DE1944147A1

DE1944147A1 - Halbleiterbauelement zur Verstaerkung von Mikrowellen

Info

Publication number: DE1944147A1
Application number: DE19691944147
Authority: DE
Inventors: Acket Gerard Adriaan; Vlaardingerbroek Marinu Teunis
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-09-10
Filing date: 1969-08-30
Publication date: 1970-05-27
Also published as: DE1944147C3; US3754191A; DK124156B; CH518032A; ES371301A1; SE362316B; DE1944147B2; GB1283395A; BE738579A; BR6912254D0; FR2019419A1; NL6812862A

Description

Ing. (grad.) Günther M. David

_ ' 2000 HAMBURG 1, IQ. 12 1Q6Q

Patentassessor MönckebergstraBe 7 Dd/Ihi

Telefon: 33 92 21 '

1 9 4 A 7 4 7 Fernschreiber: 2-161587 a dpi» d

N.V.Philips¹ Gloeilampenfabrieken Aktes PHN-3460

Abschrift

"Halbleiterbauelement zur Verstärkung von Mikrowellen"

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement zur Verstärkung von Mikrowellen, das eine Halbleiterschicht mit mindestens zwei Anschlußkontakten enthält, in welcher Schicht bei hinreichend hoher Gleichspannung zwischen den Anschlußkontakten ein negativer Differentialwiderstand eingestellt werden kann.

Solche Bauelemente sind bekannt und werden zum Erzeugen oder'Verstärken elektrischer Signale hoher Frequenz verwendet. Sie gründen sich auf die Erscheinung, daß in bestimmten Halbleitermaterialien, z.B. in Galliumarsenid, Cadmiumtellurid, Indiumphosphid und Zinkselenid, bei hinreichend hoher Feldstärke (Grenzwert für Galliumarsenid etwa 3*5 kV /cm) ein Übergang von Elektronen in das Leitungsband von einem Zustand niedrigerer Energie und höherer Beweglichkeit In einen Zustand höherer Energie und niedrigerer Beweglichkeit auftritt. Infolgedessen tritt einnegativer Differentialwiderstand in einer bestimmten Spannungsstrecke auf. Dieser negative Differentialwiderstand läßt sich zur Verstärkung elektrischer Signale benutzen. Die erforderliche Feldstärke wird durch das Anlegen einer hinreichend hohen Gleichspannung zwischen zwei auf der Halbleiterschicht angebrachten

0Öt*2t/1ttt

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Anschlußkontakten, dem Kathodenkontakt und dem Anodenkontakt erhalten.

Unter Umständen kann bei solchen Strukturen der" erwähnte Übergang von Elektronen nicht nur einen Differentialwiderstand, hervorruf en, sondern auch zum Aufbau von Gebieten hoher Feldstärke, sogenannter Domänen, Anlaß geben, die sich in der wirksamen Schicht von dem Kathodenkontakt zu dem Anodenkontakt mit einer Geschwindigkeit bewegen, die

. annähernd gleich der Triftgeschwindigkeit der Elektronen ist. Es entstehen dadurch zwischen den Anschlußkontakten Hochfrequenzschwingungen, die jedoch bei--Bauelementen vorerwähnter Art, auf die sich die Erfindung bezieht, unerwünscht sLnd und vermieden werden sollen. Es kann berechnet werden, daß diese Bildung von Domänen verhütet werden kann, wenn das Produkt der Konzentration η von Mehrheitsladungsträgern in der Halbleiterschicht und des Äbstandes L zwischen den Anschlußkontakten unterhalb eines bestimmten ; Grenzwertes liegt. Dies läßt sich wie folgt erklären. Wenn zwischen dem Kathodenkontakt und dem Anodenkontakt eine örtliche Abweichung in der Elektrodendichte und somit ein Raumladungsgebiet entsteht, z.B. infolge eines zwischen

^ Anode und Kathode angelegten Eingangssignals, bewegt sich..-'.-dieses Raumladungsgebiet von der Kathode zu der Anode und ; wächst dabei infolge des negativen Differentialwiderstandem, der durch den SpannungsuHt;erschied zwischen Kathode und Anode in der Halbleiterschicht erzeugt wird. Das Anwachsen dieses Raumladungsgebietes soll beschränkt werden, da bei einem zu starken Wachsen die vorerwähnte Domänenbildung eintritt. Bei den bekannten Vorrichtungen verlaufen die von dieser Raumladung ausgehenden Linien der elektrischen Feldstärke praktisch alle parallel zu dem. zwischen Anode und

Kathode angelegten Feld und tragen zu diesem Anwachsen
der Raumladung bei. Daher ist bei den bekannten Bauelementen der Abstand L zwischen Anode und Kathode auf einige Mikron beschränkt, während außerdem die Dotierungskonzentration η der Schicht nicht allzu hoch sein soll. Außerdem, wenn keine äussere Ursachen der Erzeugung von Ladungsträgern, wie Bestrahlung, vorhanden sind, entspricht der Wert η praktisch der Dotierungskonzentration. Bei' einer epitaktischen Schicht vom η-Typ Galliumarsenid, die in diesen Vorrichtungen häufig verwendet wird, liegt dieser Grenzwert von η χ L

1P —Ρ

in der Ordnung von 10 cm" (n in Elektronen/cc und L in
cm).

Um die Beschränkungen, denen die erwähnten, bekannten Bauelemente unterliegen, zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, die Halbleiterschicht an ein Grenzgebiet hohen spezifischen Widerstandes und vorzugsweise mit hoher dielektrischer Konstante als die Halbleiterschicht angrenzen zu
lassen. Daher wird ein verhältnismäßig großer Teil der von der Raumladung ausgehenden Feldlinien über das erwähnte
Grenzgebiet verlaufen, wodurch die Feldstärkekomponente
in d'er Schichtrichtung (die longitudinale Feldstärke), die das erwähnte Anwachsen des Raumladungsgebietes bestimmt,"
in erheblichem Maße verringert wird, so daß ein erheblich
grösserer Abstand L zwischen den Anschlußkontakten und/oder eine erheblich höhere Dotierungskonzentration η der wirksamen Halbleiterschicht verwendbar ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Bauart zu schaffen, bei der
eine besonders wirksame Ablenkung der von der Raumladung
ausgehenden Feldlinien in einer quer zur Halbleiterschicht verlaufenden Richtung unter Verwendung besonders einfacher Mittel erzielt wird.

009822/ .-18 5.3

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Anbringung einer elektrisch gut leitenden Schicht, die durch eine Sperrschicht elektrisch von der wirksamen Halbleiterschicht getrennt ist, die beabsichtigte Ablenkung der Feldlinien in einfacher Weise erhalten werden kann.

Ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art zur Verstärkung von Mikrowellen nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite der Halbleiterschicht eine elektrisch gut leitende Schicht angebracht wird, die durch eine Sperrschicht elektrisch von der Halbleiterschicht getrennt ist und einen Schichtwiderstand aufweist, der geringer ist als der der Halbleiter-· schicht, wobei die Anschlußkontakte in der Schichtrichtung in einem Abstand voneinander angeordnet sind, in der Weise, daß Domänen nicht in der Halbleiterschicht gebildet werden können.

Es wird dabei unter Schichtwiderstand, wie üblich, der spezifische Widerstand der Schicht geteilt durch ihre Dicke verstanden. Dieser Schichtwiderstand wird mit Ohm/Quadrat ausgedrückt.

Infolge der Anwesenheit der gut leitenden Schicht lenken sich die von der vorerwähnten,RaUmladung ausgehenden Feldlinien um einen großen Teil in einer zur Halbleiterschicht quer verlaufenden Richtung ab und verlaufen weiterhin innerhalb der gut leitenden Schicht, wodurch die bereits erwähnte günstige Wirkung, d.h. die Hemmung der Domänenbildung und somit die Vergrösserung des maximal zulässigen n_Q L-Produktes erzielt wird.

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Die in dem Bauelement nach der Erfindung erzielte Ablenkung der Feldlinien ist besonders wirksam, da die erhaltene Feldverteilung annähernd der Feldverteilung entspricht, die erreicht werden würde, wenn sich an die Halbleiterschicht ein Grenzgebiet vorerwähnter Art 3'edoch mit einer ' unendlich großen dielektrischen Konstante anschließen würde.

Ein weiterer, wichtiger Vorteil des Bauelements nach der Erfindung besteht darin, daß bei vielen bekannten Bauelementen die gut leitende Schicht und die Sperrschicht praktisch ohne zusätzliche Herstellungsstufen angebracht werden können, wodurch das Bauelement nach der Erfindung durch ein sehr wenig arbeitsintensives Verfahren hergestellt werden kann.

Obgleich grundsätzlich die Halbleiterschicht aus polykristallinischem Material bestehen kann, wird mit Rücksicht auf häufig an Korngrenzen auftretende Übergangswiderstände und andere Störungen eine Einkristallschicht bevorzugt»

Die Dicke der Halbleiterschicht kann nicht unbeschränkt groß gewählt werden. Wenn die Dicke der wirksamen, epitaktischen Schicht in bezug auf die Abmessung des Raumladungsgebietes in der Schichtrichtung groß ist, wird trotz der Anwesenheit der Sperrschicht und der gut leitenden Schicht ein verhältnismäßig großer Teil der Feldlinien innerhalb der Schicht von der Kathode zu der Anode verlaufen. Es ist daher erwünscht, um die Bildung von Domänen möglichst zu vermeiden, daß die Dicke der wirksamen, epitaktischen Schicht erheblich kleiner und vorzugsweise mindestens zweimal kleiner als die Länge einer Domäne von der Kathode zu der Anode sei, welche Domänen sich bilden könnten, wenn die Schichtdicke unbeschränkt wäre. Diese Domänenlänge

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hängt von verschiedenen Paktoren ab. Eis kann nachgewiesen werden (siehe "Bell System Technical Journal" Band 46, Dezember 1967, Nr. 10, Seite 2257), daß die Domänenlänge praktisch gleich

ist, wobei V den Spannungsabfall in Volt

über die Zone, e die relative dielektrische Konstante der Schicht, n_Q die Konzentration von Mehrheitsladungsträgern in der Schicht pro cc, e die Elektronenladung in Coulomb und e ₀ die
bezeichnen.

und e die dielektrische Konstante des Vakuums in Farad/m

Die minimale Domänenlänge tritt somit auf bei der kritischen Minimumfeldstärke E ,bei der im betreffenden Material Domänenbildung auftreten kann. In der Praxis zeigt sich, ■ daß annähern! gilt, daß

— wobei L der (minimale) Abstand zwischen den

Anschlußkontakten ist. Die minimale Domänenlänge beträgt also annähernd:

■^Eo-.- ^L ■· ^eo ^gr
en

■ O

Nach der Erfindung ist eine wichtige, bevorzug-te Ausführungsform dieses Bauelementes dadurch gekennzeichnet, daß die ^!- Dicke der epitaktischen Schicht maximal gleich; ■"'■/;

■ist/ wobei E_c die kritische Feldstärke in Volt/m ist, oberhalb deren in Halbleitermaterial der Schicht Hochfeldzorien~ bildung auftreten kann, L den kleinsten Abstand in m zwischen den Anschlußkontakten, e_r die relative dielektrische

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Konstante der Schicht, e die Elektronenladung in Coulomb, η die Konzentration von Mehrheitsladungsträgern der Schicht pro. vor und e die dielektrische Konstante des Vakuums in Farad/m bezeichnen. Dies ergibt eine obere Grenze für das Verhältnis zwischen Schichtdicke und Kontaktabstand, unterhalb deren die Domänenbildung sehr stark gehemmt wird. Im Zusammenhang mit der vorerwähnten beschränkenden Bedingung in bezug auf die Schichtdicke wird diese vorteilhafterweise maximal gleich 5 Wa und vorzugsweise maximal gleich 1 μπι gewählt, wodurch bei der üblichän Spannung, bei dem üblichen Kontaktabstand und bei der üblichen Dotierung Domänenbildung bei Schichtdicken verhütet wird, die sonst technologisch in einfacher V/eise erzielt werden können.

Die Sperrschicht, die dazu dient, die unterliegende wirksame Halbleiterschicht vor Kurzschluß durch die gut leitende Schicht zu schützen, läßt sich auf verschiedene Weise ausbilden. In einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform wird erfindungsgemäß die Sperrschicht durch eine auf der wirksamen Halbleiterschicht angebrachte isolierende Schicht gebildet, auf der die gut leitende Schicht angebracht wird. Diese isolierende Schicht kann aus einem beliebigen Isolator bestehen. Vorteilhafterweise besteht die isolierende Schicht aus*Siliciumoxyd oder Siliciumnitrid, Siliciumnitrid läßt sich nämlich sehr zweckvoll auf Galliumarsenid anbringen. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung einer isolierenden Schicht als Sperrschicht ist der, daß bei vielen bekannten Ausführungsformen von Halbleiterbauelementen zum Verstärken von Mikrowellen bereits eine isolierende Schicht, häufig eine Siliciumoxydschieht, angebracht wird, wobei die Anoden- und Ka,thodenkontakte durch auf der isolierenden Schicht aufgebrachte Metallschichten gebildet werden, die durch Fenster in der isolierenden Schicht mit der Halbleiterschieht einen Kontakt herstellen. Indem die zum Anbringen dieser isolieren-

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den Schicht und der Metallschichten verwendeten Masken passend geändert werden, lassen sich die isolierende Schicht und die darauf liegende gut leitende Schicht, hier eine aus dem gleichen Metall wie die Anschlußkontakte bestehende Metallschicht erfindungsgemäß ohne zusätzliche Herstellungsstufen anbringen. Die Dicke der isolierenden Schicht ist innerhalb weiter Grenzen veränderlich, aber sie liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,1 μβί und etwa Γ μΐη..

Die gut leitende Schicht besteht vorzugsweise aus. einer Metallschicht, die mit der darunter liegenden Halbleiterschicht eine Schottky-Sperrschicht bilden kann. Dies hat den Vorteil, daß, wenn in der isolierenden Schicht Störstellen in der Form von Löchern ("pin holes") auftreten, das Metall durch diese Löcher keinen Kurzschluß mit der Halbleiterschicht macht, sondern durch die Schottky-Sperrschicht elektrisch davon getrennt wird.

Die Sperrschicht kann auch als Ganzes durch eine Schottky-Sperrschicht gebildet werden. Daher wird in einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform auf der Halbleiterschicht eine Metallschicht angebracht, die mit der Halbleiterschicht eine als Sperrschicht dienende Schottky-Sperre bildet, die im Betrieb in der Sperrichtung vorgespannt ist. Diese Struktur hat den Vorteil, daß keine gesonderte Sperrschicht vorgesehen zu werden braucht,

Die Sperrschicht kann auch durch die Verarmungsschicht eines pn-Überganges gebildet werden. Zu diesem Zweck grenzt bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Bauelements nach der Erfindung die wirksame Halbleiterschicht an eine zweite Halbleiterschicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit niedrigerem spezifischem Widerstand, die von der ersten Schicht'elektrisch durch die Verarmungsschicht des

,.;:■■ .■■■. - 9 001822/1313

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durch die beiden Halbleiterschichten gebildeten pn-Überganges getrennt wird, der im Betrieb in der Sperrichtung vorgespannt ist. Die zweite Halbleiterschicht kann- dabei aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die erste Schicht oder aus einem anderen Halbleitermaterial bestehen.

Die wirksame Halbleiterschicht kann frei tragend ausgebildet werden. In den meisten Fällen wird jedoch zur Vergrösserung der Festigkeit die Halbleiterschicht auf eine Unterlage angebracht. Die Unterlage kann z.B. aus keramischem Material bestehen. In einer wichtigen, bevorzugten Ausführungsform wird die wirksame Halbleiterschicht in Form einer epitaktischen Schicht auf einer Halbleiterunterlage angebracht, die aus dem gleichen Halbleitermaterial oder aus einem anderen Material mit passender Gitterkonstante bestehen kann.

Wenn ein pn-übergang als Sperrschicht verwendet wird, kann dabei die zweite Halbleiterschicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die an die erste wirksame Halbleiterschicht grenzt, einen Teil der Unterlage bilden, d.h. die zweite Halbleiterschicht kann durch die Unterlage als Ganzes oder durch eine Oberflächenschicht der Unterlage gebildet werden.

In allen vorerwähnten, bevorzugten Ausführungsformen kann zur Verstärkung der Ablenkwirkung auf beiden Seiten der wirksamen Halbleiterschicht eine Sperrschicht und eine gut leitende Schicht angebracht werden.

Die gut leitende Schicht kann ein zusammenhängendes Ganzes bilden. In einer wichtigen, bevorzugten Ausführungsform jedoch ist die gut leitende Schicht zwischen den Anschlußkontakten in Teilsohiohten durch einen oder mehrere Schlitze

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aufgeteilt, die praktisch gemäß A'quipotentiallinien zwischen den Anschlußkontakten verlaufen. Die Schlitze und die. einander zugewandten Ränder der Anoden- und Kathodenkontakte brauchen dabei selbstverständlich nicht gerade zu sein. Es können z.B. auch konzentrische Anschlußkontakte und dazu konzentrische, ringförmige Schlitze oder andere, verwickeitere geometrische Anordnungen verwendet werden. Diese Aufteilung der gut leitenden Schicht in Teilschichten hat den Vorteil, daß zu große Potentialsprünge über die Sperrschicht verhütet werden können, da die Teilschichten zueinander verschiedene Potentiale führen werden.

Die erwähnten Teilschichten können im Betrieb elektrisch schwebend sein, in welchem Falle das Potential jeder Teilschicht sich an das Potential des untenliegenden Teiles der Halbleiterschicht anpaßt. ·.

In einer wichtigen, bevorzugten AusführungsSbrm sind die gut leitende Schicht oder mindestens eine, der Teilschichten mit einem Anschlußleiter versehen. Vorteilhafterweise kann dabei mindestens einer dieser Anschlußleiter im Betrieb mit einem äusseren Potential verbunden sein, das praktisch gleich dem mittleren Potential des "feiles der wirksamen Halbleiterschicht ist, auf dem- d^e" »betreffende Teilschicht angebracht ist, zuzüglich^. cUr;.Y|J|?ö|sa?inung der Sperrschicht. Auf diese Weise wird die ^irwüriscnte Potentialverteilung über die verschiedenen Teilschichten sichergestellt.

Die Spaltbreite zwischenbenachbarten Teilschichten soll vorzugsweise so ger:jjj& -siin, daß*"⁵Tn deli· wirksamen Halbleitersohicht zwischen diesen Teilschichten keine Domänenbildung auftreten kann oder mit anderen Worten in den Schlitzen soll der Grensswert des vorerwähnten n_Q L_g^Produktes (wobei L die Spaitbreite bezeichnet) nioht überschritten werden.

• ■. ■ *■ - η -

- Ii - . 19UU7

Dies ergibt eine obere Grenze für L . Die minimale Spalt-

breite wird selbstverständlich durch die Durchschlagspannung zwischen den Teilschichten bestimmt. Im Hinblick darauf wird in der Praxis die Spaltbreite vorzugsweise möglichst klein gewählt.

Die wirksame Halbleiterschicht besteht vorzugsweise aus η-Typ Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand zwischen etwa 0,1 und 10 Ohm.cm.

Die wirksame Halbleiterschicht kann vorteilhafterweise auf einer Unterlage halb isolierenden Galliumarsenids mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1000 0hm.cm angebracht werden, wodurch auch auf der Seite der Unterlage eine zusätzliche Verstärkung der Feldlinienablenkung auftritt.

In einer wichtigen, bevorzugten Ausführungsform ist im Betriebszustand die gut leitende Schicht oder wenigstens eine der Teilschichten mit einem äusseren, veränderlichen Potential verbunden, wodurch die Verstärkung der Vorrichtung moduliert werden kann. Wenn der betreffenden Schicht ein solches Potential zugeführt wird,, daß über die Sperrschicht eine Verarmungsschicht in der wirksamen Halbleiterschicht induziert wird, wird die Verstärkung der von der Kathode zu der Anode laufenden Raumladungswelle infolge des Fehlens von Elektronen in der Verarmungsschicht verringert. Durch Änderung der Modulationsspannung kann somit Verstärkungsmodulation erzielt werden. - -.

Eine andere, sehr wichtige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der Ein- und Auskopplung des Eingangs- bzw. Ausgangssignals in einfacher Weise optimal durchgeführt werden können, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kathoden- und Anodenkontakten ein Eingangskontakt vorgesehen ist, wobei zwischen dem Eingangskontakt und dem

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ersten Anschlußkontakt ein zu verstärkendes Wechselsignal zugeführt wird. Bei einer solchen Ausführungsform, bei der ein gesonderter Eingangskontakt vorhanden ist,kann eine optimale Eingangskopplung unabhängig von dem Abstand zwischen den Anschlußkontakten erzielt werden. Es kann errechnet werden, daß eine möglichst günstige Eingangskopplung auftritt, wenn L, etwa gleich n·—^— ist, wobei L₁ den Abstand in cm zwischen dem Eingangskontakt und dem ersten Anschlußkontakt, ν die Driftgeschwindigkeit in cm/sec der Mehrheitsladungsträger in der epitaktischen Schicht, f die Frequenz der zu verstärkenden Wechselspannung und η eine ganze Zahl be-" zeichnet. Dabei kann für L, den Abstand zwischen Kathode und Anode, ganz unabhängig von den an die Eingangskopplung zu stellenden Anforderungen, ein mit Rücksicht auf die elektrischen Eigenschaften und die Dicke der epitaktischen Schicht möglichst günstiger Wert gewählt werden. Bei einer Ausführungεform, in der nur die beiden Anschlußkontakte mit einem gegenseitigen Abstand L vorhanden sind, muß nämlich für eine maximale Verstärkung L »η.ψ gewählt werden, wobei η, ν und f die vorerwähnte Bedeutung haben, siehe hierzu "Transactions I.E.E.E." Band ED 1^, Januar 1966, Seiten K - 21, insbesondere Seite 16, Fig. 9. Noch günstiger ist in dieser Beziehung eine weitere, bevorzugte Ausführungsform, bei der zwischen den Anschlußkontakten nicht nur ein Eingangskontakt, sondern auch ein Ausgangskontakt vorgesehen ist. In diesem Falle kann außerdem unabhängig von anderen Faktoren eine optimale Ausgangskopplung vorgesehen werden, für die nach Berechnungen gilt, daß der Abstand zwischen dem Ausgangskontakt und dem zweiten Ansehlußkontakt praktisch gleich (m+1/2) . ψ sein muß, wobei ν und f die vorerwähnte Bedeutung haben und m wieder eine ganze Zahl darstellt. Die Ein- und Ausgangskontakte können durch die neben-den Anschlußkontakten liegenden

/ . - 175 -

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■ ... 135 - . ' 1944U7

Teilschichten gebildet werden. Wenn ein pn-übergang als Sperrschicht verwendet wird, kann die zweite Schicht des der Halbleiterschicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit einem Anschlußleiter versehen werden und einen gemeinsamen Ein-' und Ausgangskontakt des Bauelements bilden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsformen und der Zeichnung näher erläutert, in der

Pig. 1 schematisch und perspektivisch ein Bauelement nach der Erfindung,

Fig. 2 schematisch und perspektivisch ein anderes Bauelement nach der Erfindung und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Bauelements nach der Erfindung zeigen.

Die Figuren sind schematisch und der Deutlichkeit halber sind die Abmessungen nicht maßstäblich angegeben. Dies gilt insbesondere für die Abmessungen in der Dickenrichtung. Wei-» terhin werden in allen Figuren entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 1 ist schematisch und perspektivisch ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung dargestellt. Es enthält ein Substrat 1 aus halb isolierendem' Galliumarsenid mit einem

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spezifischen Widerstand von 10 Ohm.cm, einer Dicke Von 75 μιη, einer Länge von 400 μπι und einer Breite von 100 μιη, auf dem eine epitaktische Schicht 2 aus η-Typ Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm.cm und einer Dicke von 1 μιη angebracht ist. Auf dieser Schicht sind in der Schichtrichtung in einem Abstand voneinander zwei Anschlußkontakte, ein Kathodenkontakt 3 und ein Anodenkontakt 4 in Form legierter, paralleler Zinnstreifen angebracht .

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Der Abstand L zwischen den Kontakten J und 4 beträgt 315■ μπι.

In der Schicht 2 kann zwischen den Kontakten-5 und % ein negativer Differentialwiderstand eingestellt werden. Dazu muß zwischen diesen Kontakten eine so hohe Gleichspannung angelegt werden, daß die Feldstärke in der Schicht einen kritischen Wert von etwa 3,5 kV/cm überschreitet. Bei dem vorliegenden Bauelement beträgt somit der kritische Spannungsunterschied zwischen-Kathode und Anode 0,05150500 = 11.0 V.

Auf der Halbleiterschicht 2 ist eine Goldschicht 6 mit einer Dicke von 1 μπι angebracht, die durch Schlitze 5 mit einer Breite von 5 μιη in-die Teilschichten 6k bis F aufgeteilt ist, die die Form zueinander/zu den Anschlußkontakten 3 und 4 parallel verlaufender Streifen mit einer Breite von 40 μιη aufweisen. Die Teilschichten 6 sind von der Halbleiterschicht 2 durch ,eine ' Schicht 7 aus Siliciumnitrid mit einer Dicke von 0,5 μιη elektrisch getrennt. Der Schichtwiderstand der Goldschicht beträgt 2,4 .' ΙΟ" Ohm/Quadrat und ist somit erheblich geringer als " der der Galliumarsenid-Schieht 2, der 10 Ohm/Quadrat beträgt.

Die minimale Domänenabmessung in Richtung von Kathode auf Anode wird, wie gesagt, annähernd durch die Formel: ■

^Ec * ^L ■· ^eo ^er

■ — -—- bestimmt.

Für die hier verwendete Schicht 2 aus η-Typ Galliumarsenid mit einem.spezifischen Widerstand von 1 Ohm.cm ist entsprechend dem vorstehendem

E₀= 35,5■.. 10⁶ V m"¹

L =.3,15 . 10"¹I ^m ' ' . ' ' ^{; l} ' _:.. e₀ = 8,854 . ΙΟ¹² Fm""¹

e_r =13,5 ■■■;■■,■ ..."■■ ^; : ;■■■;■■.-■. ; ■-,-■,■

e = I₃S^. ΙΟ""¹⁹ C

n_o''β ΙΟ²¹ η"⁵- - .15 -

0.0-dS22/1363

-■15 - 1 9AΛ 1 Λ7

Es folgt daraus eine minimale Hochfeldzonenlänge von 11,4 μηι. Die Schicht 2 hat in diesem Beispiel somit eine Dicke, die kleiner ist als die Hälfte dieser minimalen Zonenlänge, wodurch die Domänenbildung in hohem Maße gehemmt wird. Dies erlaubt, den verhältnismäßig großen Kathode-Anode-Abstand von 315 μηι zu verwenden ohne die Gefahr der Bildung einer Domäne.

Die Goldschicht 6 hat die Eigenschaft, mit η-Typ Galliumarsenid eine Schottky-Sperre bilden zu können. Infolgedessen, wenn die Nitridschicht 7 Löcher aufweisen sollte, wird die Goldschicht keinen Kurzschluß mit dem Galliumarsenid herbeiführen, sondern durch einen Schottky-Übergang elektrisch getrennt bleiben.

Die Schlitze 5 verlaufen gemäß Äquipotentiallinien, die in dieser Struktur durch zueinander und zu den Anoden- und Kathodenkontakten 3 und 4 parallel verlaufende Linien gebildet werden, wenn eine Gleichspannung zwischen den Kontakten 3 und 4 angelegt wird.

Die Teilschichten 6k bis F haben alle Anschlußleiter 8 (siehe Pig. l). Die Schichten 6b bis E sind kapazitiv mit einer äusseren, veränderlichen Modulationsspannungsquelle V verbunden, während sie untereinander kapazitiv durch die Kondensatoren 9 miteinander verbunden sind. Zwischen dem Kathodenkontakt 3 und der benachbarten Teilschicht 6a kann kapazitiv ein Eingangssignal V. zugeführt werden, während zwischen dem Anodenkontakt 4 und der benachbarten Teilschicht 6f kapazitiv ein Ausgangssignal V entnommen werden kann (siehe Fig. l).

Im Betriebszustand wird zwischen den Anschlußkontakten 3 und 4 in Reihe mit diner Drosselspule eine Gleichspannung V_E

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- ιβ - . 1944U7

(siehe Fig. l) von ΐβΟ V angelegt. Es entsteht infolgedessen in der Schicht 2 eine Feldstärke von 5 kv/cm zwischen Kathode 3 und ßnode 4-, wodurch der Arbeitspunkt des Bauelementes in dem Gebiet des negativen Differentialwiderstandes eingestellt wird. Zwischen den Kontakten 3 und βΑ wird eine Eingangswechselspannung V^ angelegt. Die dadurch hervorgerufene Raumladungswelle durchläuft die Schicht 2 von der Kathode zu der Anode und wird dabei infolge des negativen Differentialwiderstandes verstärkt, wodurch zwischen den Kontakten 6f. und 4 ein verstärktes Ausgangssignal V"_u gleicher Frequenz entnommen werden kann.

Der Abstand L₁ zwischen dem Kathodenkontakt 3 und der Teilschicht 6a beträgt 20 μΐη, während der Abstand L₂ zwischen der Teil schicht 6f und dem Anodenkontakt 4 J>0 [im beträgt. Die Frequenz der Signale V. und V beträgt 5 GHz (5.10/ sec" ). Da die Driftgeschwindigkeit ν der Elektronen in der Schicht 2 bei der angelegten Feldstärke etwa 10 cm/sec beträgt, gilt für die Frequenz f der Signale V. und V praktisch: f = ™ = ^ τ > ^{so da}ß eine möglichst

IU. JU, i± Jjp

günstige Eingangs-,und Ausgangskopplung erhalten werden.

Da die Schicht 6 in Teilsehichten aufgeteilt ist, wird verhütet, daß an dem Rande der Goldschicht 6 eine so. hohe Spannung über der Nitridsehicht 7 auftritt, daß diese durchschlägt. Das Potential jeder der Teilschichten paßt sich an das des darunter liegenden Teiles der Halbleiterschicht 2 an.

Die Modulationsspannung VL wird über die Kapazitäten 9 und 10 den Teilsehichten 6b bis.E zugeführt, z.B. in Form von in bezug auf die Kathode negativen Spannungsimpulsen. Diese führen in der Schicht 2 Verarmungsgebiete herbei,

■'....-■■■■' - ' ^: ■ - 17 - ' ;

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von denen eines (11) in der Figur gestrichelt angedeutet ist» Infolgedessen wird zeitweilig örtlich die Gesamtmenge Ladungsträger und somit die Verstärkung in der Schicht 2 verringert.

Die Bildung von Hochfeldzonen in der Schicht 2 wird nicht nur durch die Anwesenheit der Schichten 6 und 7> sondern auch durch die Anwesenheit des hochohmigen Substrats 1 gehemmt. Auch dadurch können die Zwischenräume zwischen den Metallschichten 3 und Gk bzw. 4 und ÖF zum Erzielen einer optimalen Ein- und Auskopplung verhältnismäßig groß sein.

Das Bauelement nach Pig. 1 läßt sich wie folgt herstellen. Es wird von einer Platte halb isolierenden Galliumarsenids

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mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ohm.cm ausgegangen. Es wird eine Oberfläche derselben poliert und geätzt zur. Bildung einer Oberfläche mit einem Mindestmaß an Kristallfehlern. Auf der erhaltenen Oberfläche wird eine Schicht 2 aus η-Typ Galliumarsenid epitaktisch aus der Dampfphase niedergeschlagen. Dies erfolgt bei etwa 750°C durch die Reaktion zwischen Gallium und Arsen, wobei das Gallium durch Zersetzung von Galliummonochlorid und das Arsen durch die Reduktion von Arsentrichlorid mit Wasserstoff erhalten werden. Gleichzeitig mit dem Anwachsen des Galliumarsenids wird ein Donator z.B. Silicium, Tellur, Zinn oder Selen in einer solchen Menge niedergeschlagen, daß eine epitaktische Schicht 2 mit einer gleich-

1*5 " "5 '

mäßigen Donatorkonzentration von etwa 10 ^v At/cirr gebildet wird, was einem spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm.on entspricht. Das Anwachsen wifd so lange fortgesetzt, bis eine Schicht mit einer Dicke von X μΐη gebildet ist.

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" ¹⁸ V Ί94ΑΗ7

Auf der epitaktischen GaAs-Schicht 2 wird dann eine SiIiciumnitrid-Schicht 7 mit einer Dicke von 0,5 Um angebracht. Dies kann in sehr zweckvoller Weise durch die Zersetzung von Hydrazin und Silan unter der Wirkung von Ultraviolettlicht erfolgen, wobei das Galliumarsenid auf einer Temperatur von etwa 400°C während des Niederschlages ,der Nitridschicht gehalten wird. Die Nitridschicht wird dann an den Rändern der Platte durch übliche Photoätzungstechniken entfernt, wobei Phosphorsäure als A'tzflüssigkeit verwendet wird, um die Schicht 2 teilweise aufzudecken. Auf den aufgedeckten Rändern der wirksamen Schicht 2 und teilweise auf der Nitridschicht werden dann Zinnstreifen 3 und k angebracht, die bei einer Temperatur von 650⁰G in einer Wasserstoffatmosphäre einlegiert werden. Es werden auf diese Weise Ohm'sche Kontakte auf der Schicht 2 gebildet. '

Darauf wird eine Goldschicht 6 mit einer Dicke von 1 μηι durch Aufdampfen auf der Oberfläche angebracht, worauf ^: durch übliche Photomaskierungs«.. und Ätzungstechniken die Teilschichten 6A bis βΡ gebildet werden. An diesen Teilschichten und an den Zinnstreifen 3 und 4 werden darauf-Anschlußleiter befestigt, worauf das Ganze in einer passenden Hülle untergebracht wird.

An Stelle der Siliciumnitrid-Schicht 7 läßt sich vorteilhaft eine Siliciumoxyd-Schicht anbringen. Anstatt einer Goldschicht kann für die Schicht 6, wenn auf den Vorteil der Schottky-Sperre im Falle von Störstellen in der Schicht 7 verzichtet wird, das gleiche Metall wie für die Kontakte 3 und Λ verwendet werden, in welchem Falle die Schichten 3, Λ und 6 sich gleichzeitig anbringen lassen.

Statt der Schichten 6k und-OF können auch die Kontakte 3

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82 2-/1-3 6-3.

und 4 als Ein- und Ausgangskontakte dienen. Es kann dabei z.B. über ein koaxiales Kabel zwischen den Kontakten 3 und 4 ein Eingangssignal zugeführt werden, das dann über die Kontakte 3 und 4 und durch das gleiche koaxiale Kabel in Form eines reflektierten, verstärkten Signals entnommen wird. Um eine günstige Eingangskopplung zu erzielen, soll gemäß vorstehendem die Frequenz des Signals vorzugsweise gleich v/L oder einem Vielfachen dieses Wertes sein. Die Driftgeschwindigkeit ν ist dabei etwa 10 cm/sec, der Kontakt-

_p
abstand L 315 μΐη = 3*1-5 · 10 cm und die optimale Fre

-iij- =■ 0,3.2 GHz oder .ein .Vielfaches dieses Wertes.

37Ϊ5

Fig. 2 zeigt schematisch und perspektivisch ein anderes Bauelement nach der Erfindung. Seine Struktur ist gleich der nach Fig. 1 mit dem Unterschied jedoch, daß die Isolierschicht 7 durch eine Sperrschicht ersetzt ist, die durch den Schottky-Übergang zwischen der Goldschicht 6 (in Teilschichten 6a bis F aufgeteilt) und der darunter liegenden Galliumarsenid-Schicht 2 gebildet wird. Im übrigen sind die Abmessungen und die Materialien dieser Vorrichtung gleich denen des vorhergehenden Bauelementes sowie die im Betrieb benutzten Spannungen und die Frequenzen der Einufid Ausgangssignale V. bzw. V .

Die Anschlußl-eiter der Teilschichten βΑ bis F sind hier mit einem aus Widerständen (R,, R₂ R^) bestehenden Spannungsleiter verbunden, der derart bemessen ist, daß die Schichten 6a bis F ein äusseres Potential annehmen, das praktisch gleich dem mittleren Potential des Teiles der Halbleiterschicht 2 ist, auf dem die betreffende Tellschicht angebracht ist, zuzüglich einer negativen Spannung von einigen Volt, um den Schottky-Übergang in der Sperrichtung zu polarisieren. Auf diese Welse wird der Spannungsabfall über den Schottky-Übergang unter jeder Teilschicht auf einen

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Wert beschränkt, bei dem kein Durchschlag auftreten kann. Es sei in dieser Beziehung bemerkt, daß die Anzahl von Teilschichten in den Figuren deutlichkeitshalber nicht grosser als 6 gewählt ist. Es wird ohne weiteres einleuchten, daß, wenn bei der erforderlichen Spannung zwischen . Anode und Kathode die Spannung über der Sperrschicht zu groß werden würde, die Anzahl von Teilschichten entsprechend höher gewählt werden soll.

Das^Bauelement nach Fig. 2 laßt sich in vollkommen gleicher Weise_;wie das Bauelement nach Fig. 1 herstellen, mit dem Unterschied, daß keine isolierende Schicht auf der Halbleiterschicht 2 angewachsen wird, sondern die Goldschicht 6 direkt auf" die wirksame Halbleiterschicht 2 aufgedampft wird.

Das in Fig. 3 schematisch und perspektivisch dargestellte Bauelement enthält ähnlich wie die Bauelemente nach den Fig. 1 und 2 eine n-Typ Galliumarsenid-Schicht 2 mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm.cm mit einem Kathodenkontakt 3 und einem Anodenkontakt 4, aber sie ist im übrigen auf etwas andere Weise aufgebaut. Das Substrat besteht hier aus einer Schicht 31 aus p-Typ Galliumarsenid mit einer Dotierung von etwa 10 At/cm""^ (spezifischer Widerstand 0,001 0hm.cm). Das gut leitende Substrat 31 wird elektrisch von der Galliumarsenid-Schicht 2 durch die Verarmungsschicht des zwischen dem Substrat J>1 und der Schicht 2 gebildeten pn-Überganges 32 getrennt (siehe Fig. 3), der im Betrieb in der Sperrichtung vorgespannt ist.

Das Substrat 3I hat eine Länge von 150 μπι, eine Breite von 100 μπι und eine Dicke von 75 μπι. Der Abstand zwischen Kathodenkontakt 3 und Anodenkontakt 4 beträgt 100 μιη. Das Substrat 3I hat eine einlegierte Zinnsehioht 33 (siehe Fig.5) mit einem geringen Prozentsatz an. Zink, welche Zinnschicht

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mit dem Substrat einen Ohm*sehen Kontakt herstellt.

Im Betrieb wird über eine Drosselspule zwischen den Kontakten 3 und 4 eine Gleichspannung von 50 V angelegt, wodurch die Feldstärke in der Schicht 2 wieder 5 kV/cm beträgt. Das Substrat 3I wird über den Kontakt 33 durch die Spannungsquelle V auf eine negative Spannung von 2 V in bezug auf die Kathode 3 geführt. Daher ist im Betrieb der pn-übergang 32 überall in der Sperrichtung vorgespannt.

In diesem Beispiel bildet das Substrat 31 mit dem Kontakt 33 und dem Anschlußleiter 34 einen gemeinsamen Ein- und Ausgangskontakt der Vorrichtung. Zwischen dem.Substrat J>1 und dem Kathodenkontakt 3 wird auf kapazitivem Wege eine Signalspannung V. zugeführt, während zwischen dem Substrat und dem Anodenkontakt 4 ein verstärktes Signal V entnommen wird.

Das Bauelement nach Fig. 3 kann durch die gleichen Techniken wie bei der Herstellung der Bauelemente nach den Fig. 1 und 2 hergestellt werden, wobei jedoch in diesem Falle die Schicht 2 auf einem niederohmigen Substrat des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angewachsen wird und außer den Kontakten J>~ und 4 auch auf der Unterseite des Substrats 31 eine Zinnschicht 33 einlegiert wird.

Es sei bemerkt, daß bei der letzten Ausführungsform statt eines Substrats 3I, das ganz aus niederohmigem p-Typ Material besteht, auch ein Substrat anderen Materials, aber mit einer Oberflächenschicht niederohmigen p-Typ Materials verwendbar ist, auf dem die Schicht 2 angewachsen wird. Auch können das Material, auf dem die Schicht 2 angewachsen wird, und das Material der Schicht an sich verschiedene Zusammensetzungen haben. Weiterhin

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lassen sich in dem Bauelement nach Flg. 3 auf der Schicht 2 ein gesonderter Eingangskontakt und ein Ausgangskontakt, zwischen den· Kontakten 3 und 4 statt des gemeinsamen Kontaktes 33 ^aui" ^^em Substrat in diesem Beispiel anbringen.
Schließlich kann über das Substrat 3I auch eine Modulationsspannung über derrf pn-übergang 32 angelegt werden, wodurch die Dicke der Verarmungsschicht in der Schicht 2 auf ähnliche Weise wie die "Verarmungsschicht 11 nach Pig. I geändert werden kann.

Es wird einleuchten, daß die Erfindung sich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und daß im Rahmen der Erfindung dem Fachmann viele Abarten
zur Verfügung stehen. Es können insbesondere für die Schicht 2 andere Materialien verwendet werden, z.B. CdTe, InP oder ZnSe. Die Strukturen brauchen weiterhin nicht rechteckig
zu sein. Es lassen sich insbesondere auch Strukturen mit
einem konzentrischen Anoden- und Kathodenkontakt verwenden, wobei zwischen diesen Kontakten eine nicht lineare ■ Potentialverteilung auftritt. Die Schlitze, die die Metallschichten 6 der Fig. 1 und 2 in Teilschichten aufteilen,
werden stets so gewählt, daß sie praktisch entsprechend
Äquipotentiallinien verlaufen. Es sei ferner bemerkt, daß die wirksame Halbleiterschicht gegebenenfalls im frei
tragenden Zustand nicht nur auf einer Seite, sondern auch auf beiden Seiten mit einer Sperrschicht und einer gut leitenden Schicht versehen werden kann. Die Maßnahme nach der Erfindung läßt sich weiterhin in jeder möglichen Kombination mit einem bereits vorher vorgeschlagenen Grenzgebiet hohen spezifischen Widerstandes und/oder hoher dielektrischer Konstante durchführen, wie dies in den Fig. 1 und.2. ' angedeutet ist. .

Pa tentansprüche

009122/13 S3

Claims

.23- 1944H7

Patentansprüche

1. Halbleiterbauelement zur Verstärkung von Mikrowellen mit einer Halbleiterschicht mit mindestens zwei Anschlußkontakten, in welcher Schicht bei hinreichend hoher Gleichspannung zwischen den Ansehlußkontakten ein negativer Differentialwiderstand eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite der Halbleiterschicht eine elektrisch gut leitende Schicht angebracht ist, die durch eine Sperrschicht elektrisch von der Halbleiterschicht getrennt ist und einen Schichtwiderstand aufweist, der geringer als der der Halbleiterschicht ist, wobei die Anschlußkontakte in der Schichtrichtung in einem Abstand voneinander angebracht sind, in der Weise, daß Domänen nicht in der Halbleiterschicht aufgebaut werden können.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht einkristallin ist.

J). Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Halbieiterschicht

maximal gleich -

■ L . e_o e_r ■

en

ist, wobei E die kritische Feldstärke in V/m, über die im Halbleitermaterial der Schicht Domänenbildung auftreten kann, L den kleinsten Abstand in m zwischen den Ansehlußkontakten, c„ die relative, dielektrische Konstante der Schicht, e die Elektronenladung in Coulomb, η die Konzentration an Mehrheitsladungsträgern der Schicht pro rrr und e die dielektrische Konstante des Vakuums in F/m bezeichnen.

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4. Halblelterbauelement nach einem der vorhergehenden An-. sprüche, dadurch gekennzeichnet,- daß die Halbleiterschicht eine Dicke hat, die maximal'gleich 5 μηι und

. vorzugsweise gleich 1 μιη ist.

5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht ,durch eine auf der Halbleiterschicht angebrachte isolierende Schicht gebildet wird.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht aus Siliciumoxyd besteht.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht aus Siliciumnitrid besteht.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, 6 oder Y, dadurch ■■' gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht eine Dicke -: aufweist," die zwischen etwa 0,1 μηι und etwa 1 μηι liegt.

9. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch gut leitende Schicht eine Metallschicht ist.

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus einem Metall besteht, das mit der Halbleiterschicht eine Schottky-Sperre bilden kann.

11. HalblBiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Halbleiterschicht eine Metallschicht angebracht ist, die mit der Halbleitersohicht

.v~. eine als Sperrschicht dienende Schottky-Sperre bildet.

■ '- ■ . -,-"■ - 25ν-

0Q9 822/13 53

12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekenn-■ zeichnet, daß die Schottky-Sperre in der Sperrichtung vorgespannt ist.

15. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht an eine zweite Halbleiterschicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit niedrigerem, spezifischem Widerstand grenzt, die elektrisch von der ersten Schicht durch eine Verarmungsschicht des durch beide Schichten gebildeten pn-Überganges getrennt wird.

14. Halbleiterbauelement nach Anspruch Ij5, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang in der Sperrichtung vorgespannt ist.

15. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht auf einem Substrat angebracht ist.

16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15j dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht eine auf dem Substrat angebrachte epitaktische Schicht ist.

17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13> und Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht einen Teil des Substrats bildet.

18. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitende Schicht zwischen den Anschlußkontakten in Teilschichten durch einen oder mehrere Schlitze aufgeteilt ist, die praktisch parallel Äquipotentiallinien zwischen den Anschlußkontakten verlaufen.

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19· Halbleiterbauelement nach'einem der vorhergehenden Ansprüche ,^^ dadjarch__£ejtcejinzej_:ctmet_j daß die gut leitende Schicht oder mindestens eine der Teilschichten mit einem Anschlußleiter versehen ist.

20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18 und19, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Anschlußleiter im Betrieb mit einem äusseren Potential verbunden ist (sind),-das praktisch gleich dem mittleren Potential desjenigen Teiles der wirksamen Halbleiterschicht ist, ·" auf dem die betreffende Teilschicht angebracht ist, zuzüglich der Vorspannung über der Sperrschicht.

21. Halbleiterbauelement nach einem oder.mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Halbleiterschicht aus η-Typ Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand zwischen etwa' 0,1 Ohirucm und etwa 10 Ohm.cm besteht.

22. Halbleiterbauelement nach Anspruch ΐβ und einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 und 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus halb isolierendem Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 1000 0hm.cm besteht.

23. Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, . dadurch- gekennzeichnet, daß die gut leitende Schicht oder mindestens eine der Teilschichten mit einem äusseren, veränderlichen Potential verbunden ist, wodurch die Verstärkung des Bauelementes moduliert werden kann. .

24. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden An-Sprüche* dadurch gekennzeichnet, daß auf der wirksamen Halbleitersohicht zwischen den Anschlußkontakten ein Ein- und/oder Ausgangskontakt angebracht ist.

27 -0Q9S22713S3 . ,

25. Halbleiterbauelement nach Anspruch 24 und einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangskontakte durch die neben den Anschlußkontakten liegenden Teilschichten gebildet werden.

26. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22 und Anspruch Ij5 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte, zweite Halbleiterschicht mit einem Anschlußleiter versehen ist und einen gemeinsamen Ein- und Ausgangskontakt des Bauelementes bildet.

27. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2J>, ■ .dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußkontakten eine Gleichspannung angelegt wird, wodurch , zwischen den Anschlußkontakten ein negativer Differentialwiderstand eingestellt wird und daß zwischen den Anschlußkontakten außerdem eine zu verstärkende Eingangswechselspannung angelegt wird, deren Frequenz praktisch gleich ' ist, wobei L den Abstand zwischen,den Anschlußkontakten in cm, ν die Driftgeschwindigkeit in cm/sec der Mehrheitsladungstrager in der Schicht bei der angelegten Gleichspannung und η eine ganze Zahl bezeichnen.

28. Halbleiterbauelement nach Anspruch 24 oder 25* dadurch kennzeichnet, daß zwischen den Anschlußkontakten eine Gleichspannung angelegt wird, wodurch zwischen den Anschlußkontakten ein negativer Differentialwiderstand eingestellt wird, und daß zwischen dem Eingangskontakt und dem ersten Anschlußkontakt eine zu verstärkende Wechselspannung mit einer Frequenz angelegt wird, die

praktisch'gleich ist, wobei L₁ den Abstand

L₁ 1 .

zwischen dem Eingangskontakt und dem ersten Anschlußkontakt in cm, ν die Driftgeschwindigkeit in cm/sec der \ Mehrheitsladungsträger in der Schicht bei der angeleg- "'· ten Gleichspannung und η eine ganze Zahl bezeichnen.

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29· Halbleiterbauelement nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand in cm zwischen dem Ausgangskontakt und dem zweiten Anschlußkontakt praktisch gleich (m + 1/2) . -s ist, wobei f die Frequenz der Eingangswechselspannung und m eine ganze Zahl bezeichnen. .

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.W-

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