DE3605130A1 - Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur - Google Patents
Halbleitervorrichtung mit uebergitterstrukturInfo
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Description
ϋιρι.-lng. R ürupe
Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams
Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-5396 53 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89 - 537377
cable: Germaniapatent München 18. Februar 1986
DE 5584
CANON KABUSHIKI KAISHA TOKIO, JAPAN
Halbleitervorrichtung mit Übergitterstruktur.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Übergitterstruktur.
Um eine Halbleitervorrichtung mit hervorragenden Eigenschaften herstellen zu können werden bei einer durch Laminieren
bzw. Ubereinanderschichten von Halbleiterschichten gebildeten Halbleitervorrichtung Übergitter- bzw. Überstrukturgitter-Pufferschichten
zwischen den oder in die Schichten mit dem Ziel eingefügt, die Qualität der Heteroübergangs-Grenzschichten
der Schichten zu verbessern.
Fig.l zeigt die Schicht struktur einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung,
bei der Überstrukturgitter-Pufferschichten
7 und 8 in einem Heteroübergangs-Bipolartransistor ausgebildet sind. In dieser Halbleitervorrichtung sind
ein Substrat 1, eine eine Elekrode bildende Schicht 2, eine Kollektorschicht 3, eine Basisschicht 4, eine Emitterschicht
5, eine eine Elektrode bildende Schicht 6 und die Übergitter-Pufferschichten 7 und 8 vorgesehen, um die Qua-
■non Kh ?fifi
, lität der Heteroübergangs-Grenzschichten zu verbessern. Bei
dieser Schichtenstruktur wird eine Potentialperiode der Gitterstruktur der Übergitter-Pufferschichten 7 und 8 mit
abnehmendem Abstand zur Basisschicht 4 verkleinert, um einen allmählichen bzw. stetigen Übergangseffekt zu schaffen,
durch den sich das Potential in einem stetigen Kurvenverlauf bzw. kontinuierlich ändert, so daß eine Verschlechterung
der Stromverstärkung verhindert werden kann, die auf das Einfangen von Elektronen in einem Einschnitt
_ eines Energiebands zurückzuführen sind, der bei einem
Stufenübergang, bei dem sich das Potential schrittweise ändert, auftritt.
Bei einer in Fig.2 gezeigten herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung
ist auf einem Substrat 21 eine eine Elektrode 15
bildende n-GaAs-Schicht 22 geformt. Auf dieser sind eine n-
23, eine GaAs-Aktivierungsschicht 24, eine p-A^Ga-j^xAs-Verbundschicht 25 und eine eine Elektrode
bildende p-CaAs-Schicht 26 ausgebildet. Wie in Fig.l ist zur Verbesserung der Qualität der Aktivierungsschicht
24 und zur Erzielung eines geringen Stromverbrauchs zwischen der Aktivierungsschicht 24 und der Verbundschicht 23
eine Übergitter-Pufferschicht angeordnet.
Bei derartigen Strukturen fallen Elektronen in einen nied-25
rigen Energiepegel bzw. eine Energiesenke in den Pufferschichten 7 und 8 oder werden von den Pufferschichten 7 und
8 reflektiert, so daß in den Pufferschichten ein Spannungsabfall auftritt. Daher muß an die Halbleitervorrichtung
eine zusätzliche Spannung angelegt werden.
30
30
D Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung
mit einer Übergitter-Pufferschicht, einer Kollektorschicht (erste Verbundschicht) und einer Emitterschicht
(zweite Verbundschicht) zu schaffen, bei der ein 35
j Spannungsabfall über der Übergitter-Pufferschient reduziert
ist und die eine effektive Verwendung einer außen angelegten Spannung erlaubt.
g Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Übergitter-Pufferschicht (deren Potential an einer Quantenquelle V^ und an einer Barriere bzw. Potentialschwelle VB
ist) in mindestens einer Halbleiterschicht (deren Potential Vq ist) unter Erfüllung der Potentialbeziehung Vw<Vq<Vb
.-. ausgebildet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei einer Halbleitervorrichtung mit Halbleiterlaserstruktur,
die Verbundschichten (deren Potential Vq ist) auf-
,,. weist, zwischen denen eine Aktivierungsschicht angeordnet
ist, eine Übergitter-Pufferschicht (deren Potential einer
Quantenquelle V^ und einer Barriere VB ist) in mindestens
einer der Verbundschichten unter Erfüllung der Potentialbeziehung Vw
< Vq<Vb ausgebildet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l und 2 Schichtstrukturen herkömmlicher Halbleiter-25
Vorrichtungen,
Fig.3 eine Schichtstruktur eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
Fig.4 ein Energieband des in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig.5 ein Energieband, wenn die Umgebung einer Basisschicht
in Fig.4 eine stetige Übergangsstruktur hat,
Fig.6, 7 und 10 Schichtstrukturen weiterer Ausführungsbeispiele, und
,- Fig.8 und 9 Leitungsband-Energiebänder dieser Ausführungsbeispiele
.
"/? Fig.3 zeigt eine Schichtstruktur eines Heteroübergangs-
Bipolartransistors als erstes Ausführungsbeispiel· Gemäß Fig.3 wird auf ein GaAs-Substrat 1 eine n+-GaAs-Schicht 2
in einer Dicke von ungefähr 0.5 ;um epitaktisch aufgebracht,
auf die daraufhin eine n-AlxGa^_xAs-Kollektorschicht 3 in
einer Dicke von ungefähr 0.2 μια aufgebracht wird. Anschließend
wird eine Übergitter-Pufferschicht 7 mit N Perioden für n-GaAsCl^AVn-AlxGa^xAsiLgA) aufgebracht, auf
der daraufhin in einer Dicke von ungefähr 0.2 μτη eine
weitere n-Al^Ga-^xAs-Kollektorschicht 3' aufgebracht wird.
Schließlich läßt man in einer Dicke von ungefähr 0.2 μχα
eine p-GaAs-Basisschicht 4, in einer Dicke von ungefähr 0.4 um eine n-AlvGai ..As-Emitterschicht 5 und in einer Dicke
r x 1-χ
von ungefähr 0.1 μαι eine eine Elektrode bildende bzw. η GaAs-Elektrodenschicht
6 aufwachsen. Mit χ und X sind vorstehend ein Mischungsverhältnis von Al und Ga in den Kollektorschichten
3 und 31 sowie ein Mischungsverhältnis von
Al und Ga in einer Barriere bzw. Potentialschwelle der Übergitter-Pufferschicht 7 bezeichnet, während mit L™ und
LB die Breite der Quantenquelle bzw. der Barriere der Kristallgitter-Überstruktur der Pufferschicht 7 bezeichnet
sind.
Fig.4 zeigt ein Energieband eines Leitungsbands in Abhängigkeit
von der Struktur bzw. Schichtenfolge bei dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die aus der Emitterschicht
5 injizierten Elektronen passieren die Basisschicht
4, erreichen die Kollektorschicht 3' und haben das Bestre-35
ben, über die Übergitter-Pufferschicht 7 in die Kollektorschicht 3 einzudringen. Wegen der Anwesenheit der Pufferschicht 7 bestehen die folgenden Probleme:
g (I) Elektronen fallen in der Pufferschicht 7 auf ein
niedrigeres Energieniveau als das der Kollektorschicht 3'.
(II) Durch Reflexion der Elektronen an der Grenze zwischen der Kollektorschicht 31 und der Pufferschicht 7 tritt
in der Übergitter-Pufferschicht 7 ein großer Spannungsabfall auf.
Zur Lösung des Problems (I) wird das Mischungsverhältnis erfindungsgemäß so gewählt, daß gilt X
> x, und die Breite
Lw der Quantenquelle wird zu mehreren zehn A bzw mehreren
Ib "
nm gewählt. Die Potentiale der Kollektorschichten 3 und 3f
betragen ungefähr 100 χ meV und das Potential der Barriere (AlxGa^_xAs-Bereich) in der Pufferschicht 7 beträgt ungefähr
100 «x meV. Um die Bedingung X>x zu erfüllen, wird das Potential der Barriere der Pufferschicht daher so gewählt,
daß es höher als die Potentiale der Kollektorschichten 3 und 3' ist. Aus diesem Grund wird verhindert, daß ein
normales Energieniveau des Übergittersystems der Pufferschicht 7 niedriger wird, als das Potential der Kollektorschicht
3. Insbesondere wird eine Potentialdifferenz 100-X 25
meV - 100· χ meV so gewählt, daß sie mehrere zehn bis mehrere hundert meV beträgt, und die Breite Lw der Quantenquelle
wird zu mehreren nm gewählt.
Zur Lösung des Problems (II) wird eine Bandbreite eines y ..
normalen Unterbands des Ubergitterstruktursystems der Pufferschicht
7 so gewählt, daß sie breiter bzw. größer als mehrere zehn meV ist. Zu diesem Zweck wird die Breite der
Quantenquelle so gewählt, daß sie mehrere bis mehrere 10 nm beträgt. Um die Parameter x, X, Lw und LB im einzelnen zu
' ' "
·, bestimmen, kann das Kronig-Penney-Modell verwendet werden,
um eine Unterbandstruktur des Übergitterstruktursystems zu berechnen. Die zur Lösung der Probleme (I) und (II) zu
erfüllenden Voraussetzungen sind also: (A) das normale Energieniveau des Übergittersystems ist im wesentlichen
gleich dem Potential der Kollektorschichten auf beiden Seiten und (B) die Bandbreite des normalen Unterbands des
Übergittersystems wird breit genug gewählt, um den von einer der Kollektorschichten 3 eingedrungenen Elektronen
ein leichtes Durchdringen der Übergitter-Pufferschicht 7 und Erreichen der gegenüberliegenden Kollektorschicht 3 zu
ermöglichen.
Die Periode der tatsächlichen Übergitter-Pufferschicht 7
setzt sich zwar im Gegensatz zum Kronig-Penney-Modell nicht
unbegrenzt fort, doch sind mehrere Perioden ausreichend, um ein befriedigendes Ergebnis bei der genannten Berechnung zu
erhalten.
Als ein Beispiel werden χ = 0.27, X = 0.5, Lu = 2 nm und Ln
w ü
= 5 nm gewählt. Das normale Energieniveau bzw. der normale
Energiepegel des Übergittersystems beträgt von der Unterkante des Leitungsbands von GaAs aus gerechnet +273 meV. Da
dieser Wert im wesentlichen den Potentialen der Kollektorschichten 3 und 3' entspricht, ist das Problem (I) gelöst.
25
Im Übergittersystem bildet sich das normale Unterband in einem Bereich von 273 bis 301 meV. Daher ist der Reflexionsfaktor
der von der Kollektorschicht 3' in diesen Energiebereich eingedrungenen Elektronen sehr gering, so daß
auch Problem (II) gelöst ist. Für die in Fig.4 gezeigte
30
Pufferschicht mit N = 4 Perioden wurde der tatsächliche
Reflexionsfaktor berechnet. Sie weist einen derartigen periodischen Wechsel auf, daß der Reflexionsfaktor bei 277,
286 und 296 meV beinahe Null ist. Eine Halbleitervorrichtung, bei der die auf diese Weise festgelegten Parameter
j Verwendung finden, zeigt hervorragende Eigenschaften bezüglich
eines Betriebs bei niedriger Spannung und niedrigem Strom.
Fig.5 zeigt ein teilweise vergrößertes Energieband des
Leitungsbands der Struktur gemäß Fig.3. Es ist zu erkennen, daß auf beiden Seiten der Basisschicht 4 stetige Übergangszonenschichten
9 und 9' aus AlxIGa1-3^As gebildet sind
(mit 0 < χ1έ χ). Auch in diesem Fall ist der nachfolgend
,Q beschriebene Aufbau der Übergitter-Pufferschicht in gleicher
Weise anwenbar.
Die Bedingung (B) bezieht sich in erster Linoe auf den Fall, daß dieElektronen das normale Unterband passieren.
, _ Ein ähnlicher Effekt ist erzielbar, wenn die Elektronen das
andere Unterband passieren. Demzufolge ist es also erforderlich, daß mindestens ein Unterband mit einer Breite von
mehreren zehn meV innerhalb mehrerer zehn meV oberhalb des Potentials der Kollektorschicht 3' eingeschlossen ist. Eine
Auslegung unter derart schlechten Bedingungen ist erziel-
bar.
Selbst wenn das für die Übergitter-Pufferschicht verwendete Halbleitermaterial unterschiedlich zu denen der Verbundschicht
und der Aktivierungsschicht ist, ist derselbe Auf-25
bau anwendbar, wie bezüglich des Spannungsabfalls. In diesem Fall kann das Potential der Quantenquelle geringer als
das der Verbundschicht und höher als das der Aktivierungsschicht gewählt werden, um eine wirksamere Struktur zu
erhalten.
Fig.6 zeigt eine Schichtstruktur eines zweiten Ausführungsbeispiels in Form eines GaAs/AlGaAs-Vertikal-Mesa-Feldeffekttransistors.
Eine n-A^Ga-j^xAs-Drainschicht 13 ist in
einer Dicke von ungefähr 1.5 um epitaktisch auf einem n+-
Y GaAs-Substrat 13 aufgebracht. Auf dieser ist eine AlxGa1_χ
As-Übergitter-Pufferschicht 17 aufgebracht, auf der sich
eine n-AlxGa1_xAs-Drainschicht 13' in einer Dicke von ungefähr 1.5 ^Lim befindet. Anschließend werden eine p-GaAs-Gateschicht 14 und eine n-Al-^Ga^^s-Emitterschicht 15 aufeinanderfolgend aufgebracht, eine Vertiefung mit ungefähr 2.5 Jim geätzt und schließlich Silicium zur Bildung einer Schicht 18 ionenimplantiert. Zuletzt werden eine Al-Gateelektrode 16, eine AuGe/Au-Drainelektrode 11 und eine Sourceelektrode 19 gebildet. Bei dieser Struktur wird die Übergitter-Pufferschicht 17 gebildet, um die Qualität einer HeteroÜbergangs-Grenzschicht zwischen der Drainschicht 13' und der Gateschicht 14 zu verbessern. Die Mischungsverhältnisse χ und X sowie die Parameter des Übergitters können
As-Übergitter-Pufferschicht 17 aufgebracht, auf der sich
eine n-AlxGa1_xAs-Drainschicht 13' in einer Dicke von ungefähr 1.5 ^Lim befindet. Anschließend werden eine p-GaAs-Gateschicht 14 und eine n-Al-^Ga^^s-Emitterschicht 15 aufeinanderfolgend aufgebracht, eine Vertiefung mit ungefähr 2.5 Jim geätzt und schließlich Silicium zur Bildung einer Schicht 18 ionenimplantiert. Zuletzt werden eine Al-Gateelektrode 16, eine AuGe/Au-Drainelektrode 11 und eine Sourceelektrode 19 gebildet. Bei dieser Struktur wird die Übergitter-Pufferschicht 17 gebildet, um die Qualität einer HeteroÜbergangs-Grenzschicht zwischen der Drainschicht 13' und der Gateschicht 14 zu verbessern. Die Mischungsverhältnisse χ und X sowie die Parameter des Übergitters können
auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeix
ο
spiel in Form des Heteroübergangs-Bipolartransistors festgelegt werden. So wurden z.B. χ = 0.27, X = 0.5, Lw = 2 nm,
LB = 5 nm und N = 4 Perioden gewählt und befriedigende
Ergebnisse erzielt.
Fig.7 zeigt eine Schichtenstruktur eines dritten Ausführungsbeispiels
in Form einer GaAs/AlGaAs-Halbleiterlaservorrichtung.
Auf einem GaAs-Substrat 21 wird eine eine Elektrode bildende n-GaAs-Schicht 22 epitaktisch aufgebracht,
auf der wiederum eine ^AlxGa1-31As-Verbundschicht
23 in einer Dicke von ungefähr 0.5 ^m aufgebracht wird.
Daraufhin wird eine Übergitterschicht 27 mit N Perioden für n-GaAs(LyJA)Zn-AlxGa1-JjAs(LgA) aufgebracht. Auf dieser wird
eine n-AlxGa1_xAs-Verbundschicht 23' in einer Dicke von
ungefähr 0.5 pm aufgebracht. Auf dieser läßt man nacheinander
in einer Dicke von ungefähr 0.1 um eine GaAs-Aktivierungsschicht 24, in einer Dicke von ungefähr 1 um eine p-AljjGa-^.jjAs-Verbundschicht
25 und schließlich eine eine Elektrode bildende Schicht 26 aufwachsen. Die Parameter
wurden so gewählt, daß galt χ = 0.27, X = 0.5, Lw = 2 nm,
j Lg = 5nm und N = 4 Perioden, und es wurden gute Ergebnisse
erzielt.
Fig.8 ist eine Teildarstellung eines Energiebands des Leitungsbands
der in Fig.7 gezeigten Struktur. Die Gründe für den Spannungsabfall an der Übergitter-Pufferschicht 27 und
die Voraussetzungen zu dessen Beseitigung sind dieselben, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3.
.Q Fig.9 ist eine vergrößerte Teildarstellung des in Fig.8
gezeigten Energiebands. Die Umgebung der Aktivierungsschicht 24 kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß
Fig.3 eine stetige Übergangsstruktur sein.
Fig.10 zeigt einen Querschnitt eines vierten Ausführungs-Ib
beispiels in Form einer Planarlichtaussendungs-Laservorrichtung, die Licht in einer zu Aktivierungsschichten 34
und 34' senkrechten Ebene aussendet. Auf einem GaAs-Substrat 31 werden der Reihe nach eine n-GaAs-Elektrodenschicht
32, eine ^AlxGa1_xAs-Verbundschicht 33, eine GaAs-Aktivierungsschicht
34, eine p-AlxGa1_xAs-Verbundschicht
35, eine p+-AlxGa1_xAs-Schicht 38, eine n-A^Ga^jjAs-Verbundschicht
33', eine GaAs-Aktivierungsschicht 34', eine p-AlxGa1_xAs-Verbundschicht
35' und eine p-GaAs-Elektroden-
schicht 36' epitaktisch aufgebracht. Zur qualitativen Ver-25
besserung der Aktivierungsschichten 34 und 34' kann in mindestens einer der Verbundschichten 33, 33', 35 und 35'
sowie der p+-AlxGa^_xAs-Schicht 38 auf die gleiche Weise
wie in Fig.7 eine Übergitter-Pufferschicht gebildet werden.
Erfindungsgemäß wird der Spannungsabfall ebenfalls vermie-30
den. Bei diesem Planarlichtlaser können eine Vielzahl von Aktivierungsschichten 34 und 34' übereinander angeordnet
werden. In einem solchen Fall ist die Erfindung besonders wirksam, da die angelegte Spannung mit der Zahl der Aktivierungsschichten
zunimmt.
Zahlreiche weitere Änderungen der Erfindung können vorgenommen werden.
g Bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen ist die Übergitter-Pufferschicht
zwischen den n-AljjGa^^.As-Kollektorschichten
gebildet, doch ist es möglich, diese in einer anderen Schicht, wie etwa der Emitterschicht zu bilden.
in Die Erfindung ist noch vorteilhafter, wenn eine Vielzahl
von Übergitter-Pufferschichten vorgesehen wird. In einem
solchen Fall ist der Aufbau der Übergitter-Pufferschichten genau wie vorstehend beschrieben.
Durch Änderung des Mischungsverhältnisses X, der Breite Lß
der Barriere und der Breite L^ der Quantenquelle in der
Übergitter-Pufferschicht ist eine wirksamere Struktur erzielbar.
Die Erfindung ist auch für solche Halbleitervorrichtungen verwendbar, die andere Materialien als GaAs/AlGaAs verwenden,
wie z.B. GaAs/AlGalnP.
Vorstehend wurden ein Heteroübergangs-Bipolartransistor und ein Halbleiterlaser beschrieben, doch ist die Erfindung
darauf nicht beschränkt und ist bei all den Halbleitervorrichtungen
anwendbar, die aufeinandergeschichtete Halbleiterschichten aufweisen und in denen ein Strom in Richtung
zur Durchdringung dieser Schichten fließt.
Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung mit zufriedenstellenden
Eigenschaften unter unkritischen Bedingungen dadurch erzielt, daß mindestens ein Unterband der Übergitter-Pufferschicht
innerhalb mehrerer zehn meV oberhalb des
Potentials der Kollektorschicht 3' eingeschlossen ist.
35
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Wie vorstehend beschrieben wurde, werden, wenn die Übergitter-Pufferschicht
(deren Potential für Elektronen oder Löcher an der Quantenquelle Vw und an der Barriere VB ist)
c zwischen die das Potential Vq aufweisenden Verbundschichten
eingefügt ist, die Potentiale so gewählt, daß sie der Bedingung Vw<vO<yB genügen/ und die Parameter werden
geeignet gewählt, um den Spannungsabfall an der Übergitter-Pufferschicht
deutlich zu reduzieren.
Als Ergebnis davon kann die Übergitter-Pufferschicht ohne
Spannungsabfall an einer beliebigen Stelle in der Verbundschicht gebildet werden, die Qualität der Aktivierungsschicht wird verbessert und eine bei niedrigem Strom und
niedriger Spannung arbeitende Laservorrichtung kann geschaffen werden. Da die Pufferschicht an einer beliebigen
Stelle gebildet werden kann, wächst die Freiheit beim Entwurf der Laservorrichtung. Dies ist besonders wirkungsvoll
bei einem Planarlichtlaser.
Wenn die Übergitter-Pufferschicht in der Nähe der Aktivierungsschicht
zu bilden ist, lauten die Bedingungen folgendermaßen: (A) das normale Energieniveau des Übergittersystems
ist im wesentlichen gleich dem Potential der Verbundschichten auf beiden Seiten und (B) die Bandbreite des
normalen Unterbands des Übergittersystems wird breit genug gewählt, um den von einer der Verbundschichten eingedrungenen
Elektronen ein leichtes Durchdringen der Übergitter-Pufferschicht 7 und Erreichen der gegenüberliegenden Verbundschicht
zu ermöglichen. Dadurch wird der Spannungsabfall reduziert und ein Leckstrom der Elektronen von der
Aktivierungsschicht zur Pufferschicht kann unterdrückt werden.
Offenbart ist eine Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl
aufeinandergeschichteter Halbleiterschichten, bei der ein Strom senkrecht zur Beschichtungsebene fließt und bei der
in mindestens einer der Schichten eine Übergitterschicht gebildet ist und ein Potential einer Quantenquelle der
Übergitterschicht kleiner als ein Potential der Halbleiterschicht ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist,
während ein Potential einer Barriere der Übergitterschicht höher als das Potential der Halbleiterschicht ist, in der
die Übergitterschicht gebildet ist.
10
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Claims (10)
- PATENTANSPRÜCHE(l. Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl aufeinandergeschichteter Halbleiterschichten, bei der ein Strom senkrecht zur Beschichtungsebene fließt, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Halbleiterschichten eine Übergitterschicht (7; 17; 27) gebildet ist, daß ein Potential einer Quantenquelle der Übergitterschicht niedriger als ein Potential der Halbleiterschicht (3; 13; 23) ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist, und daß ein Potential einer Barriere der Übergitterschicht höher als ein Potential der Halbleiterschicht ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist.
- 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Halbleiterschichten eine Aktivierungsschicht (24) und auf gegenüberliegenden Seiten derselben Verbundschichten (23, 25) aufweisen und daß die Übergitterschicht in mindestens einer der Verbundschichten gebildet ist.
- 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Heteroübergangs-Bipolartransistor ist.
- 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Halbleiterlaser ist.
- 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Vertikal-Mesa-Feldeffekttransistor ist.
- 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Halbleitervorrichtung bildenden Schichten aus GaAs/AsGaAs Halbleitermaterial hergestellt sind.
- 7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Halbleitervorrichtung bildenden Schichten aus GaAs/AsGalnP Halbleitermaterial hergestelltsind.
- 8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergitterschicht (7) in einer Kollektorschicht (3, 3') gebildet ist.
- 9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergitterschicht (7) in einer Emitterschicht (5) gebildet ist.
- 10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das normale Energieniveau der Übergitterschicht im wesentlichen gleich dem Potential in der Verbundschicht ist, in die die Übergitterschicht eingefügtist, und daß die Breite des normalen Unterbands in der 35Übergitterschicht so ausreichend breit für ein von einer Seite der Verbundschxcht her eindringendes Elektron ist, daß es die Übergitterschicht leicht durchdringen und die andere Seite der Verbundschxcht erreichen kann.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4801993A (en) * | 1986-02-04 | 1989-01-31 | David Ankri | Monolithic semiconductor structure of a heterojunction bipolar transistor and a laser |
US5048049A (en) * | 1988-09-22 | 1991-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Turnable distributed feedback-laser |
US5300794A (en) * | 1989-09-25 | 1994-04-05 | Gte Laboratories Incorporated | Method of fabricating highly lattice mismatched quantum well structures |
EP0614227A2 (de) * | 1993-03-05 | 1994-09-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heteroübergang-Bipolartransistor |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0666519B2 (ja) * | 1986-08-14 | 1994-08-24 | 東京工業大学長 | 超格子構造体 |
JP2708744B2 (ja) * | 1986-11-20 | 1998-02-04 | 三洋電機株式会社 | 半導体レーザ |
JP2543551B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1996-10-16 | キヤノン株式会社 | 半導体レ―ザ― |
US4930132A (en) * | 1987-12-28 | 1990-05-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Second harmonic wave generating device having active layer and second harmonic wave generating layer on same substrate |
US5146295A (en) * | 1988-03-29 | 1992-09-08 | Omron Tateisi Electronic Co. | Semiconductor light emitting device having a superlattice buffer layer |
JP2800299B2 (ja) * | 1989-08-31 | 1998-09-21 | 横河電機株式会社 | ヘテロ構造半導体装置 |
US5013918A (en) * | 1990-04-02 | 1991-05-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multicolor infrared photodetector |
US5289018A (en) * | 1990-08-14 | 1994-02-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting device utilizing cavity quantum electrodynamics |
FR2713788B1 (fr) * | 1993-12-09 | 1996-03-01 | France Telecom | Opérateur optique à hétérostructure à puits quantiques. |
US20060208265A1 (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting diode and light emitting diode array |
JP2008047940A (ja) * | 2007-10-29 | 2008-02-28 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4525687A (en) * | 1983-02-28 | 1985-06-25 | At&T Bell Laboratories | High speed light modulator using multiple quantum well structures |
US4528464A (en) * | 1983-02-28 | 1985-07-09 | At&T Bell Laboratories | Degenerate four-wave mixer using multiple quantum well structures |
JPS6028292A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ素子 |
NL8304008A (nl) * | 1983-11-22 | 1985-06-17 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. |
-
1985
- 1985-02-19 JP JP60029305A patent/JPS61190980A/ja active Pending
-
1986
- 1986-02-11 US US06/828,254 patent/US4796067A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-02-18 DE DE19863605130 patent/DE3605130A1/de active Granted
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Appl. Phys. Letters, Bd. 7, 1983, S. 615-617 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4801993A (en) * | 1986-02-04 | 1989-01-31 | David Ankri | Monolithic semiconductor structure of a heterojunction bipolar transistor and a laser |
US5048049A (en) * | 1988-09-22 | 1991-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Turnable distributed feedback-laser |
US5300794A (en) * | 1989-09-25 | 1994-04-05 | Gte Laboratories Incorporated | Method of fabricating highly lattice mismatched quantum well structures |
EP0614227A2 (de) * | 1993-03-05 | 1994-09-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heteroübergang-Bipolartransistor |
EP0614227A3 (de) * | 1993-03-05 | 1995-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | Heteroübergang-Bipolartransistor. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4796067A (en) | 1989-01-03 |
JPS61190980A (ja) | 1986-08-25 |
DE3605130C2 (de) | 1991-09-05 |
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