DE2014677A1

DE2014677A1 -

Info

Publication number: DE2014677A1
Application number: DE19702014677
Authority: DE
Priority date: 1969-04-01
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1970-10-15
Also published as: DE2014677C3; US3626257A; DE2014677B2

Description

Böblingen, den 20. März 197O si-rz

's

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 969 023

Halbleiterbauelement mit übergitter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit zwei an seinen äußeren Enden befindlichen ohm'sehen Anschlußkontakten, wobei im Rahmen von an sich in der Halbleiter— technik bekannten Herstellungsverfahren die stoffliche Zusammensetzung im Gebiete zwischen beiden Kontakten so gewählt ist, daß sich eine eindimensionale räumlich periodisch wechselnde Folge der Bandkantenenergie mit einer Periodenlänge ergibt, die kleiner als die freie Weglänge der Ladungsträger im Halbleitermaterial ist» Ein solches Halbleiterbauelement gehört zu der Klasse von Bauelementen, welche infolge eines Volumeffektes einen negativen Widerstand aufweisen* Eine Anwendungsmöglichkeit für derartige Bauelemente ergibt sich bei einer Reihe von Schaltungstypen mit bistabilem oder oszillatorischem Verhalten. Für die Arbeitsweise des Bauelements ist weder ein Ladungsträger injizierender übergang noch eine spezielle Bänderstruktur mit Satellitenenergietälern erforderlich, wie dies z.B. beim Gunn-Oszillator der Fall ist. Die Arbeitsweise des Halbleiterbauelementes nach der Lehre der Erfindung beruht vielmehr auf dem Vorhandensein des Übergitters, welches seinerseits gleichbedeutend ist mit einer Vielzahl von Minizonen im Momentenraum, wodurch sich der gewünschte negative Widerstand als Raumeffekt einstellt. Die Periodizität der Energiebandkanten (Fig. 2, Fig. 3) ergibt sich als Folge der Periodizität des Elektronenpotentials im Halblei-

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ORIGINALINSPECTED

termaterial, welche bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente in dieses eingebaut werden und die übergitterstruktur hervorrufen. In der Halbleiterphysik sind bisher einige Veröffentlichungen bekannt geworden, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erwähnenswert sind. Hierbei handelt es sich zunächst um theoretische Überlegungen von Jean Brillouin, die in der Monographie "Wellenfortpflanzung in periodischen Struk-' türen" (1953) nachgelesen werden können. Vom praktischen Standpunkt aus ist das US-Patent 2 975 377 vom 14. März 1961 (P. J. Price und J. W. Horton) zu erwähnen, welches sich mit der Er- ^ zeugung negativer Widerstände aufgrund eines Volumeffektes befaßt, * der im wesentlichen durch die Wechselwirkung von Ladungsträgern mit einem periodischen Potential entsteht, welches im einkristallinen Halbleitermaterial durch das Kristallgitter selbst gegeben i3t. Weitere Beiträge, welche grundsätzlich von Interesse sind und welche auf Volumeffekte zurückzuführende negative Widerstände betreffen, sind folgende:

a) US-Patent 3 365 583 vom 23. Januar 1968 (J. B. Gunn)

b) US-Patent 660 461 vom 16. August 1967 (J. C. McGroddy und N. I. Nathan)

c) eine Arbeit von Ridley und Pratt mit der Bezeichnung

"Ein als Raumeffekt auftretender differentieller negativer ψ Widerstand infolge von Elektronentunnelung durch eine von einem Dotierstoff herrührende Potentialschwelle", erschienen in den Physics Letters, Band 4, 1963, Seiten 300 - 302 sowie

d) die britische Patentschrift 849 476 vom 28. September 1960 (J. B. Gunn).

Obwohl in den letzten Jahren mit Erfolg eine groBe Anzahl von Festkörperelementen mit negativem Widerstand bekannt wurden, von denen die neuesten ihrer Arbeitsweise nach meist auf einem Volumeffekt beruhen und mit außerordentlich hohen Schaltgeschwindigkeiten zu arbeiten in der Lage sind, ging das Bestreben weiter in der Richtung, weitere andersartige und bei noch höheren Frequenzen brauchbare Bauelemente der genannten Art zu Docket YO 969 023 0 0 9 8 A 2 / 1 2 1 4

entdecken und herzustellen. Bei Bauelementen mit übergängen einschließlich der Transistoren und Tunneldioden ergibt sich eine obere Grenzfrequenz durch das Vorhandensein der Übergangskapazitäten. Bei Bauelementen, die auf Volumeffekten beruhen, beispielsweise bei solchen, denen der Gunn-Effekt zugrunde liegt, wurde zwar eine Funktionsfähigkeit bis zu den höchsten theore-

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tisch vorausgesagten Frequenzen von 10 Hz experimentell nachgewiesen, jedoch lassen sich derartige Bauelemente nicht ohne weiteres in den Fällen anwenden, bei denen außer einem dlfferentiellen negativen Widerstand auch ein negativer Gleichstromwiderstand gefordert wird. Die bereits bekannte Realisierung von Bauelementen mit negativem Widerstand als Volumeffekt unter Ausnutzung der Wechselwirkung zwischen dem periodischen Potentialverlauf von natürlichen Kristallgittern und den Ladungsträgern führt wegen der ungünstigen Stoßzeiten der Ladungsträger nicht zum Erfolg.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Klasse von Halbleiterbauelementen zu schaffen, welche als Volumeffekt einen negativen Widerstand aufweisen und in den verschiedensten Schaltungen bei sehr hohen Arbeltsfreqtaenzen anwendbar sind.

Hierbei sollen die den Volumeffekt charakterisierenden Parameter

- anders als dies bei Ausnutzung von Wechselwirkungen zwischen den Ladungsträgern und dem natürlichen Kristallgitter der Fall ist - innerhalb eines relativ großen Bereiches willkürlich wählbar sein.

Das Halbleiterbauelement nach der Lehre der vorliegenden Erfindung besitzt an seinen äußeren Enden ohm*sehe Anschlußkon.takte und ist dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen von an sich in der Halbleitertechnik bekannten Herstellungsverfahren die stoffliche Zusammensetzung im Gebiet zwischen beiden Kontakten so gewählt ist, daß sich eine eindimensionale räumlich periodisch wechselnde Folge der Bandkantenenergie mit einer Periodenlänge ergibt, die kleiner als die freie Weglänge der Ladungs-

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träger ist, derart, daß auf eine Brillouin-Zone eine Vielzahl von periodisch aufeinanderfolgenden Minizonen entfällt.

Man erhält somit nach der Lehre der vorliegenden Erfindung eine neue Klasse von Halbleiterbauelementen mit Volumeffekt, die auch bei extrem hohen Frequenzen noch sicher arbeiten. Sie zeigen außerdem auch eir.an negativen Gleichstromwiderstand und können in Oszillator-, .mpuls- und Verstärkerschaltungen benutzt werden. Da den genannten Halbleiterbauelementen als wirksames Phänomen die Wechsel!-;rkung zwischen Ladungsträgern und der periodischen Potentiaivfet«eilung eines Übergitters zugrundeliegt, ist die ArbeitsgeL.hwj tdlgkelt der Vorrichtung nicht durch irgendwelche durch Le^eii&a*..uern der Minoritätsträger charakterisierte Stoßeffekte, insbesondere nicht durch Stoßionisation begrenzt. Desgleichen liegen keine störenden inhärenten hohen Kapazitätswerte vor, da im wes ntlichen quantenmechanische Effekte für den Arbeitsmechanismus des Bauelementes verantwortlich sind.

Bei diesen neuartigen Halbleiterbauelementen wird die obere Grenzfrequenz theoretisch dann erreicht, wenn das der Frequenz zukommende Energiequant einen signifikanten Anteil des Energiebandabstandes de.· «ilbleitermaterials annimmt bzw. mit diesem vergleichbar wird.

Die Realisierung derartiger vorteilhafter Bauelemente erfolgt durch Bereitstellen einer periodischen Energiebandkanten- bzw. Materialstruktur innerhalb des Halbleiterkörpers, die im Vorgehenden mit übergitter bezeichnet wurde. Mit anderen Worten, es wird zur Erzeugung des gewünschten Volumeffektes ein Teilbereich des Bauelementes mit einem periodischen Potentialverlauf für die Ladungsträgerenergie (Elektronenenergie) versehen, welcher sich unterscheidet von demjenigen, der durch das gleichförmige Kristallgitter an sich gegeben ist und an dem eine Wechselwirkung mit den Ladungsträgern stattfindet, wodurch die gewünschten Widerstands- und Leitfähigkeitseigenschaften Zustandekommen ,

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DtS Übergitter entspricht somit einer eindimensionalen räumlichen periodischen Änderung der Energie der Bandkante. Bei der Formulierung der Gesetzmäßigkeiten für die Dynamik der Ladungsträger im Halbleiterkörper ist dieser zusätzliche periodische Energieverlauf zu berücksichtigen, was dann auch theoretisch zu dem gewünschten Volumeffekt führt. Die Übergitterstruktur selbst kann durch eine Vielzahl aufeinanderfolgender Schichten von Halbleitermaterialien realisiert werden, welche sich bezüglich ihrer Energiebandeigenschaft untereinander unterscheiden. Eine erste alternierende Schichtfolge besitzt eine Bandkkantenenergie, welche sich von derjenigen einer zweiten alternierenden Schichtfolge unterscheidet. Eine solche Struktur erhält man durch Legieren oder durch Dotieren des Halbleiterkörper s, in dem der Volumeffekt auftreten soll, wobei man im wesentlichen eine eindimensionale räumlich periodische Variation der Bandkantenenergie in den Halbleiterkörper einbaut. Da die den Halbleiterkörper durchlaufenden Ladungsträger mit der eingebauten periodischen Energiebandstruktur wechselwirken sollen, ergibt sich die Forderung, daß die Periode der räumlichen Energiebandänderung kleiner als die freie Weglänge der Ladungsträger innerhalb des betrachteten Halbleitermaterials sein muß. Weiterhin müssen eine genügende Zahl dieser räumlichen Perioden vorhanden sein, um eine ausreichend intensive Wechselwirkung zur Erzeugung des gewünschten Widerstands- und Leitfähigkeitsverhaltens zu gewährleisten. Andererseits muß die Periode der räumlichen Energieänderung ausreichend groß sein, damit das so gebildete übergitter im Wellenvektorraum k einer genügenden Anzahl von Minizonen entspricht, die somit sehr viel kleiner als die Brillouin-Zone des entsprechenden Kristallgitters sein müssen. Infolgedessen ergibt sich als Raumeffekt ein negativer Widerstand bereits bei einer angelegten Spannung, die geringer ist, als sie zur Hervorrufung eines Tunneleffektes zwischen den Minizonen erforderlich wäre und der im anliegenden Feld von den Trägern erreichte Momentzuwachs innerhalb der Zeitintervalle zwischen den einzelnen Stößen ist für die Entstehung des Phänomens des negativen Widerstandes groß genug.

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Weitere Eigenschaften und Vorteile des Halbleiterbauelementes nach der Lehre der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den zugehörigen Figuren hervor. In diesen bedeuten:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Halbleiterbauelementes nach der Lehre der Erfindung, welches aufgrund einer eingebauten übergitterstruktur als Volumeffekt einen negativen Widerstand aufweist?

Fig. IA eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereiches der Fig. I mit angedeuteter Ubergitterstruktur;

Fig. 2 eine Darstellung des Energiediagramms einer Ubergitterstruktur, deren aneinandergrenzende Schichten durch einen Dotierungsvorgang erzeugt wurden;

Fig. 3 eine Darstellung, des Energiediagramms einer Übergitterstruktur, bei der die aneinandergrenzenden Schichten durch einen LegierungsVorgang erzeugt wurden;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Energie E in Abhängigkeit vom Wellenvektor k bzw. vom Kristallmoment zur P Erläuterung der Energiebandstruktur und der Brillouin-

Zonen des Kristallgitters zum Vergleich mit der Energiebandstruktur und den diesen zugeordneten Minizonen;

Fig. 5 die graphische Darstellung der ersten Ableitung

der Energie E (k) nach dem Wellenvektor k für eine normale Kristallgitterstruktur und für eine Übergitterstruktur;

d²E Fig. 6 eine Darstellung der zweiten Ableitung —j der Energie

E (k) nach dem Wellenvektor k, welche bekanntlich proportional zum reziproken Wert der effektiven Masse μ _ff ist. Diese Darstellung ermöglicht einen Vergleich der Eigenschaften für das normale Kristallgitter

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- 7 mit denjenigen der übergitterStruktur;

Fig. 7 eine Stromspannungscharakteristik mit verschiedenen Lastwiderständen zur Erläuterung der Arbeitsweise von mit Bauelementen der vorliegenden Art bestückten bistabilen oder astabilen Schaltungen;

Flg. 8 ein Ersatzschaltbild zur Darstellung des negativen Widerstands des Festkörperbauelementes nach Flg. 1;

Fig. 9 eine Darstellung des Stromes, der das Bauelement der vorliegenden Art durchfließt in Abhängigkeit von einer dimensionsIosen variablen Größe z, wobei ζ = exF/hk,.

* " ei

Fig. 1 stellt ein Halbleiterbauelement dar, das infolge eines eingebauten Übergitters einen Volumeffekt aufweist. Der gesamte Halbleiterkörper ist mit der Bezugsziffer 10 versehen und trägt an seinen Enden zwei Bereiche 12 und 14, welche ziemlich stark N-leitend sind und zwischen denen sich ein zentraler Bereich befindet, in dem eine Obergitterstruktur eisgraust-ist. Zwei ohm'sche Kontakte 18 und 20 befinden sich, sum Eweek© der Einfügung des Bauelementes In einer Schaltung an den Enden des Halbleiterbaue lernen tes. Der zentrale, das übergitter beherbergende Teilbereich, unterscheidet sich von herkömmlichen Halbleiterkörpern darin, dae in diesem Bereich eine eindimensionale räumliche Änderung bezüglich,des Energiebetrages der Bandkante stattfindet, welche dem periodischen Gitterpotentialverlauf überlagert ist. Diese Variation verläuft in der Längserstreckung des Halbleiterkörpers zwischen den Kontakten 18 und 20 wobei die entsprechenden Energiewerte im wesentlichen unabhängig von den hierzu senkrecht verlaufenden Richtungen 1st.

Die übergitterstruktur innerhalb des mittleren Zentralbereiches 16 ist in detaillierterer Form in Fig. IA angedeutet und die zugehörige Energiebandstruktur für zwei verschiedene Realisierungsmöglichkeiten sind in Fig. 2 und in Fig. 3 dargestellt.

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Wie aus Fig. IA ersichtlich, zerfällt der Zentralbereich des Halbleiterbauelementes in eine Folge sukzessiver Bereiche oder Schichten. Eine erste sich in der Längserstreckung wiederholende Schichtfolge ist mit 16a bezeichnet, in die jeweils alternierend eine zweite Schichtfolge 16b eingefügt ist. Die Schichten 16a und 16b stellen nicht etwa diskrete Teile des Körpers dar, sie sind vielmehr zusammen mit den kontaktierenden Endbereichen 14 und 16 Teile eine einzigen einkristallinen Halbleiterkörpers. Es bestehen jedoc innerhalb dieses homogenen Körpers Unterschiede bezüglich des Energieverlaufes an den Bandkanten der auf einander £.>ΐ o^den Schichten 16a und 16b. Die Herstellung eines in der gena r/; .i feise strukturierten einkristallinen Halbleiterkörpers r,i:; ■ ζ.B, unter Zugrundelegung eines epitaktischen Prozesses.

Die schicht art ige Ubergitterstruktur von Fig. IA wird realisiert durch in der Hi .bleitertechnik gebräuchliche Dotierungs- oder durch Legierungsverfahren, Wird ein Dotierungsverfahren zugrundegelegt und Germanium als Halbleitermaterial benutzt, so ist der in Fig. IA als unterste Schicht mit entsprechender Wiederholung in Erscheinung tretende Bereich des Halbleiterkörpers die N-leitende Zone 12, die entweder ein Teil des ursprünglichen Halbleitersubstrats a\,z lermanium ist, auf welchem der Restkörper epitaktisch aufgewachsen wurde oder diese Schicht 1st selber epitaktisch auf ein Substrat aufgewachsen, wobei dieses nach Fertigstellung des epitaktischen Gesamtkörpers entfernt wurde. In jedem Falle ist der N-leitende Bereich mit einem Dotierstoff dotiert, beispielsweise mit Phosphorantimon oder mit Arsen, welche in Germanium zum N-Leitfähigkeitstyp führen. Jede der Schichten 16a ist durch ein epitaktisches Züchtungsverfahren mit einer N-Leitfähigkeit von etwa 10 bis 10 Atome/cm ausgestattet und jede der Schichten 16b ist aufgrund des angewendeten Züchtungsverfahrens ein eigenleitender Bereich. In diesem Fall besteht der mittlere Bereich des Halbleiterbauelementes aus einer Zahl von Zonen oder Schichten, welche zwischen N-Leitfähigkeit und Eigenleitfähigkeit alternieren. Die Schichten 16a und 16b besitzen bei dem speziellen Ausführungsbeispiel eine gleichblei-

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be~.de Dickenabmessung und jedes Paar dieser Schichten bildet eine vollständige räumliche Periode der gesamten alternierenden Schichtstruktur. Eine dieser räumlichen Perioden ist in Fig» IA mit d bezeichnet.

Diese Periode, deren Wert später in S noch angegeben werden wird, besitzt eine große Bedeutung für die Charakteristik des tibergitters, was aus den unten folgenden Beschreibungen der Fign. 4, 5 und 6 zu entnehmen ist. Für den Augenblick genügt es, darauf hinzuweisen, daß die Raumperlode d vorzugsweise zwischen den Werten 50 8 und 500 8 und daher die Dickenabmessung der Einzelschichten 16a und 16b zwischen den Werten 25 8 und 250 8e liegt.

Die Schichten 16a und 16b brauchen, sofern sie durch einen Dotiervorgang erstellt werden, nicht notwendigerweise zwischen N- und Eigenleitfähigkeit zu alternieren, dieser Wechsel kann auch zwischen den Leitfähigkeiten N+ und N stattfinden. Die alternierenden Schichten können auch eine N-P-Leitfähigkeitsfolge bilden, der ausschlaggebende Gesichtspunkt besteht in einem periodischen Wechsel der Energiebandstruktur wie es etwa dargestellt ist in der Fig. 2. Diese zeigt die Energiebandkanten für das Valenzband und für das unterste Leitungsband. Der sinusförmige Energiebandkantenverlauf, der in der Darstellung ausgezogen und mit 22 und 24 bezeichnet ist, repräsentiert einen Prof 11typ und die strichliert ausgeführten Darstellungen 26 und 28 zeigen einen andersartigen Verlauf der Energiebandstruktur. Die Abszisse der Darstellung von Fig. 2 verläuft entlang der Längserstreckung des Übergitterbereiches;. als Einheit ist der Wert einer räumlichen Periode d gewählt. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, entspricht d der Dicke eines Paares der alternierenden Schichten 16a und 16b. Zu jeder räumlichen Periode d gehört ein vollständiger Zyklus der Energiebandstruktur. Die erste räumliche Periode wird gebildet durch die beiden untersten Schichten 16a und 16b (Fig. IA). Diese Größe ist in Fig. 2 mit U₁ bezeichnet und findet sich direkt wieder in dem idealisiert meanderförmig dargestellten wellenförmigen Verlauf der Kurven 26 und 28. Diese Kurven setzen voraus, daß jede Schicht 16a und

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16b bezüglich ihrer Dicke homogen ist und daß ein abrupter übergang von dem einen Gebiet zum anderen stattfindet. Obwohl die Temperatur, bei welcher der Züchtungsprozeß zur Herstellung der Gesamtfiguration durchgeführt wird zur Vermeidung von Diffusionsvorgangen zwischen den einzelnen Schichten so niedrig wie möglich gewählt wird, ist doch anzunehmen, daß die sinusförmigen Kurven 22 und 24 leichter realisierbar sind als die entsprechenden meanderförmigen.

Der in Fig. 2 dargestellte Energieverlauf ist charakteristisch für einen mit einem übergitter versehenen Halbleiterkörper. Wie W aus der Figur zu ersehen ist, variiert der Energiewert für die Kante des Leitungsbandes periodisch in Abhängigkeit von der Längserstreckung der Übergitterstruktur im Halbleiterkörper. Der periodische Wechsel der Energiewerte verläuft eindimensional in Richtung der Länge der Gesamtstruktur, da, wie bereits erwähnt, in den anderen Richtungen keine wesentliche Energieabhängigkeit vorliegt. Fernerhin sollte bemerkt werden, daß der Energiebandabstand E in Fig. 2 über das ganze Gebiet der Übergitterstruktur hinweg im wesentlichen der gleiche ist und daß es sich bei den betreffenden Energiewerten um die Elektronenenergie oder allgemeiner um die Energie der Ladungsträger handelt.

Wie bereits bemerkt, kann andererseits eine Übergitterstruktur " durch alternierend angeordnete Schichten 16a und 16b mit verschiedenen Leitfähigkeitseigenschaften auch durch einen Legierungsprozess realisiert werden. Wird wie bisher vorausgesetzt, Germanium als Halbleitergrundmaterial bzw. als Substrat und für die Endbereiche 12 und 14 in Fig. 1 und IA stark N-dotiertes Germanium benutzt, dann bestehen die alternierenden Zonen 16a und 16b in typischer Weise aus Germanium bzw. aus einer Legierung aus Germanium und Silizium. Speziell kann die erste alternierende Schicht 16a aus N-leitendem Germanium und die zweite alternierende Schicht 16b aus einer Legierung aus Germanium und Silizium bestehen, deren Zusammensetzung durch Ge₁ Sl

χ—X X

festgelegt ist. Die Germanium-Silizium-Legierung hat einen grösseren Energiebandabstand als die für reines Germanium der Fall

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ist und die letztgenannten Materialien führen zu einer periodischen Energiebandstruktur entsprechend den unter 22A, 24A, 26A und 48A in Fig. 3 gezeigten Kurven. Wird eine Schichtfolge aus Germanium und einer Germanium-Silizium-Legierung benutzt, so liegen brauchbare Werte für χ zwischen den Werten 0,1 und 0,2. Andere Beispiele für Legierungen, die für den vorgenannten Zweck mit Erfolg angewendet werden können, sind die bekannten intermetallischen III-V und IX-VI Verbindungen.

So kann beispielsweise als Ausgangsmaterial für den Körper des Halbleiterbauelementes Galliumarsenid benutzt werden, wobei die SJ⁺-Zonen 12 und 14 hochdotiertes N -leitendes Galliumarsenid, die Schichten 16a N-leitendes Galliumarsenid und die Schicht 16b aus einer Legierung Ga, Al As bestehen, wobei der Wert χ typischerweise zwischen 0,1 und 0,4 liegt. Die Legierung aus Gallium-Aluminium-Arsenid besitzt einen höheren Energiebandabstand als dies für reines Galliumarsenid der Fall ist und daher ergibt sich insgesamt die gewünschte periodische Struktur. Je größer der Wert von χ in einer derartigen Anordnung ist, um so größer ist auch die Variation der Bandkantenenergie. Ein weiteres charakteristisches System besteht aus InAs isnd In» Ga As, Bei dieser Zusammensetzung kann der Wert χ über- einem sehr großen Wertebereich variieren und zwar von einem Wert, bei welchem die mittlere Schicht völlig aus Galliumarsenid besteht und dem anderen Extremwert bei dem χ den Wert 0 annimmt (Reines Indiumarsenid).

Bei der Realisierung der Struktur von Fig. IA nach dem Energiediagramm der Fig. 3 bilden die ersten beiden Schichten 16a und 16b unmittelbar oberhalb des N -= leitenden Bereiches 12 eine räumliche Periode der Übergitterstruktur, welche sich in der im Energiediagramm der Flg. 3 gezeigten Weise durch den Halbleiterkörper hindurch erstreckt, wobei die Periodenlänge mit d. bezeichnet ist. In Fig. 3 ist der den Schichten 16A aus elementarem Halbleitermaterial zukommende Bandabstand mit E ., der größere Bandabstand für die Schichten 16B aus legiertem Material jedoch mit E- bezeichnet. Es sei bemerkt, daß der Legierungsprozeß auch so ausgeführt werden kann, daß jede der Schichten 16a und

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X mm

16b eine Legierung darstellen. In einem solchen Fall ist z.B. innerhalb der Schicht 16a der Wert χ kleiner zu wählen, als dies für die Legierung der Schicht 16b der Fall ist, damit sich insgesamt wiederum eine Ubergitterstruktur ergibt.

Die in Fig. 1 gezeigte Halbleitervorrichtung umfasst zwei Bereiche 12 und 14, welche stark dotiert (N-leitend) sind. Diese Bereiche sind für die Arbeitsweise des Halbleiterbauelementes an sich nicht erforderlich. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß Ci2 starke Dotierung der Endbereiche die Aufbringung der erforderlichen ohm'sehen Kontakte erleichtert. In der Praxis

P können di^öe Sereiche auch lediglich Ausdehnungen der ohm¹sehen Kontakte in dta Bereich des Halbleiterkörpers hinein darstellen. Bei der Lösung von Schaltungsproblemen der Hochfrequenztechnik z.B. bei Mikrowellenvorrichtungen, werden vorzugsweise die Elektroden zur Kontaktierung der Ubergitterstruktur direkt an den Halbleiterkörper angebracht. Diese Elektroden werden so ausgeführt, daß sie für den betreffenden elektromagnetischen Wellenbereich transparent sind, so daß die Energie durch diese Bereiche zum übergitter hin und vom übergitter hinweggeführt werden kann. Auf diese Weise kann der gesamte Halbleiterkörper aus einer ubergitterstruktur bestehen an der Kontakte angebracht sind, es können aber auch weitere Zonen hinzugefügt werden, entsprechend den Erfordernissen der jeweils vorliegenden Problemstellung.

Bisher wurde hauptsächlich über die räumliche Struktur des Übergitters, d.h. über den Verlauf dexj Energie- bzw. Potentielwerte in Richtung der Längserstreckung des Übergitters oder des Halbleiterkörpers gesprochen. Ferner wurden lediglich eine symbolische Anzahl von Schichten in der Fig. IA dargestellt. Weiterhin entsprechen die Energiebandcharakteristiken der Fign. 2 und 3 lediglich einigen wenigen Schichten der ubergitterstruktur, da hauptsächlich die Tatsache der Periodizität des Energiewertverlaufes zur Darstellung kommen sollte. Jedes Schichtpaar der Struktur Fig. IA entspricht einer zugehörigen räumlichen Periode des Typs, wie er in den Fign. 2 und 3 gezeigt ist. Jedoch spielt die Anzahl der Schichten und daher auch die Zahl der räum-

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lichen Perioden eine große Rolle bei der Auslegung von praktisch brauchbaren Halbleiterbauelementen. Allgemein gesprochen sollte ein Minimum von etwa 10 bzw. vorzugsweise ein solches von 20 Schichten vorhanden sein. 20 Schichten, entsprechend einer Folge von 10 räumlichen Perioden stellen eine ausreichende Wechselwirkung zwischen den Ladungsträgern und der Übergitterstruktur sicher, so daß die gewünschten Leitfähigkeitseigenschaften für das Halbleiterbauelement physikalisch realisierbar werden.

Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, daß trotz des
Hinweises, daß die in Fign. 1 und IA gezeigten Halbleiterbauelemente durch bekannte epitaktische Züchtungsverfahren hergestellt werden können, große Sorgfalt bei der Herstellung der Schichten 16a und 16b aufgewendet werden muß und daß diese
Herstellungsweise dann zu besonderen Schwierigkeiten führen kann, wenn die einzelnen Schichten eine Dickenabmessung in der Gegend von 25 Ä aufweisen sollen. Deshalb ist es angebracht, die epitaktischen Schichten vorzugsweise in einem Hochvakuumsystem zu züchten, obwohl grundsätzlich normale Verfahren für epitaktische Wachstumsprozesse aus der Dampfphase oder aus einer festen Lösung anwendbar sind. In einem solchen Falle werden zweckmäßigerweise für die verschiedenen zur Erzeugung einzelner Schichten benötigten Konstituenten getrennte Tiegel, sowie eine Vorrichtung zur Absperrung der aus diesen Tiegeln gelieferten Materialströme bei der Durchführung des epitaktischen Wachstumsprozesses für die das übergitter bildenden Schichten benutzt (shuttering system).

Zum besseren Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Energie E und dem Wellenvektor k, welche grundlegend für die nach der Lehre der Erfindung zu erstellenden Halbleiterbauelemente sind, sei auf die Fign. 4, 5 und 6 zurückgegriffen. In diesen Fign. sind bestimmte Eigenschaften des Übergitters in Abhängigkeit vom Wellenvektor k, der auch als Kristallmoment bezeichnet wird, aufgezeichnet. Der Wert von k ist indirekt proportional zu der Wellenlänge, die dem Elektron im Räume zugeordnet wird. Eine derartige Zuordnung von sogenannten Materiewellen λ zur

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Masse m bzw. zum Impuls ρ ■ m · ν (ν Geschwindigkeit) von materiellen Teilchen ist seit de Brogllie in der Physik üblich (λ · P » h) .

In den genannten Figuren ist der Wert k von einem im Zentrum der Figur liegenden Ursprung aus als Vielfaches der Einheit π/d aufgetragen, wobei d der im vorstehenden bereits erwähnten räumlichen Periode entspricht. An den äußeren Enden der Abszissenachse ist der Wert ±7r/a aufgetragen, wobei der Wert a der normalen Gitterkonstante des Halbleitermaterials entspricht. Bei den k benutzten charakteristischen Halbleitermaterialien wie Germanium, Galliumarsenid usw. beträgt diese Gitterkonstante etwa 5 8. Der in den Fign. 4, 5 und 6 vorkommende Wert d besitzt einen Wert von etwa 30 8, so daß der Wert ττ/d gegeben ist durch g * ?· Die Wahl der Abmessung von d ist so getroffen, daß sich günstige Verhältnisse für die graphische Darstellungen der Zusammenhänge zwischen der Übergitterstruktur und der tatsächlichen Gitterstruktur innerhalb des Momentenraumes ergeben. Für praktische Zwecke wurde, wie bereits im vorstehenden erwähnt, die minimale räumliche Periode bei der Realisierung des vorliegenden Erfindungsgedankens etwa bei 50 8 gewählt.

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Abhängigkeit der die Bandstruktur charakterisierenden Energie E und zwar einmal für die tatsächliche kristalline Struktur ohne übergitter und für die gleiche, jedoch mit einem übergitter versehene Struktur. Der Fall des natürlichen Gitters entspricht der stetigen Kurve 30, welche an bestimmten Stellen jedoch strichliert gezeichnet ist und die sich von links oben über den Nullpunkt weiter nach rechts oben erstreckt. Diese Kurve repräsentiert die normale Energiestruktur. Es handelt sich hier um einen typischen Kurvenverlauf, der unter dem Namen Brillouin-Zone bekannt ist und der sich von dem Werte - ir/a bis + π/a erstreckt. Wird einer derartigen sogenannten natürlichen Struktur ein übergitter hinzugefügt, welche durch einen Wert d charakterisiert ist, der das sechsfache des Wertes a beträgt, so ergeben sich innerhalb des Materials eine Vielzahl von Einzelzonen, die hier mit Minizonen bezeichnet werden. Die

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mittlere in der Gegend des Nullpunktes gelegene Minizone ist mit 32 bezeichnet und etwas stärker ausgezogen als die übrigen Minizonen. Diese Kurve repräsentiert die Energiebandstruktur für das kleinste Energieband innerhalb des Übergitters. Die Energiekurve erleidet bei jedem weiteren Vielfachen von ±iT/d eine Unterbrechung innerhalb ihres Gesamtverlaufes und an dieser Stelle beginnt ein neues Band bei einem etwas höher gelegenen Energiewert innerhalb der nächsten Zone. Der Gesamtkurvenverlauf unter Einbeziehung der strichliert ausgezogenen Bereiche entspricht hierbei dem Verlauf der Kurve, wie sie dem Energiekurvenverlauf einer natürlichen kristallinen Gitterstruktur ohne übergitter entspricht. Das gesamte Energieverhalten ist jedoch so, als wenn die Kurve 32 der niedrigsten Energiestufe zyklisch durch alle Zonen hindurch sich wiederholte, wodurch eine Periodizität innerhalb des Momentenraumes gegeben ist, die ihrerseits durch den niedrigsten Energiebandabstand entsprechend der Kurve 32 charakterisiert ist. Fernervhin besteht eine eindeutige Trennung bezüglich der Energiewerte an den Stellen der Abszisse, die Vielfachen von ir/d entsprechen. An diesen Stellen erfolgt jeweils eine scharfe Trennung zwischen dem oberen Bereich der Minizone niedriger Energie und dem unteren Bereich der nächsthöheren Minizone. Die Größe dieses Energiebandabstandes an den Enden der ersten Minizone zwischen der voll ausgezogenen Kurve 32 und den Kurven 34 und 36 der nächsthöheren zweiten Minizone ist für die mit der vorliegenden Erfindung zusammenhängenden Überlegungen von besonderer Bedeutung. Die Größe dieses Energiehandabstandes ist durch den Amplitudenwert der Variation der in den Fign. 2 und 3 gezeigten Bandkanten bestimmt. Mit wachsender Amplitude dieser periodischen Variationen nimmt ebenfalls der Energiebandabstand zwischen dem oberen Energiezustand der Kurve 32 und des nächst höheren Energiebandes entsprechend den Kurven 34 und 36 zu. Bei einem höheren Energiebandabstand ergibt sich eine kleinere Wahrscheinlichkeit dafür, daß es einem Ladungsträgerteilchen vermöge eines.Tunnelprozesses gelingt", vom niedrigeren Energieband 32 zu den höheren Bändern 34 bzw. 36 zu gelangen. Diese Abschwächung bzw. Unterdrückung des Tunnels ist für die Halbleiterbauelemente nach der vorliegenden Erfindung von großer Bedeutung.

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Aus der in Fig. 4 dargestellten Kurve ist ferner ersichtlich, daß sich durch das Einfügen einer Übergitterstruktur in den Momentenraum anstelle einer Brlllouin-Zone eine Vielzahl derartiger Zonen von geringerer Größe ergibt, die infolgedessen bereits im Vorstehenden als Minizonen bezeichnet wurden. Heiterhin ist ersichtlich, daß sich durch eine Vergrößerung des Wertes d die Zahl der in einer Brillouin-Zone enthaltenen Minizonen erhöht. Da d mit der Dicke der Schichten 16a und 16b in Fig. IA anwächst, könnte man annehmen, daß d möglichst groß gemacht werden sollte. Eine beliebige Vergrößerung des Wertes d ist jedoch nicht möglich, da die Forderung besteht, daß d nicht größer als die freie Weg-. länge der Ladungsträger innerhalb der Struktur sein soll, denn bei Nichterfüllung dieser Forderung würde man eine verschwindende Wahrscheinlichkeit für die Wechselwirkung zwischen Ladungsträger und übergitter erhalten. Hierdurch ergibt sich eine obere Grenze der Anzahl der Minizonen, die in das Halbleitermaterial zur Erreichung des für die Halbleiterbauelemente nach der vorliegenden Erfindung erforderlichen, die gewünschten Leitfähigkeitseigenschaften erzeugenden Volumeffektes eingebaut werden können.

Der Zusammenhang der bisher gemachten Energiebetrachtungen mit dem negativen Widerstand geht aus den Figuren 5 und 6 hervor. Fig. 5 zeigt die erste Ableitung der Energie Jj£ nach dem Wellen vektor k. Der strichlierte Bereich der Kurve 40 entspricht einer natürlichen Gitterstruktur und der stark ausgezogene Kurvenbereich 42 einer Ubergitterstruktur. Wie man sieht, beschränkt sich die letztgenannte Kurve auf d/sn Bereich der ersten Minizone

entsprechend der Kurve 32 in Fig. 4. Die zweite Ableitung =—?

dk² der in Fig. 4 dargestellten Kurve nach dem Wellenvektor k ist in Fig. 6 zu sehen. Wie in der Halbleiterphysik gezeigt wird, ist die zweite Ableitung der Energie indirekt proportional der effek tiven Masse y_ßff der Ladungsträger. Die in Fig. 6 stark ausgezeichnete Kurve 44 entspricht dem Verlauf von l/w_eff innerhalb der Minizone, wohingegen die gestrichelt gezeichnete Kurve 46, die wiederum für Vergleichszwecke eingezeichnet wurde, den Verlauf von l/y_eff innerhalb der Brillouin-Zone eines natür-

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- 17 lichen Kristallgitters repräsentiert.

Beim Vergleich der in Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Kurven fallen eine Reihe von Unterschieden bezüglich der Eigenschaften einer natürlichen Gitterstruktur und einer Übergitterstruktur auf. Zunächst sieht man, daß die Periode 2ir/d im Momentenraum für das übergitter wesentlich kleiner als die Periode 2ir/a für das natürliche Gitter ist. Ferner ergeben sich die Maximalwerte der Energie und deren ersten Ableitung für das übergitter bei viel kleineren Werten des Wellenvektors (E_m!1„ bei ±k, in Fig. 5;

dE/dk „ bei ±k₊ in Fig. 6). Wie weiterhin aus der Fig. 6 max χ

ersichtlich, erfolgt im Momentenraum das Anwachsen der Masse der Ladungsträger (Elektronen in dem bevorzugt benutzten N-leitenden Material) im Falle des Übergitters sehr viel schneller als dieses für eine natürliche Gitterstruktur der Fall ist und die effektive Masse μ -_f nimmt innerhalb der Minizonen sogar negative Werte an. Da die Elektronen sich hauptsächlich im niedrigsten Energiezustand innerhalb des untersten Energiebandes, für die betrachtete Übergitterstruktur somit im Gebiet der Kurve in Fig. 4 befinden, kann diese Kurve als sich wiederholende Grundkurve angesehen werden, sofern man sich im wesentlichen auf die Betrachtung der Wechselwirkung der Elektronen beschränkt. Die Energie E des höchsten Energiezustandes des untersten Bandes 32 des Übergitters liegt sehr viel niedriger als die Energie E₂ des höchsten Energiezustandes der die analogen Energieverhältnisse eines natürlichen Gitters beschreibenden Kurve 30. Ein sehr schwerwiegendes Hindernis für die praktische Ausnutzung der in den Kurven der Fign. 4, 5 und 6 dargestellten Eigenschaften und Möglichkeiten besteht bei der Benutzung einer natürlichen Kristallgitterstruktur darin, daß die Stoßzeiten der Ladungsträger innerhalb des Halbleitermaterials so begrenzt sind, daß die Ladungsträger (Elektronen) die Energiezustände gar nicht erreichen können, welche zur Sicherstellung der gewünschten Leitfähigkeitseigenschaften erforderlich wären. Diese Schwierigkeit wird durch die Benutzung einer Übergitterstruktur überwunden. Obwohl bei einer solchen Struktur die Stoßzeit als solche zwar kürzer wird, können die Ladungsträger doch aufgrund der kleineren Minizonen die erforderlichen Energiezustände erreichen, bevor sie durch Stoßvorgänge

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daran gehindert werden.

Wird nun ein elektrisches Feld an ein Bauelement nach Fig. 1 angelegt, in das eine Übergitterstruktur eingebaut wurde, so erfolgt zunächst ein Anwachsen der effektiven Masse der Ladungsträger, wie es aus der Kurve 44 in Fig. 6 zu ersehen ist. An der Stelle k. des Momentenraumes geht die effektive Masse y_eff des Elektrons von einem positiven zu einem negativen Wert über. Dieser Vorzeichenwechsel ist für das Auftreten des negativen Gleichstromwiderstandes im Halbleitermaterial verantwortlich. Die

f Stellen dieses Vorzeichenwechsels ±k. sind in Fig. 6 durch die

1 d E
Wendepunkte der Kurve — = —~ festgelegt.

^yeff "*

exF 1 Wie aus der Figur für den Wert ζ = τ-j— = — hervorgeht, nimmt der Strom an dieser Stelle ein Maximum an, nach dessen Erreichen er bei weiterwachsendem ζ abnimmt, wie dies für negative differentielle Widerstände charakteristisch ist.

Für die Paramter des vorliegen Ausführungsbeispieles erhält man unter Benutzung einer Gitterkonstante d = 100 8 folgende typischen Werte:

k_d . . .

Jc₁ ...

h ... 1/2 π · 6,62 · ίο"²⁷

erg sec (Planck'sehe Konstante)

Das Arbeitsverhalten des Halbleiterbauelementes mit eingebautem übergitter kann noch verbessert werden, Inder: man durch Herabsetzung der Temperatur für eine entsprechende Vergrößerung der Stoßzeiten sorgt. In allen Arbeitsmoden stellen die Temperatur

6,	7	10	10"¹³ see
TT	■	•	cm
0,	75	10	^kd
1	*	•	³ V/cm
1,	6	10"¹⁹ Coul

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•inen begrenzenden Parameter dar, was bei der Auslegung beachtet werden muß. Dieser Sachverhalt spiegelt sich wieder in der Weite des su durchtunnelnden Abstandes, wie dieser beispielsweise zwischen den Kurven 32 und 36 in der Fig. 4 dargestellt ist. Die freie Heglänge eines Elektrons in dem vorzugsweise N-leltenden Halbleitermaterial des Halbleiterbauelementes beträgt bei Zugrundelegung eines Wertes von d * 100 8 mehr als 300 8. Unter diesen Voraussetzungen wird ein charakteristisches Elektron im allgemeinen aufgrund seiner Lebensdauer die Möglichkeit haben, wenigstens mit drei räumlichen Perioden (6 Schichten 16a und 16b in Flg. IA) wechselzuwirken, was zur Hervorrufung der negativen Widerstandseigenschaften des betrachteten Halbleiterbauelementes ausreichen durfte. Für das genaue Ausmaß der Wechselwirkung 1st die Amplitude der Variation der Bandkantenenergie maßgebend, wie sie in den Flgn. 2 und 3 dargestellt 1st. Das gleiche gilt auch für die Tunnelwahrscheinlichkeit für den übergang von dem niedrigsten Energieband des Übergitters zum nächst höheren Band. Fernerhin hängt das Ausmaß der Wechselwirkung ab von der Anzahl der Minizonen, welche innerhalb einer Brillouin-Zone liegen. Beim. Anwachsen der Anzahl der Minizonen und entsprechend anwachsenden d erfolgt eine Abnahme der Energiebandabstände zwischen den Energiebändern in benachbarten Zonen.

Aus diesen Überlegungen ergibt sich, daß die räumliche Periode d vorzugsweise zwischen 50 8 und 500 S gewählt werden sollte, wobei jedoch die höheren Werte eine längere Ladungsträgerlebensdauer erfordern als dies normalerweise bei Raumtemperatur realisiert werden kann. Die geringeren Werte von 50 8 für eine Raumperiode d ist aufgrund der zur Zelt vorhandenen Herstellungstechniken und wegen der Begrenzung infolge von Stoßprozessen vorzuziehen.

Mit Verbesserungen der Herstellungstechnologie und Verfeinerung der vom Halbleitermaterial her gegebenen Bedingungen können niedrigere Werte von d realisiert werden. Die geringste Anzahl von räumlichen Perloden wie sie für spezielle hier in Betracht 'gezogene Anwendungsbereiche brauchbar sind, liegen bei einem

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Minimum von 5 Perioden und höchstens bei etwa 10 Raumperloden. Für spezielle andere Bauelemente sind gegebenenfalls mehr als 10 Perioden angebracht, im allgemeinen jedoch wird man mit einer Übergitterstruktur in der Größenordnung von 5 Raumperioden auskommen .

Der Anwendungsbereich des Halbleiterbauelementes ist nicht auf einfache Oszillator- oder bistabile Schaltungen begrenzt. Eine Anwendung ist bei den verschiedensten Schaltungstypen, bei denen ebenfalls negative Widerstände erforderlich sind, denkbar, wobei insbesondere an den Betrieb in den hochfrequenten Bereichen gedacht ist, in denen das Bauelement arbeitsfähig ist. Beispielsweise können derartige Halbleiterbauelemente in Verstärkerschaltungen in Verbindung mit den verschiedenen Typen von Obertragungsleitungen und Hohlraumleiterstrukturen mit Nutzen angewendet werden.

Die Fign. 2 und 3 zeigen Raumperioden d, welche zwei symmetrische Teilbereiche von gleicher Länge umfassen. Dieses braucht bei praktischen Anwendungen nicht unbedingt der Fall zu sein. Das einzige Erfordernis besteht darin, eine räumliche Periodizität bezüglich der Bandkantenenergie zu realisieren. Man kann diesen Sachverhalt durch folgende Beziehungen allgemein ausdrücken: Es besteht die Forderung V(x) « V(x + nd), wobei

V ... die potentielle Energie der Ladungsträger;

χ ... der Abstand entlang der Längtsausdehnung des Obergitters;

η ... eine ganze Zahl;

d ... die räumliche Periode

bedeuten.

Solche Bauelemente können z.B. dadurch hergestellt werden, daß man für eine entsprechende Steuerung des Kristallwachstums sorgt, so daB die Schichten 16a und 16b in der Fig. IA mit unterschiedlichen Dickenabmessungen entstehen.

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Was das Halbleitermaterial anbetrifft, so können übergitterstrukturen nach der Lehre der vorliegenden Erfindung sowohl in Germanium- als auch in Siliziumhalbleiterkörper eingebaut werden, wobei diese Materialien eine komplexe Bandstruktur aufweisen. Es handelt sich hierbei um Materialien mit indirekten Bandübergängen, die zwei Typen von Defektelektronen mit unterschiedlichen Massen aufweisen. Durch Anwendung von hydrostatischem Druck können bei diesen Materialien bestimmte gewünschte Modifikationen der Bandcharakteristik realisiert werden> welche dann der Übergitterstruktur überlagert erscheinen. Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele N-leitende Materialien und damit Elektronen als wechselwirkende Ladungsträger benutzten, wobei die Wechselwirkung zwischen den Trägern und dem periodischen Potential des Leitfähigkeitsbandes stattfindet, so kann die Erfindung auch unter Zugrundelegung von P-leitenden Materialien realisiert werden, bei denen die Wechselwirkung zwischen dem periodischen Potentialverlauf des Valenzbandes und den Defektelektronen stattfindet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Halbleiterbauelement mit zwei an seinen äußeren Enden befindlichen ohm*sehen Anschlußkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen von an sich in der Halbleitertechnik bekannten Herstellungsverfahren die stoffliche Zusammensetzung im Gebiet zwischen beiden Kontakten so gewählt ist,

■ daß sich eine eindimensionale räumlich periodisch wechselnde Folge der Bandkantenenergie mit einer Periodenlänge er-

" gibt, die kleiner als die freie Weglänge der Ladungsträger ist, derart, daß auf eine Brillouinzone eine Vielzahl von periodisch aufeinanderfolgenden Minizonen entfällt.
2. Halbleiterbauelement mit übergitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Energiebandstruktur durch eine Folge von in äquidistanten oder nicht äquidistanten Abständen aufeinanderfolgenden Schichten von Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Werten der Bandkantenenergie realisiert ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitermaterialschichten mit alternierender Bandkantenenergie durch unterschiedliche Dotierung im Rahmen eines bekannten epitaktischen Züchtungsverfahrens in einem einkristallinen Halbleiterkörper eingebaut sind.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennnzeichnet, daß die Halbleitermaterialschichten mit alternierender-Bandkantenenergie durch unterschiedliche Dotierung unter Benutzung eines Legierungsverfahrens in den Halbleiterkörper eingebaut sind.
5. Halbleiterbauelement nach den Ansprächen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke der einzelnen Schich-

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ten nil: alternierender Bandkantenenergie zwischen 25 8 und 500 -8 liegt.
6. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ubergitters 5 bis 20 Perioden bzw. 10 bis 40 Schichten beträgt. '
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergitter aus etwa 10 räumlichen Perioden mit einer Perlodenlänge von etwa 100 8 besteht. .
8. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Obergitter bildenden Schichten abwechselnd aus JH-leitendem und eigenleitendem Germanium bestehen.
9. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das übergitter bildenden Schichten abwechselnd aus N-leitendem Germanium und einer Germanium-Siliciumlegierung mit der Zusammensetzung Ge₁_ Si besteht,

wobei die Ungleichungen 0,1 1 x £ 0,2 gelten.
10. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Übergitter bildenden Schichten abwechselnd aus N-leitendem Galliumarsenid und der Legierung mit 0,1 <. χ < 0,4 bestehen.
11. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Übergitter bildenden Schichten abwechselnd aus Indluraarsenid und In₁ Ga As mit 0 c χ < 1

- - A X X

bestehen.
12. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 8 und 9,dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einwirkung eines hydrostatischen Druckes auf den Germanium- bzw. Siliciumhalbleiterkörper eine Modifikation der Bandenergiestruktur.bewirkt

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ORIGINAL INSPECTED

ist.
13. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ohm*sehen Kontakte als Bestandteile des einkristallinen Halbleiterkörpers direkt an das in den Halbleiterkörper eingebaute übergitter angrenzen.
14. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ohm¹sehen Kontakte als Bestandteile der einkristallinen Halbleiterkörper unter Einfügung je elner stärker dotierten Zwischenzone an das in den Halbleiterkörper eingebaute übergitter angrenzen.
15. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Anwendung in Schaltungen, die typisch für Höchstfrequenzen sind.

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