DE3786363T2

DE3786363T2 - Halbleiteranordnungen mit hoher Beweglichkeit.

Info

Publication number: DE3786363T2
Application number: DE87200641T
Authority: DE
Inventors: Hugh Ivor Ralph
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2007-04-07
Also published as: DE3786363D1; EP0241988A3; GB8609337D0; GB2189345A; JP2537852B2; JPS62245682A; US4862228A; EP0241988B1; EP0241988A2

Description

Die Erfindung betrifft Halbleiteranordnungen hoher Beweglichkeit mit einem p-leitenden Leitungskanal, der als mindestens ein Quantum-Well mit Heterostruktur ausgebildet ist, und betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, Feldeffekttransistoren aus III-V-Verbindungshalbleitermaterialien, die bei Raumtemperatur betrieben werden können.
Die US-Patentschrift (US-A) 4 163 237 beschreibt Halbleiteranordnungen hoher Beweglichkeit (und insbesondere einen Feldeffekttransistor), die einen als Heterostruktur ausgebildeten Leitungskanal haben, mit einer Anzahl von Schichten aus Halbleitermaterial mit kleiner Bandlücke, die mit dotierten Schichten aus Halbleitermaterial mit großer Bandlücke abwechseln. Der Kanal erstreckt sich in Längsrichtung entlang der Ebene des Quantum-Wells mit Leitungsladungsträgern des Kanals, die in Richtung der Dicke der Schichten durch den Quantum-Well beschränkt werden.
Leitung erfolgt in dem Material mit kleiner Bandlücke mit Hilfe von Ladungsträgern, die von den dotierten Schichten mit großer Bandlücke geliefert werden. Diese Erscheinung wird heutzutage "Trägermodulationsdotierung" des Materials mit kleinerer Bandlücke genannt, wobei das Material selbst nahezu undotiert sein kann. Indem auf diese Weise Leitungselektronen aus fremdatomdotierten Schichten, in denen Streuung auftritt, entfernt werden, erhält man im Vergleich zu der Elektronenbeweglichkeit, die sich aus Fremdatomdotierung des Materials mit kleinerer Bandlücke ohne Heterostruktur ergibt, eine erhöhte Elektronenbeweglichkeit. Diese Verbesserung ist besonders bei tiefsten Temperaturen signifikant.
In US-A 4 163 237 wird erkannt, daß, wenn die Dicke der Schichten mit kleiner Bandlücke in der Größenordnung einiger hundert Ångström liegt, d. h. einige Dutzend Nanometer (nm), die Energieniveaus in den Schichten sowohl im Leitungs- als auch im Valenzband quantisiert werden. In diesem Fall bildet jede Schicht mit kleiner Bandlücke einen Quantum-Well, wobei das Material mit großer Bandlücke als Barriereschichten wirkt. In Fig. 2 in US-A 4 163 237 werden im Inneren des Leitungs- und des Valenzbandes beliebig quantisierte Niveaus E&sub1;', E&sub2;' und E&sub3;' dargestellt. Mehrere Strukturen wurden mit Schichtdicken im Bereich von 10 nm bis 40 nm (100 bis 400 34 Ångström) hergestellt, und es sei bemerkt, daß sich in diesem Bereich die für die Erhöhung der Beweglichkeit erhaltenen Ergebnisse als nahezu unabhängig von der Schichtdicke erwiesen haben.
Die meisten der in US-A 4 163 237 beschriebenen Anordnungen sind nleitend, wobei die Schichten mit großer Bandlücke mit Donatorfremdatomen n-dotiert sind und die Heterostruktur eine Leitungsbandstufe aufweist, die genügend groß ist, um Elektronen auf die Schichten mit kleinerer Bandlücke zu beschränken. Spezielle Beispiele für mit n-GaAlAs-Schichten mit großer Bandlücke abwechselnde GaAs-Schichten werden beschrieben. Sowohl GaAs als auch GaAlAs sind Halbleitermaterialien mit kubischer Gittersymmetrie des Zinkbiendetyps. Es ist auch vorgeschlagen worden, daß p-leitende Anordnungen gebildet werden können, wenn die Schichten mit großer Bandlücke mit Akzeptorfremdatomen p-dotiert werden und die Heterostruktur eine Valenzbandstufe aufweist, die genügend groß ist, um Löcher auf die Schichten mit kleinerer Bandlücke zu beschränken. Es werden keine besonderen Beispiele gegeben, wobei bemerkt wird, daß die n-Schichten mit großer Bandlücke vorzuziehen sind, da im allgemeinen die Elektronenbeweglichkeit größer ist als die Löcherbeweglichkeit.
In darauffolgenden Jahren sind, statt viele abwechselnde Schichten zu verwenden, Anordnungen mit hoher Beweglichkeit (insbesondere Feldeffekttransistoren) mit einzelnen Heteroübergängen gebildet worden, die, von einem dotierten Material mit größerer Bandlücke (besonders GaAlAs) ausgehend, für Trägermodulationsdotierung in einem undotierten Material mit kleinerer Bandlücke (besonders GaAs) sorgen. Mit diesem Schritt von GaAs/GaAlAs-Quantum-Wells fort und hin zu Anordnungen mit einzelnen Heteroübergängen wird vermieden, daß GaAs auf dotiertem GaAlAs in guter Qualität aufwachsen muß. Als Folge von Coulomb-Anziehung zwischen den ionisierten Fremdatomen in dem Material mit größerer Bandlücke und den Ladungsträgern in dem Material mit kleinerer Bandlücke werden die Ladungsträger in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis 30 nm von der Grenzschicht mit dem Material mit größerer Bandlücke festgehalten, so daß sie ein sogenanntes zweidimensionales Ladungsträgergas in dem Material mit kleinerer Bandlücke bilden. Dieser Ansatz ist für die Bildung von Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (high electron mobility transistors; HEMTs) erfolgreich übernommen worden, für die undotiertes GaAs und n-dotiertes GaAlAs verwendet wird und die bei niedrigen Temperaturen betrieben werden. Derartige Transistoren werden auch als MODFETs bezeichnet (von: modulation doped field-effect transistors, d. h. modulationsdotierte Feldeffekttransistoren). Selbst bei Raumtemperatur (300 K) kann eine leichte Verbesserung der Elektronenbeweglichkeit im Vergleich zu Volumen-GaAs erhalten werden, dessen Elektronenbeweglichkeit bei 300 K ungefähr 8500 cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ beträgt.
Da für Schaltungen mit niedrigerer Verlustleistung, potentiell erhöhter Geschwindigkeit und verbesserten Rauschgrenzbereichen Anordnungen mit komplementärer Leitfähigkeit wünschenswert sind, ist der gleiche Einzel-Heteroübergang-Ansatz für Anordnungen mit p-Kanalleitung übernommen worden. Die Löcherbeweglichkeit in GaAs-Volumenmaterial bei 300 K ist nur höchstens 400 cm²V&supmin;¹s&supmin;¹, aber p-Kanal-MOD- FETs sind bei Verwendung von undotiertem GaAs und p-dotiertem GaAlAs mit Löcherbeweglichkeiten von 3650 cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ bei 77 K und von 54000 cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ bei 4,2 K gebildet worden, wie es beispielsweise in dem Beitrag mit dem Titel "P-channel MOD- FETs using GaAlAs/GaAs Two-dimensional Hole Gas" in IEEE Electron Device Letters, Bd. EDL-5, Nr. 8, August 1984, S. 333 bis 335 beschrieben wird. Für Schaltungsanwendungen mit komplementären Transistoren bei 300 K ist eine solche Anordnung jedoch uninteressant, da ihre Kenndaten bei Raumtemperatur eine mittlere Beweglichkeit von weniger als 200 cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ bedeuten, was sogar noch weniger ist als die Löcherbeweglichkeit in Volumen-GaAs bei 300 K.
Die Temperaturabhängigkeit der Beweglichkeit in zweidimensionalen Löchersystemen in modulationsdotiertem GaAs/GaAlAs ist in einem Beitrag mit diesem Titel in Applied Physics Letters, Bd. 44, Nr. 1, Januar 1984, S.139-141, untersucht worden. Ergebnisse werden sowohl für Einzel-Heteroübergang-Strukturen als auch für Übergitter mit abwechselnden Schichten, die Mehrfach-Heteroübergänge bilden, gegeben. In allen Fällen ist es, um Löcherbeweglichkeiten größer als 1 · 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ (d. h. mehr als 2,5 mal der Löcherbeweglichkeit bei Volumen-GaAs bei 300 K) zu erhalten, notwendig, die Anordnung auf beispielsweise 200 K und darunter zu kühlen. Auch sei bemerkt, daß die Formen und Werte der Löcherbeweglichkeit/Temperatur-Kurven für Einzel-Heteroübergang-Strukturen und der für Übergitter sehr ähnlich sind; es gibt auch keine signifikante Verbesserung der einen gegenüber der anderen, obwohl die Löcherbeweglichkeit in der Einzel-Heteroübergang-Struktur zu etwas höheren Werten tendiert als die im Übergitter.
Erfindungsgemäß ist eine Halbleiteranordnung hoher Beweglichkeit mit einem p-leitenden Leitungskanal, der als mindestens ein Quantum-Well ausgebildet ist, wobei der Quantum-Well eine durch eine Schicht aus Halbleitermaterial mit kleiner Bandlücke, die zwischen p-dotierten Barriereschichten aus Halbleitermaterial mit großer Bandlücke liegt, gebildete Heterostruktur ist, wobei die Halbleitermaterialien jeweils kubische Gittersymmetrie haben, der Kanal sich entlang der Ebene des Quantum-Wells erstreckt und hierbei Leitungslöcher des Kanals in Richtung der Dicke der Schichten durch den Quantum-Well beschränkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Quantum-Well weniger als 5 nm breit und energetisch so tief ist, daß Leitung entlang des Kanals durch Löcher mit verringerter Masse erfolgt, die bei 300 K eine Beweglichkeit haben, die mehr als 2,5 mal so groß wie die Beweglichkeit von Leitungslöchern in Volumenmaterial des genannten Halbleiters mit kleiner Bandlücke bei 300 K ist, wobei die Quantum-Well-Schicht des Halbleiters mit kleiner Bandlücke nicht absichtlich dotiert ist. Daher können für auf III-V-Verbindungshalbleitermaterialien basierte Quantum- Well-Schichten die Leitungslöcher mit verringerter Masse in der Ebene eines solchen Quantum-Wells bei 300 K eine Beweglichkeit von über 1 · 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ haben.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis des Erfinders, daß eine sehr signifikante Verringerung der Masse der Leitungslöcher entlang des Kanals (und damit eine signifikante Zunahme der Löcherbeweglichkeit sogar um 300 K sowie der Driftgeschwindigkeit bei hohen Feldern) erhalten werden kann, indem die Leitungslöcher in Richtung der Dicke der Schichten mit einer oder mehreren Quantum-Wells beschränkt werden, die viel weniger (weniger als 5 nm) breit sind, als allein für die Quantisierung notwendig ist, und hinsichtlich der Löcherenergie viel tiefer, als allein zur Erzeugung einer Valenzbandstufe zur Beschränkung der Löcher auf das Material mit kleiner Bandlücke notwendig ist. Dies ermöglicht den Entwurf von p-Kanal-Transistoren mit hoher Beweglichkeit zum Betrieb bei Raumtemperatur.
Nach Auffassung des Erfinders erfolgt diese Massenverringerung folgendermaßen - eine vollständigere Betrachtung wird später anhand von Fig. 2 gegeben. In Volumen-Halbleitermaterial (wie III-V-Verbindungen), das in einer kubischen Gitterstruktur des Zinkblendetyps kristallisiert ist, gibt es zwei Energieniveaubänder am oberen Teil des Valenzbandes, die beim Impuls Null entartet sind; diese beiden werden im allgemeinen als das der "schweren" Löcher bezeichnet, die sich so verhalten, als hätten sie eine Spinquantenzahl (mj) von ±3/2 und als das der "leichten" Löcher, die sich verhalten, als hätten sie eine Spinquantenzahl (mj) von ±1/2, wobei die Spinquantisierung in Bewegungsrichtung des Lochs erfolgt. Obwohl "schwere" und "leichte" Löcher normalerweise in Volumenmaterial nebeneinander vorkommen, gibt es viel mehr "schwere" als "leichte" Löcher, so daß hauptsächlich die "schweren" Löcher zu den elektrischen Eigenschaften des Materials beitragen. Wenn die quantenmechanische Symmetrie durch Anbringen eines Quantum-Wells verringert wird, werden diese Energieniveaus der "leichten" und "schweren" Löcher beim Impuls Null getrennt, aber das Niveau der niedrigsten Löcherenergie und damit die bevorzugte Besetzung ist die des "schweren" Lochs (mj ±3/2, wenn der Impuls in der Ebene des Wells null ist). Also herrschen wieder "schwere" Löcher in dem Quantum-Well vor. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß, wenn man den Quantum-Well sowohl sehr tief als auch genügend schmal (weniger als 5 nm breit) macht, die Masse des "schweren" Lochs, die für die Bewegung in der Ebene des Wells effektiv ist, signifikant verringert wird, so daß sie hinsichtlich ihrer Trägheit zu einem "leichten" Loch wird. Außerdem wird die Trennung der beiden Löcherniveaus (mj ±3/2 und ±1/2) genügend groß, so daß die Geschwindigkeit des leichter gewordenen "schweren" Lochs groß werden kann, bevor das Loch gestreut wird, und Interlochstreuung wird sogar im Bereich der Raumtemperatur (300 K) und bei hohen elektrischen Feldern weitgehend eliminiert.
Der Entwurf von Anordnungen aufgrund dieser Überlegungen ermöglicht es, Löcherbeweglichkeiten bei 300 K zu erhalten, die signifikant größer als 1 · 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ sind, beispielsweise mit einem Quantum-Well aus GaAs oder einer ternären, auf GaAs basierten Verbindung. Löcherbeweglichkeiten bei 300 K von 3 · 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ und höher, beispielsweise 4 mal oder sogar 5 mal 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ können erhalten werden. Experimente mit p-leitend modulierten Quantum-Wells zeigen an, daß die Masse des "schweren" Lochs für Quantum-Well-Breiten von mehr als 5 nm nicht signifikant kleiner (und eventuell sogar geringfügig größer) als im Volumenmaterial ist, aber daß mit genügend kleiner Breite (weniger als 5 nm) die Masse in einem tiefen Well signifikant kleiner wird. Berechnungen zeigen, daß für einen solchen Quantum-Well die Masse des "schweren" Lochs in der Ebene ("In-Plane"-Masse) auf ein Viertel (oder sogar noch weniger) der Masse in Volumenmaterial, beispielsweise GaAs, verringert werden kann.
Um ausreichend tiefe, auf GaAs basierte Quantum-Wells zu erzeugen, ist es günstig, die Barriereschichten aus einem Material wie AlAs zu bilden. Der Well kann weiter vertieft werden, indem die Quantum-Well-Schicht aus einem ternären Verbindungsmaterial wie z. B. Galliumindiumarsenid gebildet wird. Die Verwendung von GaInAs-Wells mit AlAs-Barrieren bringt auch eine Gitterfehlanpassung mit sich, wodurch das Well-Material eine biaxiale Druckverformung erhält. Beide Effekte verstärken die Trennung der Löcherenergieniveaus und die Massenverringerung der Leitungslöcher in dem Quantum-Well. Jedoch können auch andere Materialien für den Quantum-Well und die Barriereschichten verwendet werden.
Zur Erläuterung dieser und anderer Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäße Anordnung mit einem p-Kanal-Feldeffekttransistor hoher Beweglichkeit;
Fig. 2 eine Darstellung der Löcherenergie Eh als Funktion des Wellenvektors ky, der ein Maß für den Quasiimpuls in einem solchen Quantum-Well-Kanal für eine Bewegungsrichtung y parallel zur Ebene der Quantum-Well-Schicht ist; und
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der Heterostruktur aus Barriereschicht und dazwischenliegender Quantum-Well-Schicht für den Kanal eines solchen erfindungsgemäßen Transistors.
Es sei bemerkt, daß die Zeichnung schematisch und nicht maßstabsgetreu ist. Verschiedene Maße und Proportionen bei den Querschnittansichten der Fig. 1 und 3 sind zur Vereinfachung und Verdeutlichung übertrieben groß oder verkleinert dargestellt, und undotierte Teile des GaAs und AlAs sind in diesen Figuren nicht schraffiert. Außerdem sei bemerkt, daß in Fig. 2 die Lochbezeichnungen von mj = ±3/2 und mj = ±1/2 sich nur auf den "schweren" und "leichten" Charakter der Löcher bei ky = 0 beziehen und daß die exakte Form dieser Kurven im ky-Raum in dem schmalen Quantum-Well für verschiedene Materialien variiert und selbst für GaAs nicht genau bekannt ist, so daß Fig. 2 nur eine schematische Darstellung ist.
Die Anordnung aus Fig. 1 umfaßt einen Feldeffekttransistor hoher Beweglichkeit mit einem p-leitenden Leitungskanal 7, der als eine Anzahl von Heterostruktur-Quantum-Wells 1 ausgebildet ist. Jeder Quantum-Well wird von einer Schicht 1 aus III-V-Verbindungshalbleitermaterial mit kleiner Bandlücke (beispielsweise Galliumarsenid oder Galliumindiumarsenid), die zwischen p-dotierten Barriereschichten 2 aus III-V- Verbindungshalbleitermaterial (beispielsweise Aluminiumarsenid) mit großer Bandlücke liegt, gebildet. Diese Halbleitermaterialien 1 und 2 haben jeweils kubische Gittersymmetrie des Zinkblendetyps. Der Kanal 7 erstreckt sich longitudinal entlang der Ebene der Quantum-Wells 1, wobei der Strompfad zwischen einem Eingang 8 und einem Ausgang 9 definiert wird, die in Längsrichtung (y) der Schichten 1 und 2 seitlich voneinander getrennt liegen. Leitungslöcher, die den Strom in dem Kanal 7 führen, werden in Richtung der Dicke (z) der Schichten 1 und 2 durch die Quantum-Wells 1 beschränkt.
Erfindungsgemäß ist jeder Quantum-Well 1 weniger als 5 nm breit (d. h. daß die Schicht 1 weniger als 5 nm dick ist) und energetisch so tief, daß Leitung entlang des Kanals 7 durch Löcher mit verringerter Masse erfolgt, die eine Beweglichkeit von mehr als 1 · 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ bei 300 K haben. Die Beweglichkeit bei 300 K für Leitungslöcher mit verringerter Masse, die unter Verwendung schmaler und sehr tiefer erfindungsgemäßer Quantum-Wells 1 erhalten werden kann, wird um mehr als 2,5 mal dem Wert der Beweglichkeit von Leitungslöchern in Volumenmaterial des gleichen Halbleiters mit kleiner Bandlücke bei 300 K erhöht. Die Leitungslöcherbeweglichkeiten für allgemein verwendete Volumenmaterialien aus GaAs und InAs betragen bei 300 K ungefähr 400 bzw. 450 cm²V&supmin;¹s&supmin;¹. Die Erfindung kann jedoch auch bei Halbleitermaterialien mit noch höherer Volumenbeweglichkeit verwendet werden, um noch höhere Leitungslöcherbeweglichkeiten in der Ebene der Quantum-Wells 1 zu erhalten.
Infolge der Valenzbandstufe an dem Heteroübergang zwischen den Schichten 1 und 2 liefern die p-Fremdatome in dem Material 2 mit größerer Bandlücke die Leitungslöcher an das Material 1 mit kleinerer Bandlücke, so daß in den Quantum-Well- Schichten 1 durch Ladungsträgermodulationsdotierung Kanalleitung erfolgt. Daher wird, wie vorstehend in US-A 4 163 237 vorgebracht worden ist, die Beweglichkeit durch Verringerung der Ladungsträgerstreuung an Fremdatomen erhöht. Dies wird erreicht, indem die Quantum-Well-Schichten 1 nahezu undotiert sind, d. h. nicht absichtlich dotiert. Der Effekt ist in erster Linie bei Niedrigtemperaturbetrieb (insbesondere unter 70 K) signifikant. Es erscheint derzeit unsicher, daß Modulationsdotierung von sich aus in einem Quantum-Well zu einer signifikanten Beweglichkeitserhöhung bei Raumtemperatur führen kann, insbesondere da der anfängliche Effekt der Einbringung einer Heterostruktur im Vergleich zur Verwendung von Volumenmaterial dahin tendiert, daß eine geringfügige Verringerung der Löcherbeweglichkeit bei 300 K auftritt.
Erfindungsgemäß wird jedoch eine viel größere signifikante Zunahme der Löcherbeweglichkeit bei Raumtemperatur erhalten, indem der Quantum-Well i sowohl hinsichtlich der Löcherenergie tiefer gemacht wird, als zur Beschränkung der Löcher auf das undotierte Material mit kleiner Bandlücke erforderlich wäre, als auch viel schmaler in der Breite, als allein für Quantisierung notwendig wäre. Die Ergebnisse für diesen Fall hinsichtlich der Trennung von Energieniveaus und Verringerung der effektiven Masse der Leitungslöcher werden in Fig. 2 dargestellt.
Fig. 2 zeigt die Löcherenergieniveaus a und b in einem solchen auf GaAs basierten Quantum-Well 1, wobei der obere Teil des Valenzbandes durch das Niveau a gebildet wird, das hinsichtlich der Löcherenergie Eh das niedrigste Niveau ist. Wenn der Kanal 7 mehrere mit den p-dotierten Barriereschichten 2 abwechselnde Quantum-Well-Schichten 1 umfaßt, sollten die dazwischenliegenden Barriereschichten 2 normalerweise genügend dick gemacht werden, um die Leitungslöcher auf die einzelnen Quantum-Wells 1 in Richtung der Dicke der Schichten zu beschränken, wodurch die Löcher in einem 2-dimensionalen System festgehalten werden. Andernfalls erzeugt quantenmechanische Kopplung der Wells 1 einen Übergitter-Effekt, bei dem jedes der Niveaus a und b in ein breites Energieniveauband aufgeweitet wird. Kopplung zwischen den Wells kann jedoch eingeschlossen sein, obwohl dies normalerweise vermieden wird, um so eine maximale Trennung der Niveaus a und b in dem Quantum-Well aufrechtzuhalten.
In dem GaAs-Volumenkristallmaterial entsprechen die für die Löcherleitung wichtigen Energieniveaubänder Niveaus für Löcher, die sich so verhalten, als hätten sie Spinquantenzahlen mj von ±3/2 und mj von ±1/2, wobei die Spinquantisierung in Bewegungsrichtung des Lochs erfolgt. In dem Volumenmaterial sind die beiden Spinzustände (±3/2 und ±1/2 ) dieser Löcher beim Impuls Null (k=0) entartet, aber der ±3/2-Spinzustand hat eine breitere Krümmung im k-Raum und ist so vorzugsweise besetzt und hat eine größere Masse als der ±1/2-Spinzustand. Aus diesem Grunde werden diese beiden Spinzustände normalerweise als die der "schweren" Löcher für mj = ±3/2 und "leichten" Löcher für mj = ±1/2 bezeichnet. Dieser Unterschied in der effektiven Masse für die verschiedenen Spinzustände ist eine der Auswirkungen der kubischen Gitterumgebung auf die kinetische Energie des Lochs. Eine zweite Auswirkung ist, daß die Masse des Lochs anisotrop mit kubischer Symmetrie ist. Dieser anisotrope Masseneffekt ist besonders stark für die "schweren" Löcher, bei denen beinahe ein Verhältnis von 2 : 1 zwischen der Masse in 111- und der in 100-Richtung vorliegt. Die effektive Masse für Leitungslöcher ist eine mittlere Kombination dieser anisotropen Massen. Die effektive Masse mhh des "schweren" Lochs (mj = ±3/2) im Volumen- GaAs beträgt ungefähr 0,5 me, wobei me die Masse eines freien Elektrons ist. Das "schwere" Loch ist ungefähr fünfmal schwerer als das "leichte" Loch. Die effektiven Massen von "schweren" Leitungslöchern in anderen oft verwendeten III-V-Verbindungshalbleitervolumenmaterialien liegen auch zwischen ungefähr 0,4 me und 0,6 me.
Wenn die quantenmechanische Symmetrie durch Beschränkung der Löcher in der z-Richtung auf einen Quantum-Well 1 verringert worden ist, wird die Entartung aufgehoben, und Energieniveaus "leichter" und "schwerer" Löcher werden selbst bei ky = 0 (und kx = 0) getrennt, wie in Fig. 2 durch die Kurven b bzw. a dargestellt wird. Die z-Richtung ist die Richtung der Dicke der Schicht 1 (d. h. die Breite des Quantum-Wells), wobei y und x als Richtungen entlang der Ebene des Quantum-Wells (d. h. entlang des Kanals 7 und senkrecht dazu) gewählt sind. Wenn in den folgenden Überlegungen vorausgesetzt wird, daß ky = 0 ist, dann sollte auch angenommen werden, daß kx = 0 ist, d. h. das Loch befindet sich für alle Richtungen entlang der Ebene des Quantum-Wells im Ruhezustand. Das Niveau der niedrigsten Löcherenergie und damit der bevorzugten Besetzung ist das Niveau a, d. h. weiterhin das der "schweren" Löcher (mj ±3/2).
Erfindungsgemäß ist der Quantum-Well 1 jedoch so tief und genügend schmal (weniger als 5 nm breit), daß das Niveau a im k-Raum in der x- und der y- Richtung steilfallend gekrümmt ist, so daß die für die Bewegung in der Ebene des Quantum-Wells effektive Masse des "schweren" Lochs so signifikant verringert wird, daß es quasi zu einem leichten Loch wird. Die 2. Ableitung von E im ky-Raum (d²E/dky²) bei ky = 0 ist umgekehrt proportional zu der Masse, und dadurch, daß man einen genügend schmalen und sehr tiefen Quantum-Well hat, können die Leitungslöcher in der Anordnung in dem Energieniveau a der "schweren" Löcher zurückgehalten werden, aber mit einer effektiven Masse von weniger als der Hälfte, vorzugsweise weniger als einem Drittel der der Leitungslöcher in Volumenmaterial, d. h. einer Zunahme von d²E/dky² von mehr als dem Faktor drei. Tatsächlich kann die Masse des "schweren" Lochs (Linie a) unter geeignet optimierten Bedingungen sich ungefähr dem Wert 0,11 me annähern (d. h. weniger als ein Viertel der Masse in Volumen-GaAS und anderen üblichen III-V-Volumenmaterialien). Für Löcherbewegung entlang des Kanals ist größer als null; jedoch bleibt ein erhöhtes d²E/dky² erhalten, wie in Fig. 2 durch die Krümmung der Linie a für ky-Werte größer als null gezeigt wird. Der Faktor d²E/dky² sollte für diese größeren ky-Werte groß bleiben, so daß die Lochgeschwindigkeit so groß wie möglich wird, bevor das Loch gestreut wird. Die Lochmasse ist umgekehrt proportional zu d²E/dky², soweit die Kurve a parabolisch ist, aber dieser Faktor d²E/dky² bleibt auch zu einem Trägheitsmaß umgekehrt proportional, wenn die Kurve a nicht-parabolisch wird.
Die Trennung der beiden Löcherniveaus a und b in einem so schmalen und sehr tiefen Quantum-Well ist so groß, daß das Niveau a bis zu höheren ky-Werten einer parabolischen Kurve folgt, und die Besetzung des höheren Energieniveaus b wird zum größten Teil unbedeutend, wodurch die Auswirkung des Niveaus b auf die Leitung verringert und Interlochstreuung selbst für die Anordnungen großenteils beseitigt wird, die im Bereich der Raumtemperatur und bei hohen elektrischen Feldern betrieben werden, z. B. während des Abschaltens eines Feldeffekttransistors. Die Trennung der Niveaus a und b beträgt bei ky = 0 günstigerweise mindestens 100 meV. Dies ist viel größer als k·T, wobei k die Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur ist, sogar für den Fall von bei Raumtemperatur betriebenen Anordnungen (k·T ist für T = 300 K ungefähr 25 meV). Selbst wenn die Anordnung für den Betrieb bei niedrigeren Temperaturen entworfen wird, ist im allgemeinen eine Energietrennung von mindestens 100 meV empfehlenswert, um Streuung zwischen den Niveaus a und b für ky-Werte, die hohen Lochgeschwindigkeiten entsprechen, wie sie in in der Anordnung auftretenden hohen Feldern erreicht werden, zu verhindern. Hierdurch wird dafür gesorgt, daß die Sättigungsdriftgeschwindigkeit von Löchern in dem Kanal 7 nicht signifikant durch Interlochstreuung beeinträchtigt wird.
Die allgemeinen Bedingungen eines sehr tiefen und sehr schmalen Quantum-Wells müssen erfüllt sein, um sowohl die effektive Lochmasse im Niveau a für die Bewegung in der Ebene des Wells zu verringern als auch die Niveaus a und b möglichst weitgehend zu trennen. Es ist jedoch für jede spezielle Materialwahl für die Quantum- Well-Schicht(en) 1 und die Barriereschichten 2 und für jede spezielle Tiefe des Wells zu erwarten, daß die optimale Wellbreite für minimale Masse nicht exakt mit der für maximale Trennung der Niveaus a und b übereinstimmt. Dennoch wird eine Quantum-Well- Breite zwischen 1 nm und 3 nm im allgemeinen zu guten Ergebnissen führen, mindestens für die meisten der III-V-Verbindungsmaterialen, die man verwenden möchte. Für GaAs-Quantum-Well-Schichten 1 erscheint eine Dicke von ungefähr 1,5 nm bis 2 nm optimal.
Es sei bemerkt, daß in Volumenmaterial der Lochspin relativ zur Bewegungsrichtung des Lochs definiert ist, wobei die z-Richtung der Dicke der Schicht 1 die Quantisierungsrichtung für die Löcherenergie in einem Quantum-Well 1 definiert. Wenn das Lech entlang der Ebene des Quantum-Wells 1 den Impuls Null hat (d. h. ky = 0 und kx = 0), kann sein Spin mit dem von Löchern in Volumenmaterial verglichen werden (d. h. für ein "schweres" Loch ein Spin mj von ±3/2 und für ein "leichtes" Loch ein Spin mj von ±1/2). Wenn das Loch entlang der Ebene des Wells jedoch einen Impuls hat, ist seine Spinachse nicht mehr zur z-Richtung (senkrecht zur Ebene des Wells 1) ausgerichtet definiert, so daß diese mj-Bezeichnungen von ±3/2 und ±1/2 für die Energiekurven in Fig. 2 für ky-Werte größer als null nicht verwendet werden. Die Linien a und b können jedoch noch auf die Löcher bezogen werden, die so geartet sind, daß sie sich verhalten, als hätten sie beim Impuls Null entlang der Ebene des Wells Spinquantenzahlen von mj ±3/2 bzw. mj = ±1/2.
Mit dem normalerweise für Heteroübergänge bei GaAs-Kanälen von MODFETs verwendeten GaAs-Material kann ein ausreichend tiefer Quantum-Well nicht gebildet werden, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten, selbst wenn die Breite eines solchen GaAs-Quantum-Wells zwischen GaAlAs-Barriereschichten weniger als 5 nm breit gemacht wird. Ein viel tieferer Well ist erforderlich, um genügende Trennung der Energieniveaus a und b und eine geeignete Zunahme von d²E/dky² (und damit Verringerung der Masse) über einen geeigneten Bereich des Impulsraumes ky zu erhalten. Im allgemeinen ist eine Quantum-Well-Tiefe von mindestens 0,4 eV und vorzugsweise mindestens 0,5 eV und mehr erforderlich. Um also einen Quantum-Well für eine erfindungsgemäße Anordnung zu bilden, können die Barriereschichten 2 beide aus Aluminiumarsenid sein, wenn der Quantum-Well 1 entweder aus Galliumarsenid oder einem ternären, Galliumarsenid enthaltenden Mischkristallverbindungsmaterial besteht, das eine größere Valenzbandstufe als Galliumarsenid erzeugt. Die Valenzbandstufe zwischen AlAs und GaAs beträgt ungefähr 0,5 eV. Indem in einen solchen GaAs enthaltenden Mischkristall Indium aufgenommen wird, wird der Quantum-Well 1 tiefer gemacht und er erhält außerdem eine biaxiale Druckverformung, die die Trennung der Niveaus a und b weiter vergrößert. Die Stärke des Effektes steigt mit zunehmenden Indiumarsenid-Molanteilen in dem Galliumarsenid-Material an.
Die Wirkung von Verformung bei der Trennung von Niveaus "schwerer" und "leichter" Löcher in Galliumindiumarsenid wird in dem von der American Physical Society veröffentlichten Beitrag "Optical investigation of a new type of valence-band configuration in InGaAs/GaAs strained superlattices" in Physical Review B, Bd. 31, Nr.12, S.8298-8301, betrachtet. In dem GaInAs-Well liegt das Band "leichter" Löcher bei einer höheren Löcherenergie (niedrigere Elektronenenergie) als das Band "schwerer" Löcher, und tatsächlich liegt es sogar bei einer höheren Löcherenergie als die Valenzbandkante in den benachbarten GaAs-Schichten, mit als Folge, daß die "schweren" Löcher und Elektronen auf die GaInAs-Schichten beschränkt werden, während die "leichten" Löcher auf die GaAs-Schichten beschränkt werden. Dieser sogenannte Typ-II- Übergitter-Effekt für die "leichten" Löcher tritt in den Heterostrukturen der vorliegenden Erfindung, die Quantum-Wells nutzt, die viel tiefer (typischerweise 0,4 eV oder mehr) und auch schmaler (kleiner als 5 nm) sind, nicht auf. Die Verringerung der Leitungslochmasse wird nach der vorliegenden Erfindung in ganz anderer Weise bewirkt.
Die vorliegende Erfindung verschafft eine signifikante Verringerung der effektiven Masse "schwerer" Löcher, die die die Bewegung in der Ebene des Quantum- Wells 1 (und damit entlang des Kanals 7) bewirkende Leitungslochmasse ist. Die Beweglichkeit ist nicht nur umgekehrt proportional zu dieser Masse, sondern auch proportional zur Ladungsträgerlebensdauer. Daher werden zusätzlich zur Schaffung einer breiten Trennung der Löcherenergieniveaus a und b zur Unterdrückung von Interlochstreuung weitere, bereits bekannte Vorsorgemaßnahmen zur Verringerung von Streuung an Verunreinigungszentren und den Grenzschichten zwischen den Quantum-Well-Schichten 1 und den Barriereschichten 2 getroffen. Also werden, wie in Fig. 3 gezeigt wird, die p-Dotierstoffe nicht einfach auf die Barriereschichten 2 beschränkt, sondern sie werden vom Teil 2a der an den Quantum-Well 1 grenzenden Barriereschicht 2 ferngehalten. Eine solche Eigenschaft und ihre Vorteile werden in US-A 4 163 237 bereits beschrieben. Bei Anwendung von Molekularstrahlepitaxie (MBE, molecular beam epitaxy) für die Bildung der Schichten 1 und 2 werden die die p-Dotierstoffe enthaltenden Knudsen- Zellen während des Aufwachsens nicht nur der Quantum-Well-Schicht 1, sondern auch der End- und Anfangsaufwachsphasen der den Wells 1 benachbarten Barriereschichten 2 dicht verschlossen, so daß alle in der (den) Schicht(en) 1 und Schichtteilen 2a vorhandenen Fremdatome in erster Linie aus Hintergrundkontamination in dem MBE-Ultrahochvakuumsystem stammen. In Fig. 1 sind mit der vorstehend festgelegten Art der Schraffur die undotierten Teile 2a nicht dargestellt worden, sondern nur in Fig. 3. Typischerweise werden diese nahezu undotierten Schichtteile 2a viel dicker als die Quantum-Well- Schichten 1 gemacht; also können die undotierten Schichtteile 2a beispielsweise 10 nm und mehr dick sein.
Außerdem hat sich gezeigt, daß, wenn GaAs auf dem oberen Teil des AlAs aufgewachsen wird, die Grenzschicht dazu tendiert, rauher zu sein (und mehr Streuung zu verursachen) als die von AlAs auf GaAs, und die erste auf das Aufwachsen von AlAs folgende derartige Grenzschicht kann Fremdatome gettern, die sich auf der vom Substrat her aufwachsenden AlAs-Oberfläche angesammelt hatten. Um diese Tendenz zu verringern, kann die Heterostruktur für den Transistor aus Fig. 1 nach dem Aufwachsen einer komplexen Pufferschichtstruktur auf das Substrat 10 folgendermaßen verschafft werden:
Das Substrat 10 kann halbisolierendes Cr-dotiertes GaAs oder nahezu undotiertes GaAs sein und eine (100)-Kristallorientierung haben. Eine Pufferschicht 11a aus undotiertem GaAs mit einer Dicke von mehreren um (Mikrometern) kann erst aufgewachsen werden, gefolgt von einer Schicht 11b von undotiertem GaAlAs, die beispielsweise ungefähr 50 nm dick sein darf. Die Pufferstruktur kann durch Aufwachsen einer Übergitterstruktur 11c mit einer Gesamtdicke von ungefähr 150 nm vervollständigt und in Form dünner Mehrfach-Subschichten aus undotiertem GaAs mit abwechselnden Subschichten aus undotiertem GaAlAs oder undotiertem AlAs ausgebildet werden. Es kann eine allmähliche Zunahme der Dicke der abwechselnden GaAlAs- oder ALAs-Subschichten (und in dem AlAs-Molanteil für GaAlAs-Subschichten) aus der Schicht 11b zur ersten AlAs-Barriereschicht 2 auftreten. Dann wird die erste AlAs-Barriereschicht 2 mit einer p-Dotierungskonzentration von beispielsweise 10¹&sup7; bis 10¹&sup8; oder mehr Be- oder Zn-Atomen pro cm³ aufgewachsen. Die Fremdatomdotierung wird gestoppt, bevor der letzte Teil 2a der ersten Barriereschicht 2 aufgewachsen wird. Außerdem kann, innerhalb dieser ersten AlAs-Barriereschicht 2 vergraben, eine sehr dünne GaAs-(oder GaInAs-)Quantum-Well-Schicht (dünner als die Schicht 1) bei einer Tiefe, bei der sie von der Quantum-Well-Schicht 1 um mindestens den undotierten Schichtteil 2a entfernt ist und jenseits der Kontakttiefe der Source- und Drain-Gebiete 8 und 9 liegt, aufgewachsen werden.
Als nächstes wird die typischerweise zwischen 1,5 nm und 2,5 nm dicke Quantum-Well-Schicht 1 aus GaAs oder GaInAs ohne jedes absichtliche Dotieren aufgewachsen, gefolgt von dem dickeren undotierten Teil 2a der nächsten AlAs-Barriereschicht 2. Der dotierte Teil 2b der zweiten AlAs-Barriereschicht 2 wird dann mit derselben Fremdatomdotierung aufgewachsen, und die Folge 2a, 1, 2a, 2b wird wiederholt, um so viele Quantum-Wells zu verschaffen, wie gewünscht werden.
Ein einziger Quantum-Well 1 kann für einen Kleinsignaltransistor ausreichend sein, obwohl es im allgemeinen günstig ist, über mehrere Wells 1 für den Kanal für Anordnungen für höhere Ströme zu verfügen. In diesem Fall ist es, wie eher beschrieben, im allgemeinen vorzuziehen, die Zwischenbarriereschichten 2 genügend dick aufzuwachsen, um signifikante Übergitterkopplung der einzelnen Wells 1 zu verhindern, um so eine gute Trennung zwischen den quantisierten Löcherenergieniveaus a und b aufrechtzuerhalten. Derartige Zwischenbarriereschichten 2 können beispielsweise ungefähr 25 nm dick sein, wohingegen insbesondere die oberste Barriereschicht 2 im allgemeinen dicker aufgewachsen wird. Insbesondere für eine zwischen zwei Quantum- Wells 1 liegende Barriereschicht 2 kann die Dicke des Teils 2b, über den die Barriereschicht fremdatomdotiert ist, beträchtlich kleiner als die Gesamtdicke beider Teile 2a (und selbst als die Dicke eines einzigen Teils 2a) sein, über die sie nahezu undotiert ist. Eine Schicht 3 aus GaAs kann auch auf der obersten AlAs-Barriereschicht 2 aufgewachsen werden, um als Oberflächenschutzschicht zu dienen und mit für die Bildung Ohmscher Kontakte zu sorgen.
Das p-Source-Gebiet 8 und das p-Drain-Gebiet 9 können von einer Legierung aus Au mit Zn oder Be gebildet werden; sie werden durch die oberste Barriereschicht 2 und die Zwischenbarriereschicht(en) 2 hindurch lokal legiert, um so die Quantum-Well-Schichten zu kontaktieren. Source- und Drain-Elektroden 4 und 5 (beispielsweise aus Au) werden auf die Source- und Drain-Gebiete 8 und 9 aufgebracht. Ein Gate 6 wird zwischen den Source- und Draingebieten 8 und 9 in beispielsweise einer Aussparung angebracht, wie in Fig. 1 gezeigt, um eine bessere Steuerung des Kanals 7 durch Feldeffektwirkung zu erhalten. Das Gate 6 kann mit der obersten Barriereschicht 2 einen Schottky-Übergang bilden, oder es kann auf einer dielektrischen Schicht angebracht sein, um eine Isolierschicht-(Insolated-Gate)-Struktur zu bilden.
Der p-Kanal-Feldeffekttransistor aus Fig. 1 kann durch Ätzen durch die Dicke der Schichtstruktur 1, 2 hindurch lateral isoliert werden, um die Pufferschicht 11 zu erreichen und den Transistor auf dem Substrat 10 in einer Mesa-Struktur zu lassen. Es ist einleuchtend, daß andere Schichten aufgewachsen werden können, um einen n- Kanal-Feldeffekttransistor neben der p-Kanal-Anordnung zu bilden. Ein solches Aufwachsen anderer Schichten kann auf dem oberen Teil der Heterostruktur für einen p- Kanal-Transistor, vor der Bildung der Source- und Draingebiete 8 und 9 und der Elektroden 4, 5 und 6 stattfinden. Die n-Kanal-Heterostrukturschichten werden dann bei Bereichen, wo der p-Kanal-Transistor gebildet werden soll, vollständig weggeätzt. Eine große Zahl verschiedener n-Kanal-Transistor-Technologien, die für die Bildung der n- Kanal-Anordnung genutzt werden können, ist bekannt. Der n-Kanal-Transistor wird von den darunterliegenden p-Heterostrukturschichten durch einen dazwischenliegenden pn- Übergang vertikal isoliert. In Abhängigkeit von den Temperaturen und anderen bei der Fertigung von n-Kanal-Transistoren verwendeten Prozeßparametern kann es günstig sein, die Reihenfolge umzukehren, so daß die p-Kanal-Heterostruktur nach Bildung der n-Kanal-Heterostruktur auf dem Substrat 10 gebildet wird. Die Löcherbeweglichkeit in dem erfindungsgemäß gebildeten p-Kanal-Transistor kann mindestens ein Viertel oder sogar halb so groß wie die Elektronenbeweglichkeit in dem n-Kanal-Transistor sein, wobei beide bei Raumtemperatur betrieben werden.
Obwohl das spezielle Beispiel eines auf GaAs basierten Quantum-Wells l zwischen AlAs-Barriereschichten 2 beschrieben worden ist und besonderes Vorteile hat, können auch andere Materialien zur Bildung einer erfindungsgemäßen p-Kanal-Quantum-Well-Heterostruktur verwendet werden. So kann beispielsweise eine Valenzbandstufe von ungefähr 0,4 eV zwischen Barriereschichten 2 aus Indiumphosphid und einer Quantum-Well-Schicht 1 aus Indiumgalliumarsenid gebildet werden. Eine solche Heterostruktur kann verwendet werden, um eine erfindungsgemäße Anordnung zu bilden, deren Quantum-Well-Schicht(en) weniger als 5 nm dick ist (sind). Wenn der Molanteil von GaAs 0,47 ist, ist das InGaAs mit dem InP gitterkonform, und der Quantum-Well ist ungefähr 0,38 eV tief. Es können jedoch verschiedene Molanteile zur Veränderung der Valenzbandstufe und zur Erzeugung von Verformung und zur weiteren Trennung der Löcherenergieniveaus a und b verwendet werden. Andere Halbleitermaterialien mit kleiner Bandlücke und mit großer Bandlücke des Zinkblendegittertyps können für die Bildung sehr tiefer und schmaler (weniger als 5 nm breit) Quantum-Wells 1 in erfindungsgemäßen Anordnungen verwendet werden. Quantum-Wells können auch auf Germanium und Silizium basiert gebildet werden, die kubische Symmetrie des Diamantgittertyps haben, und es scheint, daß eine entsprechende Verringerung der effektiven Masse der "schweren" Leitungslöcher mit diesem Typ eines Halbleiterkristallmaterials durch Bildung schmaler (weniger als 5 nm breit) und sehr tiefer Quantum-Wells erhalten werden kann.
Obwohl in Fig. 1 nur ein Feldeffekttransistor dargestellt worden ist, kann die Erfindung auch genutzt werden, um andersartige Halbleiteranordnungen hoher Beweglichkeit mit einem Leitungskanal vom p-Leitungstyp zu verschaffen. Außerdem können, auch wenn die Erfindung die Bildung von p-Kanal-Anordnungen hoher Beweglichkeit für den Betrieb bei Raumtemperatur erlaubt, erfindungsgemäße Anordnungen für den Betrieb bei niedrigeren Temperaturen entworfen werden, wobei bemerkt werden soll, daß die Beweglichkeit der Leitungslöcher im Kanal 7 bei Kühlung weiter ansteigt.

Claims

1. Halbleiteranordnung hoher Beweglichkeit mit einem p-leitenden Leitungskanal, der als mindestens ein Quantum-Well ausgebildet ist, wobei der Quantum-Well eine durch eine Schicht aus Halbleitermaterial mit kleiner Bandlücke, die zwischen pdotierten Barriereschichten aus Halbleitermaterial mit großer Bandlücke liegt, gebildete Heterostruktur ist, wobei die Halbleitermaterialien jeweils kubische Gittersymmetrie haben, der Kanal sich entlang der Ebene des Quantum-Wells erstreckt und hierbei Leitungslöcher des Kanals in Richtung der Dicke der Schichten durch den Quantum-Well beschränkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Quantum-Well weniger als 5 nm breit und energetisch so tief ist, daß Leitung entlang des Kanals durch Löcher mit verringerter Masse erfolgt, die bei 300 K eine Beweglichkeit haben, die mehr als 2,5 mal so groß wie die Beweglichkeit von Leitungslöchern in Volumenmaterial des genannten Halbleiters mit kleiner Bandlücke bei 300 K ist, wobei die Quantum-Well-Schicht des Halbleiters mit kleiner Bandlücke nicht absichtlich dotiert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung in dem Kanal durch Löcher erfolgt, die in der Ebene des Quantum-Wells eine effektive Masse von weniger als einem Drittel der effektiven Masse von Leitungslöchern in Volumenmaterial des genannten Halbleiters mit kleiner Bandlücke haben.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien mit kleiner und mit großer Bandlücke III-V-Verbindungshalbleiter sind und daß die Beweglichkeit der Leitungslöcher mit verringerter Masse in der Ebene des Quantum-Wells bei 300 K mehr als 1 · 10³ cm²V&supmin;¹s&supmin;¹ beträgt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Quantum-Wells zwischen 1 nm und 3 nm liegt.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Quantum-Wells mindestens 0,4 eV beträgt.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschichten beide aus Aluminiumarsenid sind und daß die Quantum-Well-Schicht des Materials mit kleiner Bandlücke entweder aus Galliumarsenid oder aus einem ternären, Galliumarsenid enthaltenden Verbindungsmaterial ist, das eine größere Valenzbandstufe erzeugt als Galliumarsenid.

7. Anordnung nach Anspruch 6, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das ternäre Verbindungsmaterial Galliumindiumarsenid ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Aluminiumarsenidbarriereschichten und dem ternären Verbindungsmaterial eine Gitterfehlanpassung vorliegt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschichten beide aus Indiumphosphid sind und daß die Quantum-Well-Schicht des Materials mit kleiner Bandlücke aus Indiumgalliumarsenid ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungslöcher in der Schicht durch Trägermodulationsdotierung aus den p-dotierten Barriereschichten verschafft werden.

11. Anordnung nach Anspruch 10, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Barriereschichten direkt angrenzend an die Quantum-Well-Schicht des Materials mit der kleinen Bandlücke nicht absichtlich dotiert sind.

12. Anordnung nach Anspruch 11, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß, mindestens für eine zwischen zwei Quantum-Wells liegende Barriereschicht, die Dicke, über die die Barriereschicht dotiert ist, kleiner ist als die Dicke, über die nicht absichtlich dotiert ist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei mindestens für eine zwischen zwei Quantum-Wells liegende Barriereschicht, die Barriereschichtdicke ungefähr 25 nm ist und eine unmittelbar an die Quantum-Wells grenzende Dicke der Barriereschicht von ungefähr 10 nm nicht absichtlich dotiert ist.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Quantum-Well-Schicht des Materials mit kleiner Bandlücke den p-Leitungskanal eines Feldeffekttransistors bildet.

15. Anordnung nach Anspruch 14, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der p-Leitungskanal eine Vielzahl von Quantum-Well-Schichten des Materials mit kleiner Bandlücke umfaßt, die mit den p-dotierten Barriereschichten mit großer Bandlücke abwechseln, wobei die Barriereschichten die Leitungslöcher auf die einzelnen Quantum- Wells in Richtung der Dicke der Schichten beschränken.