随着半导体材料超薄层外延生长和微细加工技术的进展，人们已经研制成功多种多样的半导体量子器件。以量子理论为基础，以半导体量子器件为研究对象，形成了一门新的学科——半导体量子电子学和量子光子学。
半导体量子器件是建立在两大技术进展的基础上的：一是纳米量级的超薄层外延生长，另一是纳米量级的超微细加工，包括纳米量级的电子束曝光、干法刻蚀以及原子级的显微观测等等。
AlGaAs, InGaAsP, InGaAlP, InGaAsN等多种III-V族以及II-VI族化学物半导体，既是很好的电子器件材料，更是光电子器件的主角。不但它们自身可制成各种光电器件，而且在Si衬底上可以外延生长AlGaAs, GaP, SiGe, SiGeC, Zns等各种异质材料，于是取长补短，相辅相成，出现了VI族、III-V族、II-VI族相互渗透的新局面。
由禁带宽度相同、导电类型不同或虽导电类型相同但掺杂浓度不同的单晶材料组成的晶体界面称为同质结。
禁带宽度不同的两种单晶材料一起构成的晶体界面称为异质结。
两种或者两种以上不同组分或者不同导电类型超薄层材料，交替堆叠形成多个周期结构，如果每层的厚度足够薄，以致其厚度小于电子在该材料中的德布罗意波的波长，这种周期变化的超薄多层结构就叫做超晶格。
如果限制势阱的势垒进度足够厚，大于德布罗意波的波长，那么不同势阱中的波函数不再交叠，势阱中电子的能量状态变为分立的能级。这种结构称之为量子阱（QW）。
仅有一个势阱构成的量子阱结构为单量子阱（SQW）；有多个势阱构成的量子阱结构称为多量子阱（MQW）。
在材料结构上深入研究表明，能带结构的态密度分布是随着量子限制作用的增加而由能带变为分立的能级的，甚至可以通过能带折叠效应可以将间接带变为直接带。人们在能带工程研究上又获得了另一自由度。通过材料结构线度大小的精确控制，可以人为地实现所需的能带、能级，这些都为半导体量子器件的工作提供了非常好的物质基础和理论基础。
在禁带宽度不同的异质结结构中，离化的施主和自由电子是分离的。即，电子离开施主母体，由宽带隙材料一侧进入窄带隙材料一侧。这种分立减少了母体对电子的库仑作用，提高了电子的迁移率。
近些年来，MBE和MOCVD材料生长技术快速发展，人们利用能带工程设计了多种异质材料结构的HEMT器件。HEMT以其高频、高速、低噪声、大功率等优势，已开始在通信等领域广泛应用，并显示出巨大的生命力。
AlGaAs的禁带宽度大于GaAs。这种带隙的差异导致了在异质界面带边断续，重掺杂的N-AlGaAs层中的电子将转移到非掺杂的GaAs一侧，而电离施主仍留在AlGaAs一侧。界面附近能带发生弯曲，AlGaAs一侧形成势垒，GaAs一侧形成准三角形势阱，积累在势阱中的电子在空间上与施主母体是分离的。在垂直界面方面（z方向）上的运动是被限制在很窄的阱中，在平行界面方向上（x、y方向）却是自由的，因此，被称为二维电子气。
二维电子气的面密度是影响HEMT器件最大电流密度等性能的重要因素。
MESFET分耗尽型和增强型。所谓耗尽型是指在零栅压下沟道处于导通状态，加大负栅压沟道耗尽，处于关闭状态。所谓增强型是指在零栅压沟道关闭，加正栅压耗尽层变窄，沟道导通。显然，前者要求有源区要厚，而后者要求有源区要薄。
MESFET作为一种在同质材料中掺杂的场效应器件，为获得高点导沟道，掺杂浓度与迁移率存在突出矛盾，使器件性能如频率、跨导等受到了限制。后来人们想到了利用异质结构中的带隙差，掺杂施主母体保留在宽禁带材料一侧，自由电子进入非掺杂的GaAs一侧，施主与电子的分离减弱了杂质散射，提高了迁移率。同时，宽带材料的掺杂浓度也可进一步提高。
由以上材料结构的发展来看，主要是改变沟道材料（GaAs、InGaAs）及与之组合的宽禁带材料（AlGaAs和AlInAs），称底材料可选GaAs，也可选Inp，这也出现GaAs基和InP基的HEMT和P-HEMT两种结构。
GaAs器件经过多年研究，已经形成了与Si器件不同的工艺制作体系，如欧姆接触、肖特基栅、干法与湿法刻蚀技术、金属剥离技术、空气桥技术及背孔接地技术等等。
从同质的硅双极晶体管发展到异质结双极晶体管，在设计上发生了根本变革，人们从掺杂工程设计进入到能带工程设计，调整了发射区和基区的掺杂浓度，从而降低了发射结电容和基区电阻，提高了增益。异质结双极晶体管（HBT）的电流增益截止频率ft高，驱动能力强，适合于高速电路。它的相位噪声低，功率密度大，在低噪声大功率方面将发挥其特长。
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转自：http://www.yland.net/space/?41275
pig @ 11/21/2006 10:31:06 PM请Please leave your comment here