するＰｂ５ｒＣａＴｅから作られる。少量のＹｂ、Ｓ
ｍまたはＴｍをバリア材料に添加することにより、トン
ネル・バリア６４内のキャリア濃度を低下させることも
可能である。

一般に、本発明のチャネル領域内の小さな有効質量は、
下式のためキャリアの高い移動度μに関連している。即
ち、 但し、ｅはキャリアの電荷の大きさ、Ｓは緩和時間即ち
「衝突間の平均自由時間」、またｍｌは再びキャリアの
有効質量である。従って、可能な場合は、緩和時間Ｓが
増加してキャリアの移動度およびトンネル・トランジス
タの相互コンダクタンスを増加させるように、チャネル
におけるキャリアの有効質量を減少することが望ましい
。

再び第１Ｏ図において、接点領域６６および６８は、イ
オン打込み法その他の適当な方法によりこれらの接点領
域をｎ型に強くドープすることによって半導体膜５４に
形成される。接点領域６６および６８は緩衝層５２中に
延長することは必要でないが、本質的に打込みまたは拡
散プロセス中に生じ得る。チャネル５８は少なくとも真
性ＰｂＴｅ材料である。本例では、高い抵抗性のＰｂＴ
ｅ基板５６が用いられる。金属接点７０．７２がそれぞ
れ接点領域６６．６８および注入物層６２上に付着され
ていることが判る。本例において使用するため、ＩｎＳ
ｂ、ＩｎＡｓおよびＧａＳｂの如き他の材料系が適し、
また元素の周期律表によれば、ＩＩＩ族−Ｖ族の化合物
も適し得る。また、ＨｇＣｄＴｅ系においてはＩＩ族−
Ｖｌ族の化合物を使用することもできる。これらの系統
はまた、寄生キャパシタンスが更に小さくなる誘電率が
小さい故に、迅速なトランジスタ動作を呈し得る。

本発明のトンネル閾値もまた、量子サイズ効果を呈する
チャネルを有するトンネル素子を構成することにより制
御することができる。量子ウェルは、比較的高いバンド
・ギャップ材料の２つの層間に配設された低いバンド・
ギャップを有する非常に薄い半導体材料層である。「超
格子」としても知られる多重量子ウェルは、高バンド・
ギャップ材料および低バンド・ギャップ材料め層を交互
にすることにより形成される。前記のように、本発明の
トンネル閾値は、チャネルに対する特定のバンド・ギャ
ップを有する材料を選定することにより制御することが
できる。同じ効果が、量子サイズ効果がチャネル内のキ
ャリアの主な特性となるようにチャネルを薄化すること
により達成することができる。本質において、１つ以上
の量子ウェルを用いてチャネルを形成することにより、
正確な最も低いエネルギ状態を有する「人工的な」半導
体領域即ち「量子チャネル」゛を作ることができる。換
言すれば、量子ウェルの使用により、所要のエネルギ特
性を有するチャネルを容易に作ることができる。本発明
の本実施例の単一の量子ウェルを含む伝導帯エツジに対
するエネルギ・バンド図が、第１１図に示されている。

Ｘ軸は、量子チャネルからトンネル・バリアを介して注
入物層に至る逆トンネル電流の方向と一致する。

次に第１２図においては、本発明により構成された■子
つェルを打するトンネル・トランジスタが、高いバンド
・ギャップ、高い抵抗性の基板７４を有する状態で示さ
れ、この基板上には低いバンド・ギャップ、高い抵抗性
の半導体材料の、本文においては量子チャネル層７６と
呼ばれる薄いエピタキシャル層が配設されている。量子
チャネル層７６には、高いバンド・ギャップ、高い抵抗
性の半導体材料の本文ではトンネル・バリア層７８と呼
ばれるエピタキシャル層が重なっている。この層は量子
チャネル層７６の全長にわたり延長し得る。量子サイズ
効果を達成するためには、所要の最も低い量子状態およ
び材料特性に従って、量子チャネル層７６が約２０乃至
１，０００オングストロームの厚さでなければならない
。接点領域８０．８２は、トンネル・バリア層７８に形
成され、量子チャネル層７６を経て基板７４まで延長し
ている。接点領域８０．８２は、これら接点領域を拡散
法またはイオン打込み法により強くドープ１−ることに
より形成することができる。接点領域８０．８２は、量
子チャネル層７６の残留高抵抗部分８３およびトンネル
・バリア層７８の残留高抵抗部分８５によって分離され
ている。

注入物層８４が、トンネル・バリア層７８の残留高抵抗
部分８５の表面上に形成される。注入物層８４は少なく
ともかなり低い電気抵抗を呈するため、接点領域８０．
８２の間の中央寄りに形成される。

さもなければ、この注入物層は残留高抵抗部分８３上に
電気的短絡を生じることになる。

金属接点８６．８８は、それぞれ接点領域８０．８２上
に形成され、金属接点９０は注入物層８４上に配設され
る。金属接点８６〜９０を形成するためには周知のどん
な手法でも適合し得る。あるいはまた、量子チャネル層
７６は、多重量子ウェルを有する超格子（図示せず）か
らなることもあり得る。

第１３図に示される本発明の更に別の実施例においては
、超格子を用いて緩衝層とチャネル間に界面を配列させ
て、接点領域間で電荷キャリアが移動する「階段状の」
エネルギ特性を得る。例えばＰｂＴｅ材料系においては
、基板９２はＰ　ｂ　、ａＥ　ｕ　、２Ｓ　ｅ　、２Ｔ
　ｅ　、ａのこれに重なり合う高抵抗のエピタキシャル
緩衝層９４を有する状態で示される。高抵抗の緩衝層９
４上には、Ｐｂ　　　Ｅｕ　　　Ｓｅ　　　Ｔｅ　　　
の原子の、９５　　．０５　　．０５　　．９５薄層領
域と交互になるＰ　ｂ　、８Ｅ　ｕ　、２Ｓ　ｅ　、２
Ｔ　ｅ　、ａの原子の薄層領域の超格子９６が置かれて
いる。

約１０乃至１００オングストロームの厚さの範囲内にな
ければならない。本例においては、超格子９６の最上位
の層はＰ　ｂ　、８Ｅ　ｕ　、２Ｓ　ｅ　、２Ｔ　ｅ　
、ａであり、底部層はＰｂ　　　Ｅｕ　　　Ｓｅ　　　
Ｔｅ　　　であ、９５　　．０５　　．０５　　．９５
る。

超格子９６上には、Ｐｂ　　　Ｅｕ　　　Ｓｅ、９５　
　．０５　　．０５ Ｔｅ　　　からなるエピタキシャル・チャネル９８が、
９５ 配設されている。緩衝層９４、超格子９６およびチャネ
ル９８を形成するため用いられる製作法は非常に軽くド
ープしたＰ型材料をもたらす結果となったことを知るべ
きである。しかし、これらの層は適当に真性の材料でよ
い。また、本発明の本実施例においては、前に述べた実
施例と関連するため、超格子９６が素子のチャネルとし
ては機能しないことも知るべきである。チャネル９８上
に重なっているのは、Ｐ　ｂ　、８Ｅ　ｕ　、２Ｓ　ｅ
　、２Ｔ　ｅ　、ａから形成され、かつその上に強くド
ープされたｎ型のＰｂＴｅ注入物層１０２が配設された
トンネル・バリア１００である。金属接点１０４が、従
来のメタライゼーション法を用いて注入物層１０２上に
形成される。

本発明の本実施例においては、接点領域１０６．１０８
が緩衝層９４におよびこれに跨がって配設されている。

接点領域はまた、超格子９６の内部および端部に跨がっ
て延長し、かつチャネル９８内にも僅かに延長するよう
画成される。従来の製作法を用いると、満足できる素子
の形成に必要ではないが、接点領域＋０６および１０８
が更に上方に延長して、トンネル・バリア１００および
注入物層１０２の対向端部内に交差しがちである。第１
の金属接点１１０および第２の金属接点＋１２は接点＠
＠＋ｏ６および＋０８上にそれぞれ形成さ九る。接点領
域＋０１ｉ　、＋０８は、イオン打込み法または拡散法
により形成することができる。

動作においては、第１の電圧を用いて接点領域１０６　
、１０８の両側に電位を確保し、第２の電圧を用いて注
入物層１０２にバイアスを与える。注入物層１０２がト
ンネル閾値に略々達するようにバイアスが与えられる時
、キャリアがトンネル・バリア１００を通ってチャネル
９Ｂ内に透過し、これによりチャネルの抵抗を低下させ
る。この時、電流は接点領域１０６　、１０８間のチャ
ネルを介して流れる。

超格子ＩＩ６は、電流が更に容易に超格子９６を横切フ
て接点領域１０６　、１０８を通フて流れることを許容
するが、さもなければ緩衝層９４とチャネル９８の界面
には大きなエネルギ・ギャップが存在することになる。

実際に、超格子９６は緩衝層９４とチャネル９８間のエ
ネルギ遷移をｒグレードする　（ｇｒａｄｅ）Ｊもので
ある＠

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成されたトンネル・トランジス
タを示す断面側面図、第２図はトンネル・バリアの厚さ
に関する電子流密度の依存度を示すグラフ、第３図はト
ンネル・バリアの厚さに関する正孔電流密度の依存度を
示すグラフ、第４図は注入物にバイアスを掛けない時の
第１図の線ｘ−ｘに関する伝導帯のエツジを示すエネル
ギ・バンド図、第５図は注入物にバイアスを掛けた時の
第１図の線ｘ−ｘに関する伝導帯エツジのエネルギ・バ
ンド図、第６図は注入物バンド・ギャップより高いチャ
ネルのバンド・ギャップを有するトンネル・トランジス
タにおける注入物にバイアスを掛けない時の第１図の線
ｘ−Ｘに関する伝導帯エツジを示すエネルギ・バンド図
、第７図は注入物バンド・ギャップよりも低いチャネル
のバンド・ギャップを有するトンネル・トランジスタに
おける注入物にバイアスを掛けない時の第１図の線Ｘ−
ｘに関する伝導帯エツジを示すエネルギ・バンド図、第
８図はビスマスの電価電子帯を減少させる際のアンチモ
ンの効果を示すグラフ、第９図は本発明に従ってＢ１Ｓ
ｂ材料系で作られたトンネル・トランジスタを示す断面
側面図、第１０図は基板とチャネルとの間に緩衝層が挿
置された本発明により構成されたトンネル・トランジス
タを示す断面側面図、第１１図は第１２図の線Ｙ−Ｙに
関する伝導帯エツジを示すエネルギ・バンド図、第１２
図は量子ウェルを有する本発明により作られたトンネル
・トランジスタを示す断面側面図、および第１３図は超
格子を有する本発明により作られたトンネル・トランジ
スタを示す断面側面図である。 ２０．５０・・・絶縁基板、２２・・・エピタキシャル
膜、２４．２６．４４．４６．６６．６８．８ｏ、８２
．１０６．１０８−−・接点領域、２８．４８．５８．
９８−・・チャネル、３０．４２．６４．７８、ｌｏｏ
・・・トンネＡ／−バリア、３２．４０．６２、！目、
Ｉ　０２−輸注入物層、３４．３６．３８．６０．　７
０．７２．８６．８８．９０，１０４．１１０゜１１２
−・・金属接点、５２．９４−・・緩衝層、５４・・・
半導体膜、５６．７４−・・基板、７　Ｂ−・・量子チ
ャネル層、９６・・・超格子。 （他　４名） ｊ９・５ ｇ９．６ う７ ／Ｊ／９．９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気的絶縁基板（２０）と、該絶縁基板上に置かれ
   た半導体材料の膜（２２）と、該半導体膜上に置かれた
   第１と第２の隔てられた半導体領域（２４、２６）とを
   備えるトンネル・トランジスタにおいて、 前記半導体膜に配設されかつ前記第１と第２の半導体領
   域間に挿置された第３の半導体領域（２８）と、 該第３の半導体領域に対して電荷キャリアを量子力学的
   に出入させ前記第３の半導体領域の電気抵抗を変化させ
   、前記第１と第２の半導体領域間で該第３の半導体領域
   を通って流れる電流を変化させる、前記第３の半導体領
   域と隣接するトンネル装置（３０、３２、３８）と、 を設けることを特徴とするトンネル・トランジスタ。 ２、前記トンネル装置が、電荷キャリアが量子力学的に
   透過する前記第３の半導体領域（２８）上に配設された
   半導体材料のトンネル・バリア（３０）を含み、該トン
   ネル・バリアは該第３の半導体領域のバンド・ギャップ
   よりも大きなバンド・ギャップを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のトンネル・トランジスタ
   。 ３、前記トンネル装置が更に、前記トンネル・バリア（
   ３０）上に配設された導電性材料の注入物層を含み、該
   注入物層は前記トンネル・バリアのバンド・ギャップよ
   りも小さなバンド・ギャップを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載のトンネル・トランジスタ。 ４、前記トンネル・バリア（３０）が狭いバンド・ギャ
   ップの半導体材料から形成され、０．２ｍ＿０（ｍ＿０
   は自由電子質量）より小さな導電率有効質量を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項に記
   載のトンネル・トランジスタ。 ５、前記絶縁基板（２０）と前記半導体膜（２２）との
   間にこれらと隣接して配設され、該絶縁基板と半導体膜
   との界面において生じるおそれがある結晶不連続性を減
   少させる半導体材料の緩衝層（５２）を更に設けること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
   か一つに記載のトンネル・トランジスタ。 ６、前記第１と第２の半導体領域（２４、２６）が第１
   の導電型を有し、 前記第３の半導体領域（２８）が第２の導電型を有し、 前記トンネル・バリア（３０）が該第３の半導体領域に
   重なり合いかつ部分的に前記第１と第２の半導体領域と
   重なり合い、 該第１と第２の半導体領域に跨がって電位を加える第１
   の接点装置（３４、３６）と、 前記注入物層（３２）に跨がって第１の電位を加え、前
   記注入物層内の多数電荷キャリアが前記トンネル・バリ
   アを介して前記第３の半導体領域内に量子力学的に透過
   して、前記第３の半導体領域の電気抵抗を低下させて電
   流を前記第１の半導体領域と前記第２の半導体領域間に
   前記第３の半導体領域を介して流れさせ、かつ前記注入
   物層に跨がって第２の電位を加え、前記第３の半導体領
   域内の多数キャリアが前記トンネル・バリアを介して前
   記注入物層内に量子力学的に透過して前記第３の半導体
   領域の電気抵抗を上昇させて前記第１と第２の半導体領
   域間の電流の流れを停止させる第２の接点装置（３８）
   と、 を更に設けることを特徴とする特許請求の範囲第３項乃
   至第５項のいずれか一つに記載のトンネル・トランジス
   タ。 ７、前記第１の導電型がｎ型であり、前記第２の導電型
   が、真性で、弱いｐ型および弱いｎ型の材料からなるグ
   ループから選択されることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載のトンネル・トランジスタ。 ８、前記注入物層（３２）が、金属、半金属およびドー
   プされた半導体からなるグループから選択された材料を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項または第７
   項に記載のトンネル・トランジスタ。 ９、前記第１の接点装置が、それぞれ第１と第２の半導
   体領域（２４、２６）に置かれた第１と第２の金属接点
   （３４、３６）を含み、前記第２の接点装置が、前記注
   入物層（３２）上に配設された第３の金属接点（３８）
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第６項乃至第８
   項のいずれか一つに記載のトンネル・トランジスタ。 １０、前記絶縁基板（２０）が、フッ化バリウムを含み
   、前記半導体膜（２２）がＰｂＴｅを含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第６項乃至第９項のいずれか一つに
   記載のトンネル・トランジスタ。 １１、前記注入物層（３２）が、強くドープされたｎ型
   のＰｂＴｅを含み、前記トンネル・バリア層（３０）が
   、鉛／カルコゲニドの合金、ＣｄＴｅおよびＣｄＴｅの
   超格子からなるグループから選択される材料から形成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第６項乃至第１０
   項のいずれか一つに記載のトンネル・トランジスタ。 １２、前記第３の半導体領域（２８）が、約２００乃至
   １０，０００オングストロームの厚さの範囲内にあり、
   前記トンネル・バリア（３０）が約２０乃至１，０００
   オングストロームの厚さの範囲内にあり、かつ前記注入
   物層（３２）が約１，０００乃至２０，０００オングス
   トロームの厚さの範囲内にあることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項乃至第１１項のいずれか一つに記載のト
   ンネル・トランジスタ。 １３、前記トンネル・バリア（３０）が、約０．２ｍ＿
   ０乃至０．００１ｍ＿０の範囲内の有効質量と、約１．
   ５乃至０．２ｅｖの範囲内のエネルギ・バンド・ギャッ
   プとを有することを特徴とする特許請求の範囲第６項乃
   至第１２項のいずれか一つに記載のトンネル・トランジ
   スタ。 １４、前記絶縁基板（２０）がマイカを含み、前記注入
   物層（３２）がビスマスを含み、前記トンネル・バリア
   （３０）がビスマスとアンチモンの第１の合金を含み、
   前記第３の半導体領域（２８）がビスマスとアンチモン
   の第２の合金を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載のトンネル・トランジスタ。 １５、前記緩衝層（９４）と前記第３の半導体領域（９
   ８）間にこれらと接触状態にエピタクシーに挿置された
   超格子（９６）を設け、該超格子は、前記緩衝層の半導
   体材料と前記第３の半導体領域の半導体材料の交互のエ
   ピタキシャル層を備え、 前記注入物層は前記緩衝層、前記第３の半導体領域およ
   び前記トンネル・バリア（１００）の半導体材料に対し
   て高いフェルミ・エネルギを有する材料製であり、前記
   第１と第２の半導体領域（１０６、１０８）が、前記緩
   衝層に形成されかつ前記超格子に誇がりかつ前記第３の
   半導体領域内に延長して、前記第１と第２の半導体領域
   間で前記第３の半導体領域を介して流れる電流が前記超
   格子を流れることを特徴とする特許請求の範囲第５項乃
   至第１３項のいずれか一つに記載のトンネル・トランジ
   スタ。 １６、電気絶縁材料の基板（２０）と、 該絶縁基板上に配設された小さなバンド・ギャップの半
   導体材料膜（２２）と、 該半導体膜に配設された第１と第２の隔てられた半導体
   領域（２４、２６）であって、選択された導電型を有す
   る第１と第２の半導体領域と、 前記半導体膜上に配設されかつ前記第１と第２の半導体
   領域間に挿置された第３の半導体領域（２８）と、 前記半導体膜上に配設されかつ前記第３の半導体領域に
   重なり合い、第３の半導体領域のエネルギ・バンド・ギ
   ャップよりも大きなエネルギ・バンド・ギャップを有す
   る半導体材料のトンネル・バリア（３０）と、 前記トンネル・バリア上に配設され、伝導帯内のフェル
   ミ・エネルギを有する半導体材料の注入物層（３２）と
   、 前記第１と第２の半導体領域の両側に電位を加える第１
   の接点装置（３４、３６）と、 前記注入物層を電気的にバイアスして、前記注入物層の
   多数電荷キャリアが前記トンネル・バリアを介して前記
   第３の半導体領域内に透過して前記第３の半導体領域の
   電気抵抗を減少させ、前記第１の半導体領域と前記第２
   の半導体領域間に前記第３の半導体領域を介して電流が
   流れ、また前記注入物層を電気的にバイアスして、前記
   第３の半導体領域内の多数キャリアが前記トンネル・バ
   リアを介して前記注入物層内に透過して、前記第３の半
   導体領域の電気抵抗を増大させて前記第１と第２の半導
   体領域間に流れる電流を停止させる第２の接点装置と、 を設けることを特徴とするトンネル半導体素子。 １７、半導体材料の緩衝層（５２）が、絶縁基板（５６
   ）と半導体膜（５４）との間に配設されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１６項記載のトンネル半導体素子
   。