CH633655A5

CH633655A5 - Halbleiterbauelement insbesondere fuer leistungsbetrieb im mikrowellenbereich.

Info

Publication number: CH633655A5
Application number: CH961678A
Authority: CH
Inventors: Michael Gene Adlerstein
Original assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-09-14
Publication date: 1982-12-15
Also published as: NL186785C; DE2839043C2; GB2004415A; DE2839043A1; CA1095178A; JPS5453973A; US4160992A; GB2004415B; NL186785B; NL7809334A

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement insbesondere für Leistungsbetrieb im Mikrowellenbereich.

Es wurden kürzlich Gallium-Arsenid-IMPATT-Dioden entwickelt, die in Oszillatoren für C- und X-Mikrowellenbänder eingesetzt werden. Wirkungsgrade im Bereich von 25 bis 30 5 Prozent sind dabei bei Read-IMPATT-Dioden möglich. In der Praxis werden dabei in den Oszillatoren Halbleitereinzelsäulen jeweils auf eine einzelne Wärmesenke montiert. Die Leistungsabgabe derartiger Bauelemente ist bei diesem Typ auf 5 Watt begrenzt wegen der oberen Grenze der Temperatur im Über- i o gangsbereich, die in den Diodenplättchen der praktisch verwendbaren Grössen erreicht wird. In zahlreichen Anwendungsfällen, wie etwa für die Radartechnik oder die Nachrichtenübermittlung sind höhere Leistungen erwünscht. In Doppeldrift-Lawinendioden, bei denen der Übergangsbereich prak- 15 tisch in der Mitte des Halbleiterkörpers und somit relativ weit von der Oberfläche der Wärmesenke entfernt liegt, erhöht sich diese Schwierigkeit noch dadurch, dass der grösste Teil der Wärmemenge im Bereich des Überganges entsteht und folglich eine verhältnismässig lange Strecke durch das Halbleiter- 20 material fliessen muss.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein für den Mikrowellenbereich verwendbares Halbleiterbauelement zu schaffen, das einen erheblich niedrigeren thermischen Widerstand als bisher bekannte Bauelemente dieser Art hat. 25

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einem aktiven Halbleiterkörper geschaffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten Körper aus wärmeleitendem Material und mit einer zweiten Oberfläche 30 mit einem zweiten Körper aus wärmeleitendem Material in wärmeleitender Verbindung steht und dass die beiden Körper aus wärmeleitendem Material voneinander elektrisch isoliert sind. Der erste und der zweite Körper aus wärmeleitendem Material haben vorzugsweise jeder für sich ein grösseres Volu- 35 men als alle Halbleiterkörper oder als das Gesamtvolumen der einzelnen Halbleiterkörper. Diese wärmeleitenden Körper sind vorzugsweise ebenfalls elektrisch leitend. Vorzugsweise stellen die erste und die zweite Oberfläche der einzelnen Halbleiterkörper Kontakte der aktiven Elemente des Bauelementes dar. 40 Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Halbleiterkörper untereinander völlig gleich und als Mikrowellendioden ausgebildet.

Eine bevorzugte Ausführungsart bildet eine Mikrowellen-diodenvorrichtung, welche eine Vielzahl von Diodenkörpern 45 mit jeweils zueinander parallelen ersten und zweiten Flächen an gegenüberliegenden Enden der Diodenkörper und einem ebenen Übergangsbereich parallel zu den beiden Flächen aufweist, während eine erste Metallschicht mit einer ersten Oberfläche mit jedem Diodenkörper in elektrischem und wärmelei- so tendem Kontakt steht und eine erste metallische Wärmesenke, deren Volumen grösser als das Gesamtvolumen der Diodenkörper ist, mit der zweiten Oberfläche der ersten Metallschicht in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt steht; eine Vielzahl zweiter Metallschichten steht j eweils mit einer ersten 55 Oberfläche in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt mit jeder zweiten Oberfläche der Diodenkörper, und eine zweite metallische Wärmesenke, deren Volumen grösser als das Gesamtvolumen der Diodenkörper ist, ist mit einer zweiten Oberfläche der zweiten Metallschichten in elektrischem und 60 wärmeleitendem Kontakt. Die einzelnen Diodenkörper können IMPATT-Diodenkörper sein und bei einer Zahl von drei Körpern auf den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, bei einer Zahl von vier Körpern auf den Ecken eines Quadrates angeordnet sein. Die eine Schottky-Sperrschicht bildende Metallkon- 65 taktschichtkann sich zwischen einer ersten Metallschicht und der ersten Oberfläche des Diodenkörpers befinden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsart bildet eine Mikro-

wellendiodenvorrichtung mit einer Metallbasis, deren unterer Abschnitt ein Gewinde trägt, die eine obere ebene Fläche aufweist und die zwischen der oberen ebenen Fläche und dem Gewindeabschnitt einen Flanschbereich hat; eine elektrisch und thermisch leitende Metallschicht grenzt an der oberen ebenen Fläche der Basis an, an die wiederum wenigstens ein Diodenkörper mit einer ersten Oberfläche angrenzt; auf einer zweiten Oberfläche der Diodenkörper befindet sich eine zweite elektrisch und thermisch leitende Metallschicht, die mit einem elektrisch und thermisch leitenden Metallkörper in Berührung ist, dessen Volumen grösser als das Gesamtvolumen der Diodenkörper ist; ein isolierender Abstandshalter ist mit dem Flanschteil der Metallbasis verbunden, der an seinem dem Flanschteil des Basiskörpers gegenüberliegenden Ende einen Ringflansch aus leitfähigem Material abstützt, während eine flexible Metallfolie mit ihrem Mittelbereich mit dem Metallkör-.per und mit ihrem Randbereich mit der Flanschoberseite verbunden und von einem scheibenförmigen Deckel abgedeckt und gegen die Flanschoberseite gedrückt ist. Der Metallkörper ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und kann auf seiner äusseren Fläche mit einer Goldschicht plattiert sein. Die Schicht des elektrisch und thermisch leitfähigen Metalls kann in einigen Ausführungsformen eine Metallschicht enthalten, die mit dem Material des Diodenkörpers einen Schottky-Sperr-schichtübergang bildet. Der isolierende Abstandshalter besteht vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 eine Folge von Schnittansichten, die die einzelnen Stufen im Herstellungsgang eines Halbleiterbauelementes zeigen;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Bauelement im Zustand nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine fertiggestellte Paketanordnung unter Verwendung des Halbleiterbauelementes nach Fig. 4;

Fig. 7 eine Schnittansicht, an der einzelne Schritte während des Herstellungsvorganges dargestellt werden;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Sprühätzvorganges als einer Stufe des Herstellungsverfahrens;

Fig. 9 die Kurvendarstellung eines bevorzugten Dotierungsdichteprofils für das Halbleitermaterial; und

Fig. 10 eine weitere Graphik, die ein anderes bevorzugtes Dotierungsdichteprofil für das Halbleitermaterial zeigt.

Der Aufbau von Halbleiterbauelementen, die nach den Prinzipien der Erfindung ausgebildet sind, wird zunächst in Verbindung mit den Querschnittsdarstellungen der Fig. 1 bis 4 erläutert. In der Fig. 1 ist zunächst ein Querschnitt durch eine Substratschicht aus Gallium-Arsenid-Diodenhalbleitermaterial lOgezeigt.

Das Diodenmaterial 10 kann unterschiedlichste Dotierungsdichteprofile aufweisen, welche von der jeweils vorgesehenen Verwendung abhängen. Zum Beispiel kann das Diodenmaterial 10 das Dotierungsprofil einer IMPATT-Lawinendiode mit Eindriftbereich haben. Es kann aber auch ein Dotierungsprofil für eine Doppeldriftbereich-IMPATT-Lawinendiode angewendet werden.

Es soll hier kurz auf die graphische Darstellung der Fig. 9 eingegangen werden, welche ein bevorzugtes Dotierungsprofil für eine Doppeldrift-IMPATT-Lawinendiode zeigt. Das Material ist in vier Zonen unterteilt, von denen jeweils zwei negativ dotiert sind, während die anderen beiden eine positive Dotierung aufweisen. Der Diodenübergang ist dadurch im wesentlichen in der Mitte des Materials zwischen den massig dotierten p- bzw. n-Bereichen ausgebildet. Die Lawinenbildung der Ladungsträger findet zu beiden Seiten des Diodenüberganges in einem Teil sowohl der p- als auch der n-Schichten statt. Die positiven und negativen Ladungsträger, die durch die Lawinen

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bildung erzeugt werden, werden durch ein elektrisches Feld nach aussen zu den stärker dotierten p++- bzw. n++-Bereichen gezogen, was zu einer Zeitverzögerung zwischen dem Entstehungsaugenblick der Ladungsträger nahe dem Diodenübergang und der Zeit führt, in der sie die stark dotierte Zone erreichen. Diese Zeitverzögerung entspricht einer 180°-Phasenver-schiebung zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangssignal in einem Diodenkreis. Die Ladungsträger sowohl im p-als auch im n-Bereich rekombinieren, wenn sie den p++- bzw. n++-Bereich erreichen, und erzeugen so einen Strom im Ausgangskreis. Ein spezielles Diodenbauelement hat sich als gut funktionsfähig herausgestellt, wenn für den schwächer dotierten n-Bereich eine Dotierungsdichte von etwa l,5x 1016/cm3, für den stärker dotierten n++-Bereich eine Dotierungsdichte von 2x 1018/cm3, für den schwächer dotierten p-Bereich eine Dotierungsdichte von l,3x 1016/cm3 und für den stärker dotierten p++-Bereich eine Dotierungsdichte von etwa 1019/cm3 verwendet wird. Die n-Schicht kann eine Dicke von etwa 3,5 bis 4,5 um abhängig von der Betriebsfrequenz haben. Für denselben Frequenzbereich sollte die Dicke der p-Schicht 3,0 bis 3,5 [im betragen. Die Dicke der n++-Schicht beträgt dann 5,0 bis 8,0 (j,m und die Dicke der p++-Schicht 1,0 p.m.

Der grösste Teil der in dem Werkstoff mit dem in Fig. 9 dargestellten Dotierungsprofil entstehenden Wärme wird im Lawinenbereich nahe dem Diodenübergang im Zentrum erzeugt. Der Wert der maximalen Betriebsleistung hängt selbstverständlich von der Temperatur im Übergangsbereich ab. Diese Temperatur ist wiederum abhängig davon, wie schnell die Wärme aus dem Halbleiterkörper abgeführt werden kann. Da mit einem Doppeldriftaufbau es nicht möglich ist, eine Wärmesenke sehr nahe an den Übergangsbereich heranzubringen, weil die Anwesenheit von aktivem Material über beträchtliche Distanzen zu beiden Seiten der Übergangszone dies verhindert, stellt die Wärmeabfuhr ein ernstes Problem bezüglich der Erhöhung der Leistungsgrenze für diese Bauelemente dar.

Die Fig. 10 zeigt nun eine graphische Darstellung einer Ein-fachdrift-Read-IMPATT-Diode. Der Lawinenbereich wird mit Hilfe eines n-Halbleitermaterials, angrenzend an eine Metallschicht, gebildet, welche sich zur Bildung eines Schottky-Sperr-schichtüberganges eignet. Es kann dazu Platin in Verbindung mit einem Gallium-Arsenid-Halbleitermaterial verwendet werden. Eine schmale Dotierungsspitze von stark dotiertem Halbleitermaterial begrenzt den Lawinenbereich und schliesst die Lawine von Ladungsträgern fest zwischen der Schicht des Schottky-Sperrschicht bildenden Materials und der Dotierungsspitze ein. Die Ladungsträger, die innerhalb des Lawinenbereiches gebildet werden, werden durch den Driftbereich des schwächer dotierten Materials mit Hilfe eines aussen angelegten elektrischen Feldes gezogen. Erreichen sie die Begrenzungsbereiche, dann rekombinieren die Ladungsträger und bilden den Leiterstrom, der durch den äusseren Schaltkreis fliesst. Es kann ein zweischichtiger, stark dotierter Begrenzungsbereich verwendet werden, wobei die Schicht, die unmittelbar an den Driftbereich angrenzt, weniger stark dotiert wird, um eine Trägerinjektion von Störstellen an der Grenzschicht zwischen dem Driftbereich und dem Begrenzungsbereich zu vermeiden, was zu unerwünschten Rückwärtsströmen führen könnte. Wie bei der zuvor beschriebenen Doppeldrift-Lawinendiode stellt auch hier die Wärmeabfuhr ein ernstes Problem dar.

Anhand der Fig. 1 sollen nun die einzelnen Schritte beim Herstellungsgang einer Ausführungsform im einzelnen erläutert werden. Bei Verwendung eines Diodenmaterials mit einer Dotierungsdichte entsprechend der in Fig. 10 dargestellten Kurve wird ein Dreischichten-Metallisierungsmuster auf einer Oberfläche des Diodenmaterials 10 aufgebracht mit einer Schicht eines eine Schottky-Sperrschicht bildenden Metalls, das unmittelbar mit der Oberfläche des Diodenmaterials 10 in Berührung ist. Für den Fall des Doppeldriftaufbaues nach Fig. 9

kann die hochdotierte p++-Schicht weggelassen werden, da die Dreischichtmetallisierung einen guten ohmischen Kontakt mit dem p-leitenden Gallium-Arsenid-Material bildet. Bei der Dop-peldrift-IMPATT-Lawinendiode gemäss Fig. 9 kann die Drei-5 schichtmetallisierung auch durch irgendein anderes Metallisierungssystem ersetzt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird zunächst eine Schicht Platin 11 auf die Oberfläche des Gallium-Arsenid-Diodenmaterials lOimSputterverfahren aufgebracht. Auf die Platinschicht 11 wird dann eine Schicht 12 io aufgesputtert, wozu vorzugsweise Titan verwendet wird, wenngleich sich auch Wolfram, Hafnium oder andere hochtemperaturbeständige Metalle zur Bildung der Schicht 12 eignen. Als nächstes wird auf die Titanschicht 12 dann eine Goldschicht 13 aufgesputtert. Die sehr gut leitfähige Goldschicht 13, die im •s Sputterverfahren auf die Titanschicht 12 aufgebracht wird, stellt den unteren Kontakt der Diode dar.

Es wird vorzugsweise ein besonders vorteilhafter Sputter-prozess durchgeführt, der zur Folge hat, dass die Goldschicht nicht durch die Platinschicht in das Diodenmaterial 10 hinein-20 diffundieren und damit sich negativ auf die elektrischen Eigenschaften des Diodenmaterials 10 auswirken kann. Das Diodenmaterial 10 wird dazu zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 350 °C und vorzugsweise auf 330 °C erhitzt. Die Platinschicht 11 wird dann auf die Oberfläche des Diodenmaterials 2510 mit einer Energiedichte zwischen 0,5 und 2,7 W/cm2 aufgesputtert, vorzugsweise bei einem Betriebspunkt von 0,8 W/cm2, und zwar in einer bevorzugten Schichtstärke zwischen 100 und 300 Â. Eine Schichtstärke von 200 À hat sich als gut funktionsfähig erwiesen. Während dieses ersten Sputtervorgangs re-30 agiert ein Teil der Platinschicht 11 mit dem Gallium-Arsenid-Material und bildet eine Legierung. Das Diodenmaterial 10 wird anschliessend auf eine Temperatur zwischen 20 und 40 °C mit 30 °C als bevorzugtem Arbeitspunkt abgekühlt und nun eine Schicht 12 aus Titan in einer Dicke von 1000 bis 2000 Â 35 über die Platinschicht 11 mit einer relativ hohen Sputterener-giedichte aufgesputtert, die vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 4,4 W/cm2 und darin bei einem günstigen Arbeitspunkt von 2,7 W/cm2 liegt. Der relativ hohe Sputterenergiepegel beim Aufbringen des Titans bewirkt eine Legierungsbildung durch 40 Stoss zwischen der bereits vorhandenen Platinschicht und dem Titanmaterial, wodurch ein Verbundstoff erzeugt wird, der chemisch weit langsamer mit Gallium-Arsenid reagiert, als dies das reine Platin tut. Ausserdem können die Atome der Goldschicht 13 die so entstehende Barriere nicht durchdringen. 45 Darüber hinaus hat sich unvorgesehen herausgestellt, dass auf diese Weise in dem beschriebenen Sputterverfahren hergestellte Dioden wesentlich geringere Rauscherscheinung zeigen, als dies bei Diodem mit gewöhnlichem Schottky-Sperrschicht-kontakt mit einer Goldschicht unmittelbar angrenzend an das so die Schottky-Sperrschicht bildende Metall der Fall ist.

Betrachtet man nun die Fig. 2, so ist erkennbar, dass eine Schicht einer eutekischen Legierung aus Gold und Germanium auf diejenige Oberfläche des Gallium-Arsenid-Diodenmaterials 10 aufgedampft ist, die den aufgebrachten Platin-Titan-Gold-55 schichten gegenüberliegt. Diese Oberfläche entspricht der Aussenseite des Begrenzungsbereiches einer Diode mit einem Dotierungsprofil gemäss Fig. 10. Auf die Gold-Germanium-Schicht 14 wird eine Goldkontaktschicht 15 aufplattiert. In ähnlicher Weise wird eine Goldkontaktschicht 16 auf die an frühe-60 rer Stelle genannte Goldschicht 13 aufplattiert.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, dass die Goldkontaktschicht 15 maskiert und im chemischen Verfahren an vorbestimmten Stellen weggeätzt worden ist, wozu bekannte Photoresisttechniken angewendet werden, damit eine Anzahl kreisförmiger Gold-65 kontakte 17 an den Stellen zurückbleibt, an denen Diodensäulen gebildet werden sollen. Gewöhnlich können erheblich mehr Kontakte auf einem einzigen Halbleiterplättchen gebildet werden, als dies in der Zeichnung dargestellt ist. In der Massenpro

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duktion werden Hunderte derartige Kontakte auf einem Halb-leiterplättchen gebildet und dann die Diodensäulen würfelartig nebeneinander einzeln oder in Gruppen erzeugt.

Als nächstes werden gemäss der Darstellung der Fig. 4 die Gold-Germanium-Schicht 14 und Teile des Diodenmaterials 10 5 chemisch zwischen den Goldkontakten 17 herausgeätzt, so dass sich einzelne Diodensäulen 18 ausbilden. Eine Draufsicht im Zustand dieses Herstellungsprozesses zeigt die Fig. 5.

Die Schnittdarstellung der Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit vier Diodensäulen, wie sie aus den Fig. 4 und 5 erkennbar sind, io die in einem paketartigen Aufbau in einer doppelseitig mit Wärmesenke versehenen Mikrowellendiode ausgebildet ist. Die Goldkontaktschicht 16 ist auf die obere Fläche einer metallischen Diodenbasis 28 mit Hilfe einer Lötverbindung 27 aufgelötet. Die Diodenbasis 28 ist vorzugsweise aus einem thermisch 15 und elektrisch sehr gut leitenden Metall, wie Kupfer, hergestellt und kann auf ihrer äusseren Fläche noch einen Überzug aus Gold besitzen. Der untere Teil der Basis 28 trägt ein Aussengewinde und ist mit einem Schraubenzieherschlitz 29 ausgestattet, damit die Paketanordnung montiert werden kann. 20

Die Basis 28 stellt eine Wärmesenke für die in den Diodensäulen 18 entstehende und durch die Goldkontaktschicht 16 übertragene Wärmemenge dar. Ein Basisflansch 31 umläuft den oberen Bereich der Diodenbasis 28 und stellt eine Stütze für einen zylinderisch geformten Keramikabstandshalter 26 25 dar. Der Keramikabstandshalter 26 isoliert sowohl thermisch als auch elektrisch. Auf dem Keramikabstandshalter 26 ist ein Ringflansch 25 befestigt.

Nach einer speziellen Ausführungsform befindet sich die obere Wärmesenke 32 im Innenraum des keramischen 30

Abstandhalters 25 und ist elektrisch und thermisch mit den Goldkontakten 17 der Diodensäulen 18 in Verbindung. Die obere Wärmesenke 32 ist aus einem thermisch und elektrisch sehr gut leitenden Metall, wie goldplattiertem Kupfer, hergestellt, das auch für die Basis 28 benutzt wird. Das Volumen der 35 oberen Wärmesenke 32 sollte erheblich grösser als das der Diodensäulen 18 sein, damit es keinen thermischen Widerstand für den Wärmestrom von den oberen Enden der Diodensäulen 18 darstellt. Ein flexibler folienartiger, mit Randflansch ausgebildeter Abschluss 24, der thermisch und elektrisch mit der Ober- 40 seite der oberen Wärmesenke 32 in Verbindung ist, wird mit der Oberfläche des Flansches 25 verbunden. Ein Metalldeckel 23 deckt das Ganze ab und steht zudem elektrisch und thermisch mit der folienartigen Abdeckung 24 in Verbindung. Bei dem Einbau der Vorrichtung in einen Verstärker oder eine 45 Oszillatorschaltung ist ein Kontaktstift auf die Oberseite des Deckels 23 aufgesetzt, der eine Fortetzung des oberen Wärmeleitpfades darstellt.

Die in der Fig. 6 gezeigte Vorrichtung hat zahlreiche Vorteile gegenüber den bisher bekannten besonders im Hinblick 50 auf die Wärmestromeigenschaften, die einen Einsatz bei höherer Leistung zulassen, als dies bei Dioden mit gleichen Abmessungen bisher möglich war. Zum ersten ist dadurch, dass zahlreiche Diodensäulen gegenüber einer einzigen Säule mit derselben Gesamtfläche des Übergangsbereiches vorgesehen wer-55 den, der thermische Widerstand zwischen dem Übergangsbereich oder irgendeinem Punkt innerhalb der einzelnen Diodensäulen wesentlich niedriger, als bei einer Vorrichtung mit einer einzigen grösseren Säule. Eine Anordnung von drei Säulen in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks oder von vier 60 Säulen auf den Ecken eines Quadrates wird bevorzugt. Zum zweiten wird daraus Vorteil gezogen, dass sich auf beiden Seiten der Diodensäulen Wärmesenken befinden, so dass die

Wärme aus den Entstehungsbereichen innerhalb des Diodenmaterials nach zwei Richtungen nach aussen abfliessen kann. Auf diese Weise wird eine zweite starke Verminderung des gesamten Wärmewiderstandes und folglich der Temperatur des Übergangbereiches erzielt.

In der Fig. 7 ist ein Querschnitt gezeigt, der sich zur Erläuterung des Vorgangs der Würfelbildung eignet. Eine Vorrichtung in einem Herstellungszustand entsprechend den Fig. 4 und 5 wird auf eine transparente Glasplatte 40 aufgesetzt, und man füllt die Hohlräume um die Diodensäulen 18 und die Goldkontakte 17 herum mit einem nichtreagierenden Wachs 48 aus. Die so durch Wachs geschütze Vorrichtung wird auf die Oberfläche der Glasplatte 40 so aufgedrückt, dass die Goldkontakte mit der Oberfläche in Berührung kommen. Von der Unterseite der Glasplatte her kann dann durch einfaches Beobachten bestimmt werden, wo zwischen den Goldkontakten 17 die Würfelschnitte durch das Wachs 48 hindurch gelegt werden sollen.

Die untere Seite der Glasplatte 40 wird dann mit einer tran-parenten Schicht eines Photoresistmaterials überzogen, das mit einer photographischen Maske maskiert ist, die Linien entsprechend der Anordnung der Würfelschnitte aufweist, und wird belichtet, so dass eine untere Ausrichtmaske 42 entsteht, deren Linien der Anordnung der Würfelschnitte entspricht, die durch die Goldkontaktschicht 16 gelegt werden sollen. Weitere derartige Linien ausserhalb des Wachsbereiches 48 in Form eines Rasters dienen Ausrichtzwecken.

Als nächstes wird eine zweite Schicht eines Photoresistmaterials auf die obere Seite der Glasplatte 40 aufgebracht und auch auf die obere Seite der Goldkontaktschicht 16. Dieselbe Maske, die zur Belichtung der unteren Ausrichtmaske 42 benutzt wurde, wird mit Sichtkorrektur mit Hilfe der Teile des Rastermusters, das sich ausserhalb des Wachsbereiches 48 befindet, ausgerichtet. Die Photoresistschicht wird dann belichtet und chemisch weggeätzt, so dass das Photoresistmaterial auf den Linien, entlang denen die Würfelschnitte durchgeführt werden sollen, beseitigt ist.

In einem Herstellungszustand, wie er in der Fig. 7 dargestellt ist, wird die gesamte Anordnung nun in eine Sprühätzeinrichtung eingebracht, wie sie in der Fig. 8 schematisch dargestellt ist. Sie wird auf eine perforierte Stützplatte 52 gelegt, die sich über einem Sammelbehälter für das Ätzmaterial 51 befindet Eine Pumpe 54 pumpt das Ätzmittel 51 durch eine Sprühdüse 53, von der es auf die freigelegten Würfelschnittlinien aufgesprüht wird. Der Ätzvorgang wird solange fortgesetzt, bis die vorgesehenen Bereiche der Goldkontaktschicht 16 vollständig durchgeätzt sind. Das Wachs 48 wird dann beseitigt, woraufhin die einzelnen Diodenvorrichtungen voneinander getrennt sind.

Wie an früherer Stelle bereits erwähnt, befindet sich auf einem Halbleiterplättchen gewöhnlich wesentlich mehr als drei Diodensäulen, die dann voneinander getrennt werden. Die geringe Anzahl in der Zeichnung dient lediglich einer deutlicheren Darstellung. Dieselbe Technik kann angewendet werden, ob nun einzelne Dioden oder Gruppen von mehreren Diodensäulen voneinander getrennt werden sollen. Es dürfte auch klar sein, dass das Herstellungsverfahren nicht an irgendeine bestimmte Form der Wärmesenken gebunden ist. So verwendet man zum Beispiel vorteilhaft kreisförmige Wärmesenken, wenn die Diodenvorrichtung drei Säulen enthält, die auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, so dass für jede Wärmesäule der gleiche thermische Widerstand wirksam ist Dies lässt sich mit den geradlinigen Techniken im Stande der Technik nicht bewerkstelligen.

3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Halbleiterbauelement mit wenigstens einem aktiven Gewinde trägt und eine obere ebene Fläche aufweist sowie Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Halb- einen Flanschabschnitt (31) zwischen dem unteren Gewindeabieiterkörper (18) mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten schnitt und der oberen ebenen Fläche hat; eine Schicht (16) aus Körper (28) aus wärmeleitendem Material und mit einer zwei- 5 elektrisch und thermisch leitendem Metall, die auf der oberen, ten Oberfläche mit einem zweiten Körper (32) aus wärmelei- ebenen Fläche des Basiskörpers aufliegt; wenigstens einen Dio-tendem Material in wärmeleitender Verbindung steht und dass denkörper (18) als aktiven Halbleiterkörper, der mit einer die beiden Körper (28,32) aus wärmeleitendem Material von- ersten Fläche in elektrischem und thermischem Kontakt mit einander elektrisch isoliert sind. der ersten elektrisch und thermisch leitenden Metallschicht

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 'o (16) ist; eine zweite elektrisch und thermisch leitende Metallzeichnet, dass der erste und der zweite Körper (28,32) aus wär- Schicht, die auf einer zweiten Fläche des wenigstens einen Dio-meleitendem Material jeweils ein grösseres Volumen als die denkörpers (18) aufliegt; einen Metallkörper (32), der elektrisch Halbleiterkörper (18) haben. und thermisch in Kontakt mit der zweiten Fläche des wenig-

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch stens einen Diodenkörpers (18) ist und dessen Volumen grösser gekennzeichnet, dass die wärmeleitenden Körper (28,32) elek- is als das Volumen des wenigstens einen Diodenkörper ist; einen trisch leitfähig sind. isolierenden Abstandshalter (26) von hohlzylindrischer Gestalt,

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der mit einem Zylinderende auf dem Flanschabschnitt (31) des dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Flä- Basiskörpers (28) aufsteht; einen leitfähigen Ringflansch (25), chen der Halbleiterkörper (18) Kontakte der aktiven Teile der der auf dem anderen Ende des Abstandshalters (26) gegenüber Halbleiterkörper darstellen. 20 dem Basisflanschabschnitt (31) abgestützt ist; eine flexible

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Metallfolienschicht (24), deren Mittenbereich mit dem zweiten dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterkörper (18) unter- Metallkörper (32) und deren Aussenzonen mit dem Flanschring einander praktisch identisch sind. (25) verbunden sind; und einen die flexible Metallfolienschicht

6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 (24) überdecken, scheibenförmigen Deckel (23).

für die Verwendung im Mikrowellenbereich, dadurch gekenn- 25 14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, dadurch zeichnet, dass die Halbleiterkörper (18) Dioden sind. gekennzeichnet, dass der Basiskörper (28) und der Metallkör-

7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 per (32) aus Kupfer bestehen.

für die Verwendung im Mikrowellenbereich, gekennzeichnet 15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch durch mehrere Diodenkörper als aktive Halbleiterkörper (18) gekennzeichnet, dass der Basiskörper (28) und der Metallkör-

mit jeweils einer ersten und einer zweiten parallelen Ober- 30 per (32) mit einer Goldschicht belegt sind.

fläche an zu einander gegenüberliegenden Enden eines jeden 16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis

Diodenkörpers und einem im wesentlichen ebenen Übergangs- 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch und thermisch bereich parallel zu den beiden parallelen Oberflächen; eine leitende Metallschicht eine Metallschicht enthält, die mit dem erste Metallschicht, mit der die ersten Oberflächen eines jeden Material des Diodenkörpers (18) einen Schottky-Sperrschicht-

Diodenkörpers (18) elektrisch und thermisch auf einer ersten 35 Übergang bildet.

Oberfläche der Metallschicht in Verbindung sind; einen ersten 17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis

Körper aus wärmeleitendem Material als Metallwärmesenke 16, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter (26) aus kera-

(28), dessen Volumen grösser als das Gesamtvolumen der Dio- mischem Werkstoff.

denkörper (18) ist und mit dem die zweite Oberfläche der 18. Halbleiterbauelement, nach einem der Ansprüche 1 bis ersten Metallschicht (16) elektrisch und thermisch in Kontakt 40 17, für die Verwendung im Mikrowellenbereich, dadurch ist; eine Vielzahl zweiter Metallschichten (17), die jeweils mit gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Diodenkörpern (18) als einer ersten Oberfläche elektrisch und thermisch mit der zwei- aktive Halbleiterkörper vorhanden sind, die alle ein Doppelten Oberfläche der Diodenkörper (18) in Verbindung sind; und drift-IMPATT-Dotierungsprofil aufweisen, und dass der erste einen zweiten Körper aus wärmeleitendem Material als Wär- Körper aus wärmeleitendem Material eine metallische Wärme-mesenke (32), dessen Volumen grösser als das Gesamtvolumen 45 senke (28) ist, mit der die Diodenkörper (18) jeweils mit einer der Diodenkörper ( 18) ist und der in elektrischem und thermi- ersten Oberfläche in elektrischem und thermischem Kontakt schem Kontakt mit einer zweiten Oberfläche aller zweiten sind.

Metallschichten (17) ist. 19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, dadurch

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekenn- gekennzeichnet, dass auf der zweiten Oberfläche der Dioden-zeichnet, dass drei Diodenkörper (18) vorhanden sind, die auf 50 körper (18) jeweils eine Metallschicht (17) aufgebracht ist für den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. untereinander verbindende Kontakte.

9. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekenn- 20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18 oder 19, zeichnet, dass vier Diodenkörper (18) vorgesehen sind, die auf dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die metallischen Wär-den Ecken eines Rechtecks angeordnet sind. mesenke (28) und die erste Oberfläche der Diodenkörper (18)

10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9,55 eine Schicht eines mit dem Material des Diodenkörpers eine dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenkörper IMPATT-Dio- Schottky-Sperrschicht bildenden Metalls ausgebildet ist. denkörper sind. 21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, gekennzeich-

11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch net durch eine Schicht (12) eines hochtemperaturbeständigen gekennzeichnet, dass zwischen die erste Oberfläche der Dio- Metalls zwischen der die Schottky-Sperrschicht bildenden denkörper (18) und die erste Metallschicht (16) eine Schicht 60 Metallschicht (11) und der metallischen Wärmesenke (28).

eines eine Schottky-Sperrschicht bildenden Metalls eingefügt 22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, dadurch ist. gekennzeichnet, dass die Diodenkörper ein n+ + n p-Dotierungs-

12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch profil haben und die die Schottky-Sperrschicht bildende Metallgekennzeichnet, dass die Diodenkörper Doppeldrift-IMPATT- Schicht (11) an den p-Bereich angrenzt.

Diodenkörper sind. 65

13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5

für die Verwendung im Mikrowellenbereich, gekennzeichnet

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PATENTANSPRÜCHE durch einen Metallbasiskörper (28), der im unteren Bereich ein

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