JPH04330790A - 電子遷移効果装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子遷移効果装置及びそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧＥＣジャーナル　　オブ　　リサーチ
第７巻第１号、１９８９年、第３５〜４５頁にエッチ・
スプーナ及びエヌ・アール・コーチが発表した論文「ア
ドバンシス　　インホット　　エレクトロン　　インジ
ェクタ　　ガン　　ダイオード」には、陰極及び陽極接
点領域を有する半導体本体と、これら接点領域間に配置
され、比較的低質量高移動度伝導帯主極小点及び少なく
とも１つの比較的高質量低移動度伝導帯サテライト極小
点を有する半導体材料で形成されたｎ導電型の能動活性
領域と、この能動領域に隣接し、陰極接点領域及び能動
領域間に電位障壁を画成して前記陰極及び陽極接点領域
間に印加される電界の影響のもとで、前記能動領域の比
較的高質量低移動層伝導帯サテライト極小点のエネルギ
ーに匹敵し得るエネルギーを有する前記能動領域に電子
を注入する注入領域とを具える電子遷移効果装置が記載
されている。

【０００３】上記論文に記載し、且つ１９８１年にニュ
ーヨークのジョンウィリー　　アンドソンズ会社から出
版されたエス・エム・スズ−　の本「半導体装置の物理
学」第２版の第２章、第６３７　〜６７６７頁に詳細に
記載されているように、砒化ガリウム又は燐化インジウ
ムのような或る種の半導体材料は、スレシホルド又は臨
界電界以上の電界を半導体材料のサンプルに印加する際
にバルク負性微分抵抗を呈し、電荷が不安定となり蓄積
又はダイオード層を形成する。かかるバルク負性微分抵
抗を呈する半導体材料は最初ガンによって観測され、臨
界電界以上の直流電界を印加す際にコヒーレントマイク
ロ波出力を発生する装置を形成するために用いられた。

【０００４】比較的高質量高エネルギー低移動度サテラ
イト極小点（Ｌ）に電子を遷移して負性微分抵抗特性を
得るようにするためには、電子に印加電界により充分な
エネルギーを与える必要がある。従来は前記文献に記載
されているように電子遷移効果装置には比較的小量ドー
プされたｎ導電型能動領域、例えば砒化ガリウム又は燐
化インジウムのような適当な半導体材料よりなるドープ
濃度が約１×１０１６原子ｃｍ−３の能動領域を設け、
この能動領域の両側面に比較的多量ドープされたｎ導電
型の領域を設けて電界を印加する陰極及び陽極電極への
オーム接触を行い得るようにする。かかる従来のオーム
接点構体によれば電界により加速された電子は、これら
電子が陰極及び陽極間で半導体本体に沿い所定距離移動
するまで伝導帯サテライト極小点に遷移されるに充分な
エネルギーに到達しない。これがためかかる従来のオー
ム接点構体では注入領域は能動領域の一部分を具え、且
つ伝導帯主極小点の電子が加速され、加熱される加速領
域を形成する。従ってマイクロ波発振を起こす蓄積又は
ダイポール層が陰極から或る距離に亘って生成され、実
際上装置内にデッドゾーンが存在するようになる。所定
の印加電界に対し、加速領域の長さは有効に固定される
が、マイクロ波出力の周波数は装置の長さに逆比例する
ようになる。これがため高いマイクロ波出力又はマイク
ロ波の高周波出力を得るためには、加速領域又はデッド
ゾーンが占める装置の長さの割合が増大して装置の性能
及び効率に悪影響を及ぼすようになる。

【０００５】所定の能動領域の長さを有する電子遷移効
果装置の出力及び効率を改善するためには蓄積層又はダ
イポール層が陰極にできるだけ近づけて生成されるよう
にする必要がある。従って前記文献に記載されているよ
うに、注入領域を用いて能動領域の陰極端における電界
、電流及び電荷分布を調整して、電子がホット電子とし
て能動領域に放出され、即ち比較的高質量高エネルギー
低移動度伝導帯サテライト極小点のエネルギーに匹敵す
るエネルギーで、結晶格子と熱平衡しない電子を能動領
域に放出して蓄積層又はダイポール層が陰極にできるだ
け近い個所から生成されるようにする。

【０００６】上述した文献には傾斜ヘテロ接合注入構体
を用いることが述べられている。即ち、砒化ガリウム電
子遷移効果装置の場合、ドープされていない直線状に傾
斜するＡｌｘ　Ｇａ１−ｘ　Ａｓ層（ここにｘは５０ｎ
ｍを越えて０から０．３　まで直線状に増大する）の領
域を用い、伝導帯主極小点（Γ）及び伝導帯サテライト
極小点（Ｌ）を分離するエネルギーに充分近いほぼ　２
５０　ｍｅＶの能動領域に放出される電子に対して注入
エネルギーを与えて充分な電子遷移が行われるようにす
る。

【０００７】この構体は、ｎ導電型多量ドープ砒化ガリ
ウム基板上に、ｎ導電型多量ドープバッファ層より成る
エピタキシアル層、次いで比較的小量ドープされた走行
即ち能動領域を成長させることによって形成する。従っ
て注入構体は能動領域からｘを減少しながらＡｌｘ　Ｇ
ａ１−ｘ　Ａｓの傾斜バンドキャップヘテロ接合層とし
て成長するため能動領域に急峻な界面が形成され、最終
的には注入構体に多量ドープ陰極接点領域が形成される
ようになる。 前記文献に記載されているように多量ドープ空乏層は能
動領域との急峻な界面を形成される。これがため傾斜バ
ンドギャップヘテロ接合注入構体によって、高質量高エ
ネルギー低移動度伝導体サテライト極小点（Ｌ）のエネ
ルギーに匹敵し得るエネルギーの能動領域に電子を放出
する電位障壁を形成する。

【０００８】実際の装置又はチップは、従来の写真食刻
技術及びエッチング技術を用いる標準単一ヒートシンク
（ＩＨＳ）　技術によって、かかるウェファから形成し
、この際、大部分の熱が発生する個所、即ち装置の陰極
間にエピタキシアル層に近接してヒートシンク領域を位
置させるようにする。

【０００９】本発明の目的は無線周波出力及び効率を改
善する注入領域を有する電子遷移効果装置及びその製造
方法を提供せんとするある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は陰極接点領域及
び陽極接点領域を有する半導体本体と、これら接点領域
間に位置し、比較的低質量高移動度伝導帯種極小点及び
少なくとも１つの比較的高質量低移動度伝導帯サテライ
ト極小点を有する半導体材料より成るｎ導電型の能動領
域と、前記能動領域に隣接し、前記陰極接点領域及び前
記能動領域間に電位障壁を画成し、前記陰極及び陽極接
点領域間に印加され電界の影響のもとで、前記能動領域
の比較的高質量低移動度伝導帯サテライト極小点のエネ
ルギーに匹敵し得るエネルギーを有する前記能動領域に
電子を注入する注入領域とを具える電子遷移硬化装置に
おいて、前記陽極接点領域は半導体本体内で放出される
熱を除去するヒートシンクに熱接触させるようにしたこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明者は、上述した文献の記載にもかか
わらず、最高電界が陰極注入構体に発生し、上記文献に
記載されているように装置の陰極端よりも陽極端にヒー
トシンクを位置させて特に無線周波電力を改善すること
ができると言う事実を確かめた。従って上記文献の記載
と対比し、ヒートシンクを陽極接点に隣接して設けて無
線周波出力及び効率を著しく改善せんとするものである
。その理由は注入領域が、従来のオーム接触ガンダイオ
ードに存在するデッド“加速”領域を除去又は少なくと
も著しく低減するからである。従って、注入領域がエネ
ルギー消費デッド領域を有効に除去又は少なくとも低減
するため、電子遷移効果装置内のエネルギー又は熱消費
が、装置の陽極端に向かって一層強く重みを増し、従っ
てヒートシンク領域が装置の陽極端にある場合無線周波
出力を著しく改善することができる。

【００１２】本発明の好適な例では、前記能動領域及び
注入領域は、エピタキシャル層構体により構成し、この
エピタキシャル層構体から、上側に前記能動領域および
注入領域が順次成長している単結晶基板を選択的に除去
して前記エピタキシャ層構体の表面を露出し、前記ヒー
トシンク領域を前記エピタキシャル層構体の露出表面に
接触させるようにする。

【００１３】又、本発明方法は半導体基板を用意し、こ
の半導体基板に設けられ、基板に隣接し陰極接点領域を
有する半導体本体を画成するエピテキシャル層構体と、
比較的低質量高移動度伝導帯主極小点及び比較的高質量
低移動度伝導帯サテライト極小点を有する半導体材料よ
り形成されたｎ導電型の能動領域と、前記能動領域及び
陰極接点領域に隣接し、前記陰極接点領域及び前記能動
領域間に電位障壁を画成し、前記陰極及び陽極接点領域
間に印加される電界の影響の下で、前記能動領域の比較
的高質量低移動度伝導帯サテライト極小点のエネルギー
に匹敵し得るエネルギーを有する前記能動領域に電子を
注入する注入領域とを設けた電子遷移効果装置を製造す
るに当たり、前記エピタキシャル層構体を画成した後前
記基板を選択的に除去して陽極接点領域の表面を露出し
、次いで前記陽極接点領域の露出表面にヒートシンク領
域を設けて前記エピタキシャル層構体に放出される熱を
発散するようにする。

【００１４】従って本発明方法を使用することにより、
基板の上側にエピタキシアル層が成長された個所を除去
して露出されたエピタキシアル層構体の表面に陽極ヒー
トシンクを設けることができる。これがため、ヒートシ
ンクを陽極接点領域に熱接触させることができるため、
エピタキシアル層に、任意のバッファ層、能動領域、注
入領域、陰極接点領域を順次に成長せしめるも無線周波
出力を著しく増大させることができる。これは、能動領
域が注入領域よりも前に成長することを意味する。従っ
て注入領域は注入領域かが能動領域の前に成長した場合
に生じ、拡散及び界面を著しく劣化する著しく高熱の環
境にもわずらわされることはない。

【００１５】能動領域のドーパント濃度は均一とする。 しかし、装置の使用中熱傾斜が移動度μｍ　を傾斜させ
る能動領域に発生し、且つキャリア濃度Ｎが約　２５０
℃までほぼ一定であるため、能動領域の固有抵抗Ｐｎ　
＝（ｑμＮ　）　−１が移動度により変化するようにな
る。移動度は温度に逆比例するため、固有抵抗の変化は
温度に比例するようになる。本発明方法を用いる場合に
は傾斜ドーパントのプロフィールの能動領域を用いて能
動領域の成長中に能動領域内のドーパント濃度を増大し
傾斜プロフィールを生ぜしめ得るようにする。

【００１６】最近のエピタキシアル成長マシン例えばＭ
ＢＥ（分子ビームエピタキシ）　機によって、成長処理
中ドーパント濃度が減少しないで増大する際に一層良好
且つ急峻な界面を形成して所望の傾斜プロフィールを生
成せしめると共に、本発明方法を用いることにより成長
中ドーパント濃度を増大して傾斜プロフィール能動領域
を形成することができる。

【００１７】一般に、本発明の方法では基板及び陽極接
点領域の半導体材料と異なる半導体材料のサクリファイ
ス層、例えば基板及び陽極接点領域が砒化ガリウムから
なる場合には反砒化ガリウムアルミニウムの層を基板と
陽極接点領域との間に設け、最初に例えば湿式エッチン
グにより基板をサクリファイス層に対し選択的に除去し
、次いでサクリファイス層を陽極接点領域に対し選択的
に除去し得るようにして基板除去の精密な制御を可能に
する。サクリファイス支持体を基板の除去前に陰極接点
領域上に設けて基板除去後のエピタキシャル層構造を安
定にすると共に補強することができる。このサクリファ
イス支持体はヒートシンクを陽極接点領域の露出表面上
に設けた後に除去することができる。このサクリファイ
ス支持体は任意の適当な材料で形成することができる。 容易に製造するにはこのサクリファイス支持体は慣例の
ヒートシンクと同様に、例えば銀のような適当な金属を
陰極接点領域上にメッキすることにより形成することが
できる。

【００１８】一例では、前記注入領域は、ｐ導電型の不
純物濃度特性を有すると共に零バイアス時に自由電荷キ
ャリアを充分に空乏化するように充分に薄い障壁画成領
域によって分離された第１及び第２のｎ導電型領域を具
え、前記第１及び第２領域の少なくとも１つは前記障壁
画成領域に少なくとも隣接する能動領域に対し多量にド
ープし、前記障壁隠せ領域は、装置の作動時に前記障壁
画成領域により形成される電位障壁を越えるに充分なエ
ネルギーの電子が、前記能動領域の伝導帯サテライト極
小点のエネルギーに匹敵し得るエネルギーの能動領域内
に放出されるような不純物濃度を有するようにする。

【００１９】このような注入領域は半導体のバルク内に
あって表面状態によるフェルミピニングの効果により抑
制されない電位障壁を利用するものである。更に、障壁
形成領域により形成される電位障壁の高さは障壁形成領
域のドーピング濃度を変えることにより比較的簡単且つ
容易に調整することができる。少なくとも前記障壁画成
領域に隣接し、前記第１領域が前記第２領域及び能動領
域よりも一層多量にドープされるようにする。前記第２
領域は前記第１及び第２補助領域を具え、この第２補助
領域は前記障壁画成領域から分離すると共に前記能動領
域及び第１補助領域よりも充分多量にドープする。

【００２０】このタイプの注入領域は例えば英国特許明
細書第１５７３３０９号、同第１５７３３１０号及び第
１１回「Ｓｏｌｉｄ　ｓｔａｔｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ　」
会議　（１９７９年、東京）　の会報、「応用物理　Ｖ
ｏｌ．１９　（１９８０）」増補９−１　、第３０１　
〜３０４頁に発表されている　Ｊ．　Ｍ．Ｓｈａｎｏｎ
の論文「Ａ　ｎｅｗ　ｍａｊｏｒｉｔｙ　ｃａｒｒｉｅ
ｒ　ｄｉｏｄｅ　−　Ｔｈｅ　ｃａｍｅｌ　ｄｉｏｄｌ
」に記載されているようなキャメルダイオード。

【００２１】この装置の動作においては、電位差を与え
てしきい電界又は臨界電界より強い電界を活性領域内に
設定すると、キャメルダイオードが順方向内に設定する
と、キリメルダイオードが順方向バイアスされ、比較的
低いドープの第１サブ領域内の電子分布のエネルギーが
上昇し、障壁形成領域により形成される電位障壁を超え
る電子の熱イオン放出が促進される。第１領域は十分薄
いため熱イオン的に放出された電子の速度は殆んど変化
せず、従ってこれら電子が電位障壁を越えて活性領域内
に、伝導帯びサテライト極小点のエネルギーに匹敵する
エネルギーで放出されて活性領域が負性微分抵抗値を示
すようになり、従ってこの装置の例えばマイクロ波発振
器としての使用が比較的長く高い電界加速領域又はデッ
ドスペースを必要とすることなしに容易になる。

【００２２】或いは又、第２領域を活性領域に隣接させ
ると共に第２領域を第１及び第２サブ領域で構成し、第
２サブ領域を障壁形成領域から第１サブ領域により離間
させ、第１及び第２サブ領域を第１領域及び活性領域よ
り高ドープにすることもできる。本例でも注入領域はキ
ャメルダイオードとして形成するが、本例ではキャメル
ダイオードは装置の動作中逆バイアスされる。キャメル
ダイオードの逆バイアスは電位障壁をある程度引き下げ
、電位障壁を越える電子の流れを増大し得る。本例では
キャメルダイオードが比較的短い高電界領域を第１サブ
領域内に設定するよう動作し、障壁領域により形成され
る電位障壁を越える電子を加熱又は加速するため、活性
領域の伝導帯サテライト極小点が活性領域内に放出され
、活性領域の負性微分抵抗値特性が向上し、従って装置
の、例えばマイクロ波発振器として使用が向上する。

【００２３】

【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。各図
は概略図であって正しいスケールで描いていない。特に
特定の層又は領域の厚さを明瞭のために相対的に拡大す
ると共に他の層又は領域の厚さを相対的に小さくしてあ
る。また全図を通して同一又は同様の部分を同一の符号
で示してある。

【００２４】図面、例えば図９に示すように、電子遷移
効果装置１，１ａは陰極及び陽極接点領域３，４と、こ
れら接点領域３，４間に配置された、比較的低質量、高
移動度の伝導帯主極小点（Γ）及び少なくとも１つの比
較的高質量、低移動度の伝導帯サテライト極小点（Ｌ）
を有する半導体材料からなるｎ導電型の活性領域５と、
活性領域５に隣接すると共に陰極接点領域３及び活性領
域５との間に電位障壁Ｐ，Ｐ′を形成し、陰極及び陽極
接点領域３，４間に印加される電界Ｅの影響の下で注入
領域６０，６０ａから活性領域５へ電子を活性領域５の
比較的高質量低移動度の伝導帯極小点（Ｌ）のエネルギ
ーに匹敵するエネルギーで注入せしめる注入領域６０，
６０ａとを有する半導体本体２，２ａを具える。

【００２５】本発明では、陽極接点領域４をヒートシン
ク領域７と熱接触させて半導体本体２内の熱を除去する
。図１〜８はこのような電子遷移効果装置の製造方法を
示す。この方法では半導体基板２０を設け、この半導体
基板２０上にエピタキシャル層を設けて基板２０に隣接
する陽極接点領域４を有する半導体本体を形成し、次い
で活性領域５、注入領域６０及び陰極接点領域３を順に
設ける。

【００２６】本発明では、エピタキシャル層構造を形成
後に、基板２０を選択的に除去して陽極接点領域４の表
面４０を露出させ、露出した表面にヒートシンク領域７
を設けてエピタキシャル層構造２内の熱を除去させる。 一般に、基板２０及び陽極接点領域４の半導体材料と異
なる半導体材料のサクリファイス層２１を基板２０と陽
極接点領域４との間に設け、エピタキシャル層構造２の
形成後に、最初に基板２０をサクリファイス層２０に対
し選択的に除去し、次いでサクリファイス層２１を陽極
接点領域４に対し選択的に除去する。従って、通常の場
合のように基板２０及び陽極接点領域４が同一の材料又
は互に対し選択的にエッチングし得ない材料から成る場
合にも基板除去の終了点の精密な制御を達成し得る。基
板２０を陽極接点領域４に対し選択的にエッチングし得
る場合にはサクリファイス層２１は省略することができ
ること勿論である。

【００２７】基板２０の除去後のエピタキシャル層構造
２に支持及び補強体を設けるために、基板２０の除去前
にサクリファイス支持体１０を陰極接点領域３上に設け
ることができる。このサクリファイス支持体１０は、ヒ
ートシンク領域７を基板２０の除去により露出した陽極
接点領域４の表面上に設けた後に除去することができる
。このサクリファイス支持体１０は任意の適当な材料で
形成することができる。容易に製造するにはこのサクリ
ファイス支持体は慣例のヒートシンクと同様に、例えば
銀のような適当な金属を陰極接点領域３上にメッキする
ことにより形成することができる。

【００２８】本発明電子遷移効果装置の第１の実施例及
びこの装置の製造方法を図１〜９について詳細に説明す
る。図１に示すように、本例では半導体基板２０をｎ導
電型不純物を高濃度にドープした単結晶砒化ガリウム基
板とする。上述したように、砒化ガリウムに対し選択的
にエッチングし得る材料のサクリファイス層、本例では
故意にドープしてない砒化ガリウムアルミニウムＡｌｘ
　Ｇａ１−ｘ　Ａｓのサクリファイス層２１（ここでｘ
は代表的には０．３　）を最初に単結晶砒化ガリウム基
板２０上に成長させる。本例では、サクリファイス層２
１及び後述する順次のエピタキシャル層はバリアンアソ
シエイツ社（カリフォルニア州、パロアルト）により製
造されているＶａｒｉａｎ　Ｇｅｎ　ＩＩ　ＭＢＥマシ
ーンのような慣例の分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）マ
シーンによって慣例の分子ビームエピタキシ技術により
成長させる。代表的には砒化ガリウムアルミニウムのサ
クリファイス層２１は約１μｍ　の厚さにすることがで
きる。

【００２９】サクリファイス層２１の形成後に、半導体
本体２の層構造を同一のＭＢＥマシーンにより成長させ
る。最初に、陽極接点領域４を砒化ガリウムのエピタキ
シャル層として約　１．５μｍ　の厚さに成長させる。 陽極接点領域４はｎ導電型不純物を十分高濃度にドープ
して陽極接点領域にオーム接点を形成し得るようにする
。代表的には、陽極接点領域４にはシリコン原子を約５
×１０１８原子／ｃｍ３　の不純物濃度にドープする。 活性領域５は陽極接点領域４上に比較的低ドープのｎ導
電型砒化ガリウムのエピタキシャル層として設ける。代
表的には本例装置を約４７ＧＨｚ　の基本周波数を有す
るものとする場合には、活性領域５は約２．０　μｍ　
の厚さ及び約　１．１×１０３　のドーパント濃度を有
するものとすることができる。

【００３０】次に注入領域６０を成長させる。本例では
注入領域６０を、例えば英国特許明細書第１５７３３０
９号、同第１５７３３１０号及び第１１回「Ｓｏｌｉｄ
　ｓｔａｔｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ」会議　（１９７９年、
東京）　の会報、「応用物理　Ｖｏｌ．１９　（１９８
０）」増補９−１　、第３０１〜３０４　頁に発表され
ている　Ｊ．　Ｍ．　Ｓｈａｎｏｎ　の論文「Ａ　ｎｅ
ｗ　ｍａｊｏｒｉｔｙ　ｃａｒｒｉｅｒｄｉｏｄｅ　−
　Ｔｈｅ　ｃａｍｅｌ　ｄｉｏｄｌ　」に記載されてい
るようなキャメルダイオードとして設ける。従って、本
例ではヒ化ガリウムの第１領域６１にｎ導電型の不純物
、例えば珪素原子を多量にドープして、厚さが例えば１
０ｎｍ（ナノメートル）で、ドーパント濃度が約５×１
０１８原子ｃｍ−３の注入領域６０を形成する。次いで
、ヒ化ガリウムの伝導帯サテライト極小点（Ｌ）のエネ
ルギーに匹敵し得るエネルギーを有する電子を活性領域
５内に放射させなければならない電位障壁Ｐを画成する
領域６３を成長させる。この領域６３はヒ化ガリウム層
にＰ導電型の不純物を多量にドープした層として成長さ
せる。本例では、この障壁画成領域６３にベリリウム原
子を例えば　３．５×１０１８原子ｃｍ−３のドーパン
ト濃度にドープし、この領域の厚さを１６ｎｍとするこ
とができる。

【００３１】障壁画成領域６３の形成後に、注入領域６
０の第２領域６４を形成する。本例の第２領域６４は、
ドーパント濃度が例えば　１．０×１０１６原子ｃｍ−
３で、厚さが例えば　０．１μｍ　の比較的少量の第１
のｎ導電型補助領域６４０　と、陰極接点領域３を形成
すると共にドーパント濃度を５×１０１８原子ｃｍ−３
とし、且つ厚さを　１．５μｍ　とし得る比較的多量に
ドープした第２の補助領域とを具えている。 陰極接点領域３の形成後、エピタキシャル成長を完了さ
せ、図１に示すような基板２０上にあるエピタキシャル
構体２をＭＢＥマシーンから取外す。基板２０により支
承されたエピタキシャル構体２をＭＢＥマシーンから取
外した後に、図２に示すように陰極接点領域３の表面３
０の上に導電性の陰極接点層８を設ける。本例では接点
層８は、金−ゲルマニウム共晶を薄くスパッタし、次い
で金を薄くスパッタし、最後に慣例のメッキ法により金
を厚めに堆積して、２μｍよりも多少厚い陰極接点層８
として形成することができる。

【００３２】陰極接点層８の堆積後に、この接点層の上
にサクリファイス（保護）支持体１０を設ける。この支
持体１０は電子遷移効果装置を製造し易くするために、
慣例のヒートシンクを形成するのに利用し得る材料及び
技法を用いて形成する。従って、本例ではこのサクリフ
ァイス支持体１０を、例えば慣例のメッキ法を用いて金
接点層８の上に銀を約５０μｍ　の厚さに堆積して形成
する。サクリファイス支持体の材料としては、必要な支
持体を提供するのに十分な厚さとすることができ、しか
も後に陰極接点層８に対して選択的に除去し得る他の任
意の材料を用いることができる。サクリファイス支持体
１０を設けて、図２に示す構造のものを形成した後に、
これを反転させて、ヒ化ガリウム基板厚さの大部分をラ
ッピングの如き慣例の機械的な技法により除去する。次
いで、基板２０の残りの約　１００μｍ　の厚さの部分
を慣例の化学エッチング法により、図３に示すようにエ
ッチ−　ストップ層として作用するヒ化アルミニウムガ
リウムのサクリファイス層２１が露出するまで選択的に
除去する。

【００３３】次いでヒ化アルミニウムガリウムのサクリ
ファイス層２１を、例えば濃縮フッ化水素ＩＩＩ　でエ
ッチングすることによりヒ化ガリウム接点領域４に対し
て選択的に除去して、図４に示すように陰極接点領域４
の表面４０が露出するようにする。次いで、露出表面４
０の上に、例えば慣例のスパッタリング技法を用いて、
例えば陰極層８と同様な組成のオーム接点層９を堆積す
る。次に陰極接点層９の上にヒートシンク領域７を設け
る。この領域を本例では慣例のメッキ法を用いて金層を
例えば５０μｍ　の厚さに堆積して形成し、図５に示す
ような構造とする。シートシンク領域７を形成した後に
図５に示す構造のものを反転させて、サクリファイス支
持体１０を選択的に除去して図６に示すように陰極オー
ム接点層８を露出させる。

【００３４】慣例の写真食刻法及びエッチング法を用い
て、陰極オーム接点層８をパターン化して、エピタキシ
ャル層構体から形成すべき別個の電子遷移効果装置様の
個々の接点８０を画成する。なお、図７〜図９には、こ
れらの装置を僅か１個形成する場合しか示してないが、
エピタキシャル層構体２から多数の斯種装置を形成し得
ることは明らかである。オーム接点領域８０の形成後、
他の写真食刻マスクを画成し、慣用のエッチング法を用
いてエピタキシャル構体から個々の装置の別々のメサを
画成する。このようなメサ２００　の１つを図８に示し
てある。 次いで慣用の写真食刻法及びエッチング法によりヒート
シンク領域７を分離させて、図９に示すように別個の装
置１に対する個々のヒートシンク７０を画成する。

【００３５】図１０は図９に示した電子遷移効果装置、
即ちガン装置に対する電位線図であり、実線は図９で用
いたと同じ参照番号が付され、いかも図１０にて垂直の
破線によって分離して示されている電子遷移効果装置の
種々の領域間におけるゼロバイアス下での伝導帯の電位
エネルギーの変化を示している。注入領域６０の障壁画
成領域６３は十分に薄くして、第１領域６１及び第２領
域６４との接合部に形成される空乏層ろが併合されるた
めにゼロバイアス下で（及び装置の差動状態でも）自由
電荷キャリヤが完全に空乏化されるようにする。従って
、障壁画成領域６３は第１領域６１と第２領域６４との
間に電子流に対する電位障壁Ｐを画成する半導体の技術
分野で通常理解されているように、（領域６３の如き）
　半導体領域は、双方の導電型の移動電荷キャリヤの数
か、前記領域における正味の不純物濃度のそれに比べて
無視し得る程度となる（通常、例えば少なくとも２桁の
大きさ少なくなる）場合に、双方の導電型の電荷キャリ
ヤをほぼ空乏化すると云える。負のスペーズ電荷領域の
存在により伝導帯が曲げられ、従ってこの電荷領域は第
１領域６１と第２領域６４との間の電子に対する電位障
壁Ｐ　を画成する。従って、第１領域６１及び第２領域
６４と、障壁画成領域６３はＧＢ−Ａ−１５７３３０９
　及びＧＢ−Ａ−１５７３３１０　並びに前述したＪ．
Ｍ．ＳＨＡＮＮＯＮ　による論文に記載されているタイ
プのキャメルダイオードを形成する。

【００３６】図１１から明らかなように、第２領域６４
の第１補助領域６４０　は第１領域６１よりもドービン
グ濃度を低くするため、電位障壁Ｐが非対称となり、こ
の電位障壁の最大値は第１補助領域６４０　と障壁画成
領域６３との間の境界Ｂの近くに位置する。障壁画成領
域６３の厚さ及びドーパント濃度は、障壁画成領域６３
により画成される電位障壁Ｐが、活性領域５を形成する
材料の伝導帯主（Γ）極小点と伝導帯サテライト（Ｌ）
極小点との間の電子ボルトでの差に匹敵し得るボルトで
のピーク高を有するように選択する。本例では、活性領
域５をヒ化ガリウムで形成し、ｋ＝０でり低い方、即ち
伝導帯主極小点（Γ）が、＜１１１＞軸に沿って位置す
る伝導帯サテライト極小点（Ｌ）よりも０．３１ｅＶ（
電子ボルト）低い所に位置し、上述したような障壁画成
領域６３のドーピング濃度及び厚さを、電位障壁のピー
ク高が約０．４ｅＶ　となるように選択する。

【００３７】図９に示す電子遷移効果装置を使用するに
は、陰極接点領域３と陽極接点領域４との間にオーム接
点電極８及び９を介して電位差を与えて、活性領域５内
にしきい値又は臨界値（ヒ化ガリウムの場合には例えば
３．５ｋＶ／ｃｍ）　以上の電界を維持し、且つ注入領
域６０から活性領域５内に電子を放出でき、即ち陰極か
が陽極に対して負にバイアスされるようにする。上述し
、又図１０にも示すように、第１領域６１と第１補助領
域６４００との間のドーパント濃度が異なるために電位
障壁は非対称となる。 従って、上述したような電界が与えられると、比較的低
いドープの第１補助領域６４０　は、高ドープの第１領
域６１に比べて負にバイアスされ、注入領域６０により
形成されるキャメルダイオードが実際上順方向にバイア
スされるために、比較的ドープの第１補助領域６４０　
に分布する電子のエネルギーが上昇して電位障壁Ｐの上
に電子が流れ易くなる。注入領域間の電位変化を図１０
に点線にて概略的に示してある。これから明らかなよう
に、活性領域５間の電界がしきい値、かなわち臨界電位
値以上になると、この活性領域５間の電位降下が極めて
大きくなる。 これがため、図面では電位変化を示す点線を活性領域５
の直ぐ内側で終わらせている。

【００３８】従って、電位障壁Ｐのエネルギー、つまり
導電帯サテライト極小点（Ｌ）のエネルギーに匹敵する
電子ボルトのエネルギーを有する電子活性領域５内に放
出される。第１領域６１は、ホット電子が活性領域に達
する前にホット電子の移動速度が目立って変化（サーマ
リゼーション）しないようにするために十分に薄くする
。 従って、電界が比較的高い活性領域５を伝導帯サテライ
ト極小点（Ｌ）に遷移させるのに十分ホットであり、即
ち十分なエネルギーを持っており、しかも活性領域を負
性微分抵抗を呈し得るようにする電子を活性領域５内に
比較的高い電界活性領域部分を必要とせずに放出させて
、加速又はデッド領域として作用させる。上述したよう
に、第１領域６１にホット電子が目立つサーマリゼーシ
ョンしないように十分に薄くする必要がある。ヒ化ガリ
ウムの如き　ＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料に対する代表的
なサーマリゼーション時間は、「ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス」（Ｔｈｅ　Ｊａｕｒｎａｌ　
ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）　１９７７年
、２月第７５４　〜７６４　頁にビー・ケー・リドレイ
（Ｂ．Ｋ．Ｒｉｄｌｅｙ）　により発表された論文“Ａ
ｎａｔｏｍｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　３−５　Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”（　ＩＩＩ−Ｖ族半導体
における電子遷移降下の分析）で次にように与えられて
いる。

【００３９】

【数１】 ここにτｃ　は伝導体主極小点（Γ）におれる電子に対
するサーマリゼーション時間であり、これは例えばヒ化
ガリウムの場合０．０３ピコ秒であり、ｎΓ及びｎＬは
Γ及びＬ極小点における電子濃度である。伝導帯極小点
Γと伝導帯サテライト極小点Ｌとの間の放出電子分布は
正確には分からないので、ここでは電子濃度の比ｎΓ：
ｎＬを伝導帯の主極小点Γとサテライト極小点Ｌにおけ
る状態ｄΓとｄＬの密度比によって与えて、サーマリゼ
ーション時間を約３ピコ秒に高めるものとする。

【００４０】平均移動度μ＝ｍ２　／Ｖｓ　のヒ化アル
ミニウムガリウムのｎ伝導型の多量ドープした第１領域
６１に対する拡散係数をμＫＴ／ｇとし、ここにＫはボ
ルツマン定数、Ｔは平均電子温度、ｇは電荷量、μは平
均移動度とすると、サーマリゼーション長さが１２０　
ナノメートルとなることを推測し得る。従って、第１領
域６１は１２０　ナノメートルよりも薄くすべきである
（実際上、上述した例では第１領域６１の厚さを僅か１
０ナノメートルとする）　が、その厚さは空乏層領域が
活性領域５内に浸透しないような十分な厚さとする必要
がある。

【００４１】電子遷移効果装置を通常のように適切なマ
イクロ波空胴内に配置すると、この装置からマイクロ波
発振を取出すことができる。既知のように、発振の基本
周波数は能動領域にまたがるキャリアの遷移時間の逆数
にほぼ等しく、出力の周波数は蓄積又はダイポール層が
能動領域５を横切るのに要する時間や上述した寸法に関
連し、この場合装置の基本発振周波数は４７　ＧＨｚの
範囲内にする必要がある。

【００４２】通常の技術を用いて基本発振周波数の第２
高調波でマイクロ波出力を取出した場合に、陰極ヒート
シンクを有する同等の電子遷移効果装置よりも高効率で
充分に大きな電力を生じる図１に示す上述した装置に類
似する電子遷移効果装置すなわちガン効果装置を製造し
た。陽極ヒートシンクを有し９４　ＧＨｚで第２高調波
モードで動作する図９に示す構造に類似の構造の電子遷
移効果装置は陰極側のヒートシンクを有する同様なエピ
タキシアル構造の装置に比べて２倍のＲＦ出力電力を呈
する。

【００４３】従って本発明者は驚いたことに、注入領域
６０を導入することにより装置の陰極側に誘起される高
電界にかかわらず、ヒートシンク領域７を陰極接点領域
４に隣接させずに陽極接点領域４に隣接させて配置する
ことによりＲＦ出力電力を著しく改善するということを
確かめたものである。ヒートシンク領域７を陽極接点領
域４に隣接して設けることによりこのように著しく改善
を行う理由は、注入領域６０が通常のオーム接触ガンダ
イオードに存在する死んだ　（デッド）　“加速”領域
を無くすか又は少なくとも著しく減少せしめる作用をす
るためであるものと思われる。注入領域６０はエネルギ
ーを消費するデッド領域を除去するか或いは少なくとも
減少せしめる作用をする為、電子遷移効果装置内でのエ
ネルギー又は熱消費が通常のオーム接触装置におけるよ
りも装置の陽極側に向かうにつれて著しく大きくなり、
従ってヒートシンク領域７を陽極接点領域４に隣接して
配置することによりＲＦ出力電力及び効率の著しい改善
を達成しうる。

【００４４】電子遷移効果装置を製造する上述した方法
によれば、基板２０を除去した後に露出された陽極接点
領域４の表面４０上にヒートシンク領域７を設けること
ができる。これによりヒートシンク領域７を陽極接点領
域４と熱接触させて上述した動作の改善を達成するとと
もに、エピタキシアル層構造２を陰極側ヒートシンク領
域を有する同様な装置に対するのと同程度に成長せしめ
る。

【００４５】従って、能動領域５を注入領域６０よりも
前に上述したようにして成長せしめることができる為、
注入領域６０は、能動領域５を注入領域後に成長せしめ
た場合に存在するであろう長時間の高温度状態をこうむ
ることがない。注入領域６０をこのような高温度状態に
さらすことにより拡散が増大し、界面が劣化する。しか
し、上述した方法を用いると、不所望な拡散が減少し、
所望な急峻な界面を得ることができる。

【００４６】更に、上述した電子遷移効果装置によれば
、ダイポール又は蓄積層の生成が生じる装置内の位置の
為にＦＭ雑音を減少せしめることができ、従ってこれら
の電荷層を伝播することにより生じる出力パルスの周波
数がより一層正確に決定又は再生されうる。

【００４７】図９に示す順バイアスキャメルダイオード
注入領域６０によって与えられる障壁の高さはそれほど
バイアスに感応しない。更に、順バイアスキャメルダイ
オード注入領域は１に近い理想係数を有する必要がある
為、能動領域５で所望のしきい値電界を達成するために
印加する必要のある電位、従って良好な効率を達成する
ために装置に入力すべき直流電力は、例えば注入領域を
プレーナドープド障壁ダイオードの形態にした米国特許
第ＵＳ−Ａ−４５３９５８１号明細書に記載された装置
の場合に必要とするよりも低くて足りる。後者の装置は
キャメルダイオードよりも著しく高い理想係数を有し、
従って能動領域５で等価のしきい値電界を達成するのに
著しく高い直流電力入力を必要とする。

【００４８】図１１は本発明による他の電子遷移効果装
置を形成する為に基板２０上に設けたエピタキシアル層
構造２ａを線図的に示す。図１１に示すエピタキシアル
層構造では、第２領域６４が能動領域５に隣接し、この
第２領域は第１及び第２補助領域６４ａ，　６４ｂを有
し、第２補助領域６４ｂ　は第１補助領域６４ａ　によ
り障壁画成領域６３から離間されているとともに第１補
助領域６４ａ　よりも多量にドーピングされている。本
例では、この場合も比較的多量にドーピングした第１領
域が陰極接点領域３ａとしても作用する。

【００４９】図１１に示すエピタキシアル層構造２ａは
図１につき前述した技術と同じ技術を用いて製造でき、
図１に匹敵するエピタキシアル層の厚さ及びドーパント
濃度を図１と同様にすることができる。図１１に示すエ
ピタキシアル層構造が図１に示す構造と相違する点は、
第２領域６４が能動領域５の上面上にｎ導電型の砒化ガ
リウムエピタキシアル層として設けられ、比較的低ドー
プの第１補助領域６４ａ　が比較的高ドープの第２補助
領域６４ｂ　により能動領域５から離間され、第１補助
領域６４ａ　のドーパント濃度を　１．０×１０１６原
子／ｃｍ３としその厚さを０．１μｍ　としうるととも
に、第２補助領域６４ｂ　のドーパント濃度を　５×１
０１８原子／ｃｍ３としその厚さを１０ｎｍとしうると
いうことである。

【００５０】第１補助領域６４ａ　に続いて、障壁画成
領域６３が図１に示すエピタキシアル層構造と同様に約
１６ｎｍの厚さ及び約　３．５×１０１８原子／ｃｍ３
のドーパント濃度を有するｐ導電型砒化ガリウムエピタ
キシアル層として設けられている。この障壁画成領域６
３に続いて陰極接点領域３ａをも構成する第１領域が設
けられており、この第１領域は本例では、約　１．５μ
ｍ　の厚さ及び約　５×１０１８原子／ｃｍ３のドーピ
ング濃度を有する高ドープのｎ導電型砒化ガリウムエピ
タキシアル層として形成する。

【００５１】図２〜８につき前述した方法は図１２に示
す電子遷移効果装置を形成するのに用いられる。その理
由は、当業者にとって明らかなように、図１２に示す電
子遷移効果装置は注入領域６０ａ　の構造のみしか相違
していない為である。図１３は図１０に類似するも図１
２に示す装置構造に対する伝導帯縁部の電位線図であり
、零バイアス時の装置にまたがる電位変化を実線で示し
ている。

【００５２】図１２及び１３を図９及び１０と比較する
ことから明らかなように、本例の場合も障壁画成領域６
と第１及び第２領域３及び６４がキャメルダイオードを
形成するも、図１２のキャメルダイオードは事実上図９
に示す装置構造のキャメルダイオードと逆になっている
。 すなわち、図１２に示す装置構造のメサ構造２００ａで
は、比較的低ドープの第１補助領域６４ａ　が障壁画成
領域６３の陽極接点領域４側に配置されているが、図９
に示す装置構造では、比較的低ドープの第１補助領域６
４０が障壁画成領域６３の陰極接点領域３側に配置され
ている。従って陰極接点領域３及び陽極接点領域４間に
電界を加えて注入領域６０ａ　から能動領域５内に電子
を放出せしめると、図１２に示すキャメルダイオードは
有効に逆バイアスされる。すなわち障壁画成領域６３と
比較的低ドープの第１補助領域６４ａ　との間の境界が
逆バイアスされる。

【００５３】図１２に示すキャメルダイオードの逆バイ
アスの効果を、能動領域５にまたがる電界が無視しうる
程度に充分に低い逆バアイスに対して図１３に線図的に
示してある。実際には、能動領域５におけるしきい値電
界よりも大きな電界を生ぜしめるのに充分な電位を電極
８０及び９を介して陰極接点領域と陽極接点領域との間
に印加すると、電位障壁Ｐ´が逆バアイスによりある程
度引き下げられる。その結果、電位障壁Ｐ´を越えて通
過する充分に熱い電子が多くなり、従ってキャメルダイ
オードの逆バアイス下で電位障壁Ｐ´を越えて流れる電
流が増大する。その理由は、前述したように、装置の動
作中の逆バイアスが電位障壁Ｐ´を低下させる為である
。

【００５４】図１２に示す装置の動作中、電位障壁Ｐ′
は比較的低ドープの第１補助領域６４ａ　が短く比較的
高い電界領域として作用するように働き、この電界領域
が、電位障壁Ｐ′を越えて通過した電子、従って陰極よ
りも既に幾分熱くなっている電子を加速させ従って更に
加熱させ、それ故電子が伝導帯のサテライト極小点Ｌの
エネルギーに匹敵しうるエネルギーで注入領域６０ａ　
から能動領域５内に放出され、この能動領域５が負の微
分抵抗特性を呈し且つ図９に示す装置におけるように不
安定性の生成や蓄積層及びダイポール層の成長を可能に
し、装置を通常のように適切なマイクロ波空胴内に配置
するとマイクロ波出力を発生しうる発振出力が得られる
。

【００５５】図９及び１０に関して前述した理由と同様
な理由で、装置の陽極接点領域４側にヒートシンク領域
７を設けることによりＲＦ出力電力を可成り増大せしめ
る。装置の製造方法にも、エピタキシアル層構造を通常
の順序で成長せしめて注入領域６０ａ　を不所望な長時
間の高温処理に課すのを避けることができるという前述
した利点がある。

【００５６】図９に示す装置構造では、障壁画成領域６
３と第１領域６１との間のｐｎ接合の空乏層領域が能動
領域５中に延在しないように第１領域６１を充分高ドー
プで厚肉にする　（熱い電子が能動領域５に入る前に熱
化される程度には厚肉にしない）が、必ずしもこのよう
にする必要はない。実際、第１領域６１はある印加バイ
アス電位で空乏層領域が能動領域５内に延在しうる程度
に充分薄肉にすることができる。この構成によれば、図
９につき前述した構成と相違して、障壁画成領域６３に
より規定される電位障壁の高さを著しくバイアスに依存
するようにし、従って電位障壁を越えて通過する電子の
エネルギーも著しくバイアスに依存するようにする効果
が得られること明らかである。このような装置はそのマ
イクロ波出力に帰還効果を与え、実際にはこの装置の両
端間に印加する直流電位バイアスに交流成分を与えて電
位障壁の高さを有効に調整するように同調せしめること
ができる。この場合、交流成分の正の半サイクル中障壁
画成領域６３により与えられる電位障壁を越えて能動領
域５中に放出される電子が伝導帯サテライト極小点のエ
ネルギーに等しいかこれよりも大きなエネルギーを有す
るようにこの電位障壁の高さを設定し、交流成分の負の
半サイクル中この電位障壁を低くして電子が伝導帯のサ
テライト極小点のエネルギーよりも低いエネルギーでこ
の電位障壁を越えて能動領域５中に放出されるように障
壁画成領域６３を構成する必要がある。正の半サイクル
中能動領域５中の電子は伝導帯の主極小点（Γ）から伝
導帯のサテライト極小点（Ｌ）に散乱され、負の半サイ
クル中電子は伝導帯のサテライト極小点（Ｌ）から伝導
帯の主極小点（Γ）に散乱する傾向がある。本例では注
入領域６０が能動領域５中に放出又は注入された電子を
電子遷移効果装置を動作させるのに適した伝導帯の極小
点にもたらすことができ、一方、図９及び１２につき前
述した装置では電位障壁Ｐを越えるのに充分なエネルギ
ーを有する電子が、これら電子が交流成分の正の半サイ
クル又は負の半サイクル中に能動領域内に放出されたか
にかかわらず能動領域５の伝導帯のサテライト極小点（
Ｌ）のエネルギーに匹敵しうるエネルギーを有するもの
である。

【００５７】上述したところから明らかなように、障壁
画成領域６３によって与えられる電位障壁Ｐの高さを所
望通りに調整できる為、この障壁を越えて通過する電子
は所望のエネルギーを有するようになる。障壁の高さは
、障壁画成領域６３のドーピング濃度及び厚さの双方又
はいずれか一方を適切に選択することにより広い範囲に
亘って調整しうる。障壁画成領域６３のドーピング濃度
及び厚さの双方又はいずれか一方を選択することに加え
、障壁画成領域の分子ビームエピタキシアル成長中、ア
ルミニウム原子を生じる追加のクヌーセン源を用い、障
壁形成領域６３をＡｌｘＧａ１−ｘ　Ａｓ合金を以って
形成し、ドーピングにより得られる電位障壁に加えて（
アルミニウムの百分率によって決定される）エネルギー
ギャップの不連続性又はヘテロ接合を形成する。このよ
うなヘテロ接合を用いることにより、障壁画成領域６３
によって与えられる電位障壁の割合を約　０．１　ｅＶ
　まで減少せしめることができ、それ故価電子帯中の正
孔に対する対応する電位の井戸を減少させ、従って正孔
の捕獲及び蓄積問題を減少させることができる。

【００５８】図１０及び１３の電位線図は、能動領域５
がその厚さ全体に亘って均一のドーピング濃度を有する
ことを示しているが、このドーピング濃度は能動領域５
に亘って傾斜させ、キャリア濃度ｎが約　２５０℃まで
実質的に一定であり移動度μｎ　が温度に反比例し、ｐ
＝（ｑ・μｎ　・ｎ）−１ である為に、使用中装置にまたがって生じる温度勾配に
より生ぜしめられる移動度μｎ　の勾配により装置にま
たがって誘起される抵抗値ｐの変化を補償するようにす
ることもできる。これらの条件下では本発明の方法は、
能動領域の成長中ドーピング濃度を増大させて所望のド
ーピング濃度勾配を得るようにするとともに、成長中ド
ーパント濃度を減少せしめずに増大せしめると良好で急
峻な界面を形成するＭＢＥ　機器のようなエピタシキア
ル成長機器を用いるのが特に有利である。

【００５９】図１０及び１３に示すように、図９及び１
２の構造の装置では、第１補助領域６４０　又は６４ａ
　が第１領域６１，　３よりもわずかにドーピングされ
ている。しかし、例えば、図１３の電位線図により示す
構造を取る場合、第１補助領域６４ａ　を省略し、障壁
画成領域６３がいずれの側でも比較的高ドープのｎ導電
型領域で画成された注入領域６０ａ　が得られるように
することができる。このような構造の装置はバイアスに
著しく依存する障壁を有する為、障壁を越えて電子を放
出するエネルギーはバアイスが増大するにつれて増大し
、従って誘起されるＲＦバアイスのサイクルのうち負抵
抗のドメインが形成される部分中のみ、サテライト極小
点（Ｌ）内に伝達されるのに充分なエネルギーを有する
電子が障壁を越えて放出せしめられるようにすることに
より効率を更に改善せしめる。

【００６０】しかし、本発明は、能動領域５の伝導帯の
サテライト極小点（Ｌ）のエネルギーに匹敵しうるエネ
ルギーを有する熱い電子をこの能動領域５内に放出せし
める他の形態の注入領域を有する電子遷移効果装置に適
用することもできる。従って、例えば電子遷移効果装置
は米国特許第ＵＳ−Ａ−４５３９５８１号明細書に記載
されているようなプレーナドープドバリアダイオード注
入領域を有するか或いは英国特許第ＧＢ−Ａ−２１９６
４７３号明細書に記載されたような勾配のあるエネルギ
ーギャップのヘテロ接合注入領域を有するようにするこ
とができる。

【００６１】上述した装置は砒化ガリウム半導体本体を
有するも、本発明による電子遷移効果装置は、電子遷移
効果がみられるいかなる半導体材料、例えば燐化インジ
ウム又は　Ｓ．　Ｍ．　Ｓｚｅ氏著　”Ｐｈｙｓｉｃｓ
　ｏｆ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅｓ
”　の１９８１年版の第　６４８頁に記載された他のい
ずれの材料にもしうる能動領域５を有するように形成し
うる。障壁画成領域６３により得られる障壁の高さは関
連の材料に対し適切に設定し、この障壁の高さがエネル
ギーにおいて材料の伝導帯の主極小点と少なくとも１つ
のサテライト極小点との間の分離と匹敵しうるようにす
る。 又、注入領域６０は必ずしも電子遷移効果を呈する材料
を以って形成する必要がなく、適切な格子整合を生じる
他の半導体材料　（又は障壁画成領域６３が境界を成す
第１及び第２領域とでヘテロ接合を形成する必要がある
場合には半導体材料の組合せ）を以って形成することが
できる。従って、例えば、能動領域５を砒化ガリウムを
以って構成する場合には、注入領域６０に砒化アルミニ
ウムを用いることがてきる。

【００６２】本発明は上述した例のみに限定されず、半
導体装置の設計、製造及び用途において種々の変更を加
えうること勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電子遷移効果装置を製造する用いる基板
上に成長させたエピタキシャル構造の断面図である。

【図２】図１に示すエピタキシャル層構造から電子遷移
効果装置を製造する本発明方法の一製造工程を示す図で
ある。

【図３】本発明の次の製造工程を示す図である。

【図４】本発明の次の製造工程を示す図である。

【図５】本発明の次の製造工程を示す図である。

【図６】本発明の次の製造工程を示す図である。

【図７】本発明の次の製造工程を示す図である。

【図８】本発明の次の製造工程を示す図である。

【図９】図２〜８に示す方法で製造された電子遷移効果
装置の断面図である。

【図１０】図９に示す電子遷移効果装置の電位分布図で
ある。

【図１１】本発明による電子遷移効果装置の他の例を製
造するのに用いる基板上に成長させたエピタキシャル構
造の断面図である。

【図１２】図１１に示すエピタキシャル層構造から製造
される本発明電子遷移効果装置の他の例の断面図である
。

【図１３】図１２に示す電子遷移効果装置の電位分布図
である。

【符号の説明】

１，１ａ　　電子遷移効果装置 ２，２ａ　　半導体本体（層構造） ３　　陰極接点領域 ４　　陽極接点領域 ５　　活性領域 ６０，６０ａ　　注入領域 ７　　ヒートシンク ８　　陰極接点層 ９　　オーム接点層 １０　　サクリファイス支持体 ２１　　サクリファイス層 ６０　　注入領域 ６１　　第１領域 ６３　　電位障壁画成領域 ６４　　第２領域 ６４０　補助領域 ７０　　ヒートシンク ８０　　オーム接点領域

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　陰極接点領域及び陽極接点領域を有す
   る半導体本体と、これら接点領域間に位置し、比較的低
   質量高移動度伝導帯種極小点及び少なくとも１つの比較
   的高質量低移動度伝導帯サテライト極小点を有する半導
   体材料より成るｎ導電型の能動領域と、前記能動領域に
   隣接し、前記陰極接点領域及び前記能動領域間に電位障
   壁を画成し、前記陰極及び陽極接点領域間に印加され電
   界の影響のもとで、前記能動領域の比較的高質量低移動
   度伝導帯サテライト極小点のエネルギーに匹敵し得るエ
   ネルギーを有する前記能動領域に電子を注入する注入領
   域とを具える電子遷移硬化装置において、前記陽極接点
   領域は半導体本体内で放出される熱を除去するヒートシ
   ンクに熱接触させるようにしたことを特徴とする電子遷
   移効果装置。
2. 【請求項２】　　前記能動領域及び注入領域は、エピタ
   キシャル層構体により構成し、このエピタキシャル層構
   体から、上側に前記能動領域および注入領域が順次成長
   している単結晶基板を選択的に除去して前記エピタキシ
   ャ層構体の表面を露出し、前記ヒートシンク領域を前記
   エピタキシャル層構体の露出表面に接触させるようにし
   たことを特徴とする電子遷移効果装置。
3. 【請求項３】　　前記注入領域は、ｐ導電型の不純物濃
   度特性を有すると共に零バイアス時に自由電荷キャリア
   を充分に空乏化するように充分に薄い障壁画成領域によ
   って分離された第１及び第２のｎ導電型領域を具え、前
   記第１及び第２領域の少なくとも１つは前記障壁画成領
   域に少なくとも隣接する能動領域に対し多量にドープし
   、前記障壁隠せ領域は、装置の作動時に前記障壁画成領
   域により形成される電位障壁を越えるに充分なエネルギ
   ーの電子が、前記能動領域の伝導帯サテライト極小点の
   エネルギーに匹敵し得るエネルギーの能動領域内に放出
   されるような不純物濃度を有することを特徴とする請求
   項１又は２項記載の電子遷移効果装置。
4. 【請求項４】　　少なくとも前記障壁画成領域に隣接し
   、前記第１領域が前記第２領域及び能動領域よりも一層
   多量にドープされるようにしたことを特徴とする請求項
   ３記載の電子遷移効果装置。
5. 【請求項５】　　前記第２領域は前記第１及び第２補助
   領域を具え、この第２補助領域は前記障壁画成領域から
   分離すると共に前記能動領域及び第１補助領域よりも充
   分多量にドープするようにしたことを特徴とする請求項
   ３又は４項記載の電子遷移効果装置。
6. 【請求項６】　　前記第１領域は前記能動領域に隣接さ
   せるようにしたことを特徴とする請求項３、４又は５項
   記載の電子遷移効果装置。
7. 【請求項７】　　半導体基板を用意し、この半導体基板
   に設けられ、基板に隣接し陰極接点領域を有する半導体
   本体を画成するエピテキシャル層構体と、比較的低質量
   高移動度伝導帯主極小点及び比較的高質量低移動度伝導
   帯サテライト極小点を有する半導体材料より形成された
   ｎ導電型の能動領域と、前記能動領域及び陰極接点領域
   に隣接し、前記陰極接点領域及び前記能動領域間に電位
   障壁を画成し、前記陰極及び陽極接点領域間に印加され
   る電界の影響の下で、前記能動領域の比較的高質量低移
   動度伝導帯サテライト極小点のエネルギーに匹敵し得る
   エネルギーを有する前記能動領域に電子を注入する注入
   領域とを設けた電子遷移効果装置を製造するに当たり、
   前記エピタキシャル層構体を画成した後前記基板を選択
   的に除去して陽極接点領域の表面を露出し、次いで前記
   陽極接点領域の露出表面にヒートシンク領域を設けて前
   記エピタキシャル層構体に放出される熱を発散するよう
   にしたことを特徴とする電子遷移効果装置の製造方法。
8. 【請求項８】　　前記基板の半導体材料と前記基板及び
   陽極接点領域間の陽極接点領域の半導体材料とは異なる
   半導体材料のサクリファイス層を設け、エピタキシャル
   層構体画成した後前記サクリファイス層に対し基板を選
   択的に除去し、次いで前記陽極接点領域に対し前記サク
   リファイス層を選択的に除去して陽極接点領域の表面を
   露出するようにしたことを特徴とする請求項７記載の電
   子遷移効果装置。
9. 【請求項９】　　前記基板の除去前且つ前記サクリファ
   イス層の除去前で、前記ヒートシンク領域を前記陽極接
   点領域の露出表面に設けた後に前記陰極接点領域にサク
   リファイス支持体を設けることを特徴とする請求項７又
   は８記載の電子遷移効果の製造方法。
10. 【請求項１０】　　前記注入領域は、ｐ導電型の不純物
    濃度特性を有すると共に零バイアス時に自由電荷キャリ
    アを充分に空乏化するように充分に薄い障壁画成領域に
    よって分離された第１及び第２のｎ導電型領域を具え、
    前記第１及び第２領域の少なくとも１つは前記障壁画成
    領域に少なくとも隣接する能動領域に対し多量にドープ
    し、前記障壁画成領域は、装置の作動時に前記障壁画成
    領域により形成される電位障壁を越えるに充分なエネル
    ギーの電子が、前記能動領域の伝導帯サテライト極小点
    のエネルギーに匹敵し得るエネルギーの能動領域内に放
    出されるような不純物濃度を有することを特徴とする請
    求項７、８又は９項記載の電子遷移効果の製造方法。
11. 【請求項１１】　　少なくとも前記障壁画成領域に隣接
    し、前記第１領域が前記第２領域及び能動領域よりも一
    層多量にドープされるようにしたことを特徴とする請求
    項１０記載の電子遷移効果の製造方法。
12. 【請求項１２】　　前記第２領域は前記第１及び第２補
    助領域を具え、この第２補助領域は前記障壁画成領域か
    ら分離すると共に前記能動領域及び第１補助領域よりも
    充分多量にドープするようにしたことを特徴とする請求
    項１０又は１１項記載の電子遷移効果の製造方法。
13. 【請求項１３】　　前記第１領域は前記能動領域に隣接
    させるようにしたことを特徴とする請求項１０、１１又
    は１２項記載の電子遷移効果の製造方法。