DE69934933T2

DE69934933T2 - Gunndiode, NRD Leitungsschaltung und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69934933T2
Application number: DE69934933T
Authority: DE
Inventors: Nakagawa Kamifukuoka Atsushi; Watanabe Kamifukuoka Kenichi
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: EP0954039A1; KR100503694B1; EP1388901B1; EP1388902B1; US6369663B1; CN100364111C; CN1278398C; EP1388931A3; KR20050061416A; EP1388931B1; US6344658B1; KR19990083495A; EP1388901A2; DE69934933D1; EP0954039B1; KR20050061415A; EP1388901A3; EP1388902A3; CN1529348A; KR100523131B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gunn-Dioden, die zur Oszillation von Mikrowellen und Millimeterwellen verwendet werden, und betrifft insbesondere Gunn-Dioden, welche Verbesserungen der thermischen Eigenschaften, des Ausbeutefaktors an guten Produkten und einen einfachen Einbau in planare Schaltkreise verwirklichen.
Gunn-Dioden zur Oszillation von Mikrowellen oder Millimeterwellen sind üblicherweise aus Verbindungshalbleitern wie Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphid gebildet. Bei derartigen Verbindungshalbleitern liegt der Fall so, daß die Elektronenbeweglichkeit mehrere tausend cm²/V·s beträgt und somit in einem niedrigen elektrischen Feld hoch ist, während die Beweglichkeit in dem Fall, daß ein hohes elektrisches Feld angelegt wird, verringert wird, da beschleunigte Elektronen in ein Band von großer effektiver Masse übergehen und somit die Erzeugung von negativer differentieller Beweglichkeit innerhalb des Bulks bzw. der Halbleitermasse verursachen. Folglich wird eine negative differentielle Leitfähigkeit in den Strom-Spannungseigenschaften bewirkt und führt zu thermodynamischer Instabilität. Demgemäß wird eine Domäne erzeugt, welche von der Kathodenseite zu der Anodenseite übergeht. Eine Wiederholung dieses Phänomens führt zu einem pulsierenden Strom (Oszillation).
Die Oszillationsfrequenz einer Gunn-Diode wird durch den Abstand des Übergangs der Domäne bestimmt. Im Fall von Gunn-Dioden für Millimeterwellen muß der Übergangsabstand äußerst kurz (1 bis 2 μm) sein. Zusätzlich muß das Produkt aus einer Fremdstoffkonzentration und einem Übergangsabstand für die Domäne (aktive Schicht) auf einen bestimmten Wert (z. B. 1 × 10¹²/cm²) gesetzt werden, um einen ausreichenden Oszillationswirkungsgrad zu erzielen, während die Fremdstoffkonzentration der aktiven Schicht ziemlich hoch bei hohen Frequenzbereichen wie jenen von Millimeterwellen wird, da die Oszillationsfrequenz unzweideutig durch die Dicke der aktiven Schicht bestimmt wird. Die Stromkonzentration während des Betriebs wird durch das Produkt aus der Fremdstoffkonzentration der aktiven Schicht und einer Sättigungselektronengeschwindigkeit bestimmt und in den Bereichen der Millimeterwellen wird die Temperatur der aktiven Schicht aufgrund der Zunahme der Stromkonzentration erhöht, wobei der Oszillationswirkungsgrad verringert wird.
Um derartige Probleme zu lösen, wurden Maßnahmen bei herkömmlichen Gunn-Dioden für Millimeterwellen ergriffen wie die Verwendung einer mesaartigen Anordnung, um Elemente einschließlich der aktiven Schicht mit extrem kleinen Abmessungen zu verwenden, welche Durchmesser von annähernd mehreren zehn μm aufweisen, und das Einbauen der Dioden innerhalb von pillenartigen Gehäusen, die einen Wärmeabschnitt aufweisen, der aus Diamant oder ähnlichem Material von vorteilhafter thermischer Leitfähigkeit gebildet ist, was den Oszillationswirkungsgrad in hohem Maße beeinflußt, wovon die wichtigsten Performancegradmesser abhängig sind.
Eine Schnittansicht eines Galliumarsenid-Gunndiodenelements 100 der herkömmlichen mesaartigen Anordnung ist in 29 dargestellt.
Auf einem Halbleitersubstrat 101 aus n-leitendem Galliumarsenid hoher Konzentration sind durch das MBE-Verfahren sequentiell eine erste Kontaktschicht 102 aus n-leitendem Gallium arsenid hoher Konzentration, eine aktive Schicht 103 aus n-leitendem Galliumarsenid niedriger Konzentration und eine zweite Kontaktschicht 104 aus n-leitendem Galliumarsenid hoher Konzentration beschichtet, wobei eine mesaartige Anordnung verwendet wird, um den Übergangsraum für die Elektronen zu reduzieren.
Danach wird eine Rückseite des Halbleitersubstrats 101 beschichtet, wobei eine Kathodenelektrode 105 auf dieser Rückseite des Halbleitersubstrats 101 ausgebildet wird, während eine Anodenelektrode 106 auf der Oberfläche der zweiten Kontaktschicht 104 ausgebildet wird, und indem die Elementtrennung durchgeführt wird, wird das Gunn-Diodenelement fertiggestellt.
Das somit erzielte Gunn-Diodenelement 100 ist in einem pillenartigen Gehäuse 110 eingebaut, wie in 30 dargestellt ist. Dieses pillenartige Gehäuse 110 weist eine Kühlkörper-Elektrode 111 und einen Zylinder 112 aus Glas oder Keramik auf, was als eine Einfassung zum Einfassen des Gunn-Diodenelements 100 dient, wobei der Zylinder 112 durch Hartlöten auf der Kühlkörper-Elektrode 111 verlötet ist. Das Gunn-Diodenelement 100 wird elektrostatisch durch ein Kontaktierungswerkzeug aus Saphirmaterial oder dergleichen (nicht dargestellt) angezogen und ist auf der Kühlkörper-Elektrode 111 aufgeklebt.
Ferner sind das Gunn-Diodenelement 100 und eine an der Spitze des Zylinders 112 vorgesehene Metallschicht durch ein Goldband 113 mittels Thermokompressionsbonden oder dergleichen verbunden. Nachdem das Goldband 113 verbunden ist, wird eine deckelähnliche metallische Scheibe 114 auf dem Zylinder 112 verlötet, um den Einbau in das pillenartige Gehäuse 110 fertigzustellen.
Ein Beispiel einer Struktur zum Zusammenbau der Gunn-Diode, welche in das pillenartige Gehäuse 110 eingebaut wurde, mit einer Mikrostreifenleiter-Leitung 120 ist in 31 dargestellt. Eine der zwei Elektroden 111, 114 des pillenartigen Gehäuses 110 ist durch ein Loch durchgesteckt, das in einem flachen isolierenden Substrat 121 aus z.B. Aluminiumoxid gebildet ist, und ist elektrisch mit einer Masse-Elektrode 122 verbunden, die auf der Rückseite des flachen isolierenden Substrats 121 ausgebildet ist, während die andere durch ein Goldband 123 mit einer Signalleitung 124 verbunden ist, die auf dem Plattensubstrat 121 als eine Mikrostreifen-Leitung gebildet ist.
NRD-Leiterschaltungen haben als Übertragungsleitungen für Mikrowellen das Interesse auf sich gezogen, insbesondere für Millimeterwellenbereiche von nicht weniger als 30 GHz, da sie niedrigere Einfügungsverluste im Vergleich zu Mikrowellenstreifenleitungen aufweisen und da die Herstellung einer Übertragungsleitung einfacher im Vergleich zu Wellenleitern ist.
Diese NRD-Leiterschaltung ist angeordnet, indem eine dielektrische Streifenleitung, in der die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen durchgeführt wird, zwischen zwei parallelen Platten aus leitfähigem Metall eingeklemmt ist. Da der gegenüberliegende Abstand zwischen den parallelen Platten auf nicht mehr als die Hälfte der Freiraum-Wellenlänge der benutzten Frequenz eingestellt ist, werden elektromagnetische Wellen unterbunden und deren Strahlung wird auf Abschnitte außer der dielektrischen Streifenleitung beschränkt, wobei elektromagnetische Wellen sich mit geringen Verlusten entlang der dielektrischen Streifenleitung ausbreiten können.
Oszillatoren, die aus einer derartigen NRD-Leiterschaltung und Gunn-Dioden im 35 GHz-Bereich und 60 GHz-Bereich angeordnet sind, wurden entwickelt, welche zur Erzeugung von Ausgangsleistungen geeignet sind, die jenen von Wellenleitern gleichkommen.
32(a) ist eine Ansicht, welche eine Anordnung eines herkömmlichen NRD-Leiter-Gunnoszillators zeigt. Dieser ist so angeordnet, daß darin eine Halterung 320 in einem Raum zwischen parallelen Platten 201, 202 vorgesehen ist, die zusammen mit einer dielektrischen Streifenleitung 203 ebenso wie einer Gunn-Diode 310 montiert ist. Eine durch die Gunn-Diode 310 in Oszillation versetzte Hochfrequenzausgabe wird zu der dielektrischen Streifenleitung 203 über einen Resonator 330 abgezweigt. 32(b) ist eine Ansicht, welche ein repräsentatives Beispiel eines derartigen Resonators 330 zeigt, der aus einem Kupferschichtabschnitt 331 gebildet ist, der durch Ätzen einer Kupferschicht aus einer Teflon-Kupferplattierungsbeschichtung strukturiert ist. Indem die Breite oder Länge des Kupferschichtabschnitts 331 eingestellt wird, kann die Ausgangsfrequenz eingestellt werden.
33 ist eine Ansicht, welche die Anordnung der Halterung 320 zeigt. Die Gunn-Diode 310 ist in einen zylindrischen Abschnitt 321 eingesetzt und eine Vorspannung bzw. Bias-Spannung wird daran über eine Vorspannungsdrossel 340 angelegt, die mit einer Seite des zylindrischen Abschnitts 323 verbunden ist. Die Vorspannungsdrossel 340 wird erzielt, indem eine Teflon-Kupferplattierungsbeschichtung durch Ätzen strukturiert wird und indem ein Abschnitt der beschichteten Platte des zylindrischen Abschnitts 321 aufgerauht wird, so daß ein Kupferschichtabschnitt mit einem Deckel für einen Verbindungsabschnitt 341 verbunden bleibt. Eine Kathodenelektrode der Gunn-Diode 310 ist mit einem Kühlkörper 322 der Halterung 320 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsbasis 322 ist von dem Deckel 341 durch eine zylindrische Keramik 342 isoliert und getrennt und der Deckel 341 ist mit einer Anodenelektrode der Gunn-Diode 310 über ein Band 343 verbunden.
Herkömmliche Gunn-Diodenelemente 100 (30) werden durch chemisches Naßätzen gebildet, indem ein Photoresist bzw. Photolack als eine Ätzmaske verwendet wird, um die oben beschriebene mesaartige Anordnung zu erzielen. Jedoch tritt, da das Ätzen nicht nur in der Tiefenrichtung, sondern auch gleichzeitig in lateralen Richtungen bei diesem Ätzverfahren abläuft, ein Nachteil während der Fertigung auf, daß die Kontrolle des Übergangsraums der Elektronen (aktive Schicht) sehr schwierig gestaltet wird, wobei eine Ungleichmäßigkeit der elektrischen Eigenschaften des Gunn-Diodenelements bewirkt wird.
Es trat ferner ein Nachteil zum Zeitpunkt des Einbaus des Gunn-Diodenelements in ein pillenartiges Gehäuse 110 auf, daß das Kontaktierungswerkzeug das jeweilige Gesichtsfeld während des Aufklebens des Gunn-Diodenelements 100 auf die Kühlkörperelektrode 111 abschnitt, so daß der Wärmeabstrahlungskörper 111 nicht direkt eingesehen werden konnte. Folglich war die Effizienz des Einbauvorgangs ziemlich schlecht.
Außerdem führte die Verwendung eines Goldbands 123 (31) zum Zusammenbauen des pillenartigen Gehäuses 110, welches mit dem Gunn-Diodenelement 100 inkorporiert ist, mit der auf dem Plattensubstrat 121 angeordneten Mikrostreifenleitung 120 zur Erzeugung einer parasitären Induktivität, wobei eine Ungleichmäßigkeit der elektrischen Eigenschaften während des Zusammenbaus bewirkt wurde.
Die Herstellung des oben beschriebenen NRD-Leiter-Gunnoszillators ist schwierig, da er eine spezielle Halterung 320 verwendet, und die Betriebseffizienz war sehr schlecht, da das Substrat aufgerauht werden musste, um den Deckel 341 der Vorspannungsdrossel 340 bloßzulegen.
Die Verwendung des Bands 343 zum Verbinden der Anodenelektrode der Gunn-Diode 310 mit dem Deckel 341 führte zur Erzeugung einer parasitären Induktivität, wobei Veränderungen der Eigenschaften bewirkt wurden.
Abgesehen davon wird es gewürdigt, daß die Druckschrift US-3 836 988 ein Übertragungselektroneneffekt-Halbleiterbauelement offenbart, bei dem eine Öffnung in einer Epitaxieschicht vorgesehen ist, die sich über deren Dicke bis zu einem Teil eines Substrats erstreckt, und bei dem eine zweite metallische Elektrodenverbindung auf dem Teil des Substrats an der Öffnung vorgesehen ist, wobei die zweite Elektrodenverbindung, die sich auf der Epitaxieschicht auf einem zweiten Teil der Oberfläche der Epitaxieschicht und über die Kante der Öffnung erstreckt, in Kontakt mit der Epitaxieschicht ist, wobei die Dicke der Epitaxieschicht weniger als der kleinste Abstand zwischen der ersten und zweiten Elektrodenverbindung ist.
Ferner offenbart die Druckschrift JP-A-10 107 338 eine Gunn-Diode, bei der eine GaAs-Pufferschicht auf einem Si-Substrat ausgebildet ist. Die Pufferschicht ist vorgesehen, um eine diskontinuierliche Fehlanpassungsversetzung auf der Grundlage der Differenz der Gitterkonstante zwischen dem Si-Kristall und dem GaAs-Kristall zu erzeugen. Eine erste n⁺-leitende GaAs-Schicht, eine n-leitende aktive GaAs-Schicht und eine zweite n⁺-leitende GaAs-Schicht sind auf der Pufferschicht ausgebildet. Die n-leitende aktive GaAs-Schicht ist derart ausgebildet, daß der periphere Teil der ersten n⁺-leitenden GaAs-Schicht ringförmig entblößt wird, eine Anodenelektrode an dem ringförmig entblößten Teil der ersten n⁺-leitenden GaAs-Schicht ringförmig ausgebildet wird und zugleich eine Kathodenelektrode in einem Kreis auf der zweiten n⁺-leitenden GaAs-Schicht ausgebildet wird.
Desweiteren offenbart die Druckschrift EP-A-0 587 454 ebenso eine Gunn-Diode. Ein Anschluß des Gunn-Dioden-Bauelements erstreckt sich über ein in einer Leiterplatte definiertes Durchgangsloch, ist in der Nähe der Oberfläche einer Diodenhalterung entblößt und ist mit einer Vorspannungsversorgungsschaltung verbunden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gunn-Dioden vorzusehen, welche die oben beschriebenen Probleme lösen, die während der Herstellung, des Einbaus und des Zusammenbaus verursacht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch das, was in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen dargelegt ist.
Vorteilhafte Modifikationen sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen dargelegt.
1(a) und 1(b) sind Ansichten, welche ein Gunn-Diodenelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 1(a) eine Draufsicht und 1(b) eine Schnittansicht ist;
2 ist eine Ansicht zur Erläuterung von Fertigungsschritten des obigen Gunn-Diodenelements;
3(a) und 3(b) sind Schnittansichten, welche ein Beispiel eines Gunn-Diodenelements zeigen;
4 ist ein Querschnitt eines Beispiels 1, bei welchem das obige Gunn-Diodenelement in einem Mikrostreifensubstrat aufgebaut ist;
5 ist ein Querschnitt eines alternativen Beispiels der Struktur zum Aufbau von 4;
6(a) und 6(b) sind Draufsichten der Struktur zum Aufbau des Gunn-Diodenelements;
7 zeigt eine Änderung von Oszillationsfrequenzen und der RF-Leistung als eine Funktion der Länge L der Elektrode 32B im Fall, daß das Gunn-Diodenelement als ein Oszillator aufgebaut ist;
8 zeigt ein Oszillationsspektrum in dem Fall, daß das Gunn-Diodenelement in Richtung (a) in 6 zusammengebaut ist;
9 zeigt ein Oszillationsspektrum in dem Fall, daß das Gunn-Diodenelement in Richtung (b) in 6 implementiert ist;
10 ist ein Querschnitt, in welchem ein Plattensubstrat zusätzlich zu der Struktur zum Aufbau von 5 zusammengebaut ist;
11 ist ein Querschnitt eines Beispiels 2, in welchem das obige Gunn-Diodenelement in einem koplanaren Wellenleiter implementiert ist;
12 ist ein Querschnitt eines alternativen Beispiels der Struktur zum Aufbau von 11;
13 ist ein Querschnitt, in welchem ein Plattensubstrat zusätzlich zu der Struktur zum Aufbau von 12 zusammengebaut ist;
14(a) und 14(b) zeigen ein Beispiel 3, in welchem die Gunn-Diode in einem Kühlkörper in einer nach unten weisenden Stellung implementiert ist, wobei 14(a) eine Draufsicht des Kühlkörpers ist und 14(b) eine Schnittansicht der zusammengebauten Bedingung ist;
15 ist eine Schnittansicht, welche eine Bedingung zeigt, bei welcher das Gunn-Diodenelement, das in dem Kühlkörper zusammengebaut ist, wie in 14 dargestellt ist, zudem in einer Mikrostreifenleitung zusammengebaut ist;
16(a) und 16(b) sind Ansichten, welche ein Gunn-Diodenelement einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 16(a) eine Draufsicht und 16(b) eine Schnittansicht ist;
17 ist ein Schaubild, welches Eigenschaften der Ausgangsleistung und des Wirkungsgrads zeigt, was einer Anzahl von mesaartig strukturierten Abschnitten eines Gunn-Diodenelements einer spezifizierten Summe einer Fläche entspricht;
18 ist ein Schaubild, welches Eigenschaften der Ausgangsleistung und des Wirkungsgrads zeigt, was einer Anzahl von mesaartig strukturierten Abschnitten eines Gunn-Diodenelements einer anderen spezifizierten Summe einer Fläche entspricht;
19 ist eine erläuternde Ansicht einer Zusammenbaubedingung für eine Gunn-Diode, die für Meßeigenschaften in 17 und 18 verwendet wird;
20(a) ist eine Querschnittansicht eines NRD-Leiter-Gunnoszillators, der nicht durch die vorliegende Erfindung beansprucht wird, und 20(b) ist eine Seitenansicht davon;
21(a) ist eine Draufsicht eines Leitungssubstrats und 21(b) ist eine Ansicht einer Rückseite davon;
22(a) ist eine Draufsicht einer Gunn-Diode, 22(b) eine Schnittansicht davon und (c) eine Schnittansicht einer Diode gemäß einem alternativen Beispiels;
23 ist eine Querschnittansicht eines NRD-Leiter-Gunnoszillators, der nicht durch die vorliegende Erfindung beansprucht ist;
24 ist eine Querschnittansicht eines NRD-Leiter-Gunnoszillators, der nicht durch die vorliegende Erfindung beansprucht ist;
25 ist eine Querschnittansicht eines NRD-Leiter-Gunnoszillators, der nicht durch die vorliegende Erfindung beansprucht ist;
26(a) ist eine Draufsicht eines Leitungssubstrats und 26(b) eine Ansicht einer Rückseite davon;
27(a) ist eine Draufsicht einer Gunn-Diode, 27(b) eine Schnittansicht davon und 27(c) eine Schnittansicht einer Gunn-Diode eines alternativen Beispiels;
28 ist eine Schnittansicht eines NRD-Leiter-Gunnoszillators, der nicht durch die vorliegende Erfindung beansprucht ist;
29 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Gunn-Diode von mesaartiger Struktur;
30 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Gunn-Diode von mesaartiger Struktur, welche in einem pillenartigen Gehäuse inkorporiert ist;
31 ist eine erläuternde Ansicht, in welcher das pillenartige Gehäuse auf einer Mikrostreifenleitung befestigt ist;
32(a) ist eine Querschnittansicht eines herkömmlichen NRD-Leiter-Gunnoszillators und 32(b) eine Querschnittansicht eines Resonators;
33(a) ist eine Querschnittansicht einer Halterung des NRD-Leiter-Gunnoszillators, wie in 32 dargestellt ist, und 33(b) eine Schnittansicht entlang der Linie B-B.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1(a) und 1(b) sind Schaubilder, welche eine Struktur eines Gunn-Diodenelements 10 aus Galliumarsenid gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei 1(a) eine Draufsicht und 1(b) eine Schnittansicht ist. 2 ist eine Ansicht, welche Fertigungsschritte zeigt.
Die Fertigungsschritte werden nunmehr anhand von Inhalten der 2 erläutert werden. Auf einem Halbleitersubstrat 11 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1 bis 2 × 10¹⁸ Atome/cm³ sind durch das MBE-Verfahren sequentiell eine erste Kontaktschicht 12 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 2 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Dicke von 1.5 μm, eine aktive Schicht 13 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1.2 × 10¹⁶ Atome/cm³ und einer Dicke von 1.6 μm, und eine zweite Kontaktschicht 14 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Dicke von 0.3 μm beschichtet, um ein Halbleitersubstrat mit aufgeschichteten Schichten zu erzielen.
Auf der zweiten Kontaktschicht 14 ist ein Photoresist bzw. Photolack strukturiert, welcher an Bereichen geöffnet ist, auf denen eine Kathodenelektrode und eine Anodenelektrode auszubilden sind, und ein Metallfilm (darunterliegende Elektrodenschicht) aus AuGe, Ni und Au, welche in ohmschem Kontakt mit der zweiten Kontaktschicht 14 ist, ist darauf aufgedampft. Nach Entfernen des Photoresists wird eine Wärmebehandlung (Sintern) durchgeführt und die Kathodenelektrode 15 und die Anodenelektrode 16 werden auf der zweiten Kontaktschicht 14 in getrennter Weise ausgebildet (2(a)). Wie in 1 dargestellt ist, ist die planare Form der Kathodenelektrode 15 länglich und die planare Form der Anodenelektrode 16 ist rund, während diese alternativ oval oder im wesentlichen quadratisch sein könnten.
Als nächstes wird der Photoresist 17 strukturiert, um einen Teil der Oberflächen der Kathodenelektrode 15 und Anodenelek trode 16 offen zu lassen, und Erhebungen (Elektroden) 18, 19, welche leitfähige Vorsprünge aus Au oder dergleichen sind, werden in den offenen Abschnitten durch Präzipitation mittels elektrolytischer Plattierung bzw. Abscheidung oder nichtelektrolytischer Plattierung bzw. Abscheidung ausgebildet (2(b)).
Als nächstes werden nach Bloßlegen der mit der Kathodenelektrode 15 und der Anodenelektrode 16 ausgebildeten zweiten Kontaktschicht 14 durch Entfernen des Photoresists 17 die Kathodenelektrode 15 und die Anodenelektrode 16 als Masken verwendet, wenn die zweite Kontaktschicht 15 und die aktive Schicht 13 durch Trockenätzen wie reaktives Ionenätzen (RIE) durch Verwendung von Chlorgas oder dergleichen entfernt werden, um einen im wesentlichen mesaartigen oder vertikalen konkaven Abschnitt 20 um die Anodenelektrode 16 herum auszubilden (2(c)). Auf diese Weise kann ein gezielt ausgebildeter konkaver Abschnitt 20 präzise durch Ätzen in einer vertikalen Richtung durch Selbstausrichtung ausgebildet werden, indem die Kathodenelektrode 15 und die Anodenelektrode 16 als Masken verwendet werden.
Die Fläche der aktiven Schicht 13, mit welcher die Anodenelektrode 15, die durch den konkaven Abschnitt 20 unterteilt wurde, verbunden ist, wird so eingestellt, daß sie eine Fläche (transversaler Querschnitt) ist, mit welcher ein bestimmter Betriebsstrom der Gunn-Diode erzielt werden kann. Das bedeutet, daß diese Fläche so eingestellt wird, daß sie eine Fläche ist, die als eine Gunn-Diode arbeiten kann. Ferner wird eine Fläche der aktiven Schicht 13, mit der die Kathodenelektrode 15 verbunden ist, auf nicht weniger als zehnmal so groß wie eine Fläche der aktiven Schicht 13 eingestellt, mit welcher die Anodenelektrode 16 verbunden ist, und der elektrische Widerstand eines Halbleiterbeschichtungsab schnitts unter der Kathodenelektrode 15 wird auf nicht mehr als 1/10 des elektrischen Widerstands eines Halbleiterbeschichtungsabschnitts unter der Anodenelektrode 16 eingestellt. Mit diesen Anordnungen ist dieser Abschnitt nicht ausgebildet, um als eine Gunn-Diode zu fungieren, jedoch um als ein Widerstand von im wesentlichen niedrigem Wert zu fungieren, und die Kathodenelektrode 15 ist im wesentlichen mit der ersten Kontaktschicht 12 verbunden. Das Flächenverhältnis der aktiven Schicht 13 braucht nicht weniger als 10 zu sein und vorzugsweise nicht weniger als 100, da ein Verhältnis von unter 10 nicht effektiv sein würde, sondern lediglich zu einem verringerten Wirkungsgrad führt.
Es sollte vermerkt werden, daß, während die Schnitt-Tiefe des konkaven Abschnitts 20 auf eine Tiefe eingestellt wird, welche erzielt wird, indem die aktive Schicht 13 vollständig entfernt wird, sie jedoch alternativ angeordnet werden könnte, so daß ein Teil der aktiven Schicht 13 zurückbleibt oder daß der Einschnitt bis zu einem gewissen Ausmaß in die erste Kontaktschicht 12 hineinreicht.
Es sollte vermerkt werden, daß, während die Fläche der aktiven Schicht unter der Kathodenelektrode so eingestellt wurde, daß sie größer als jene der Anodenelektrode ist, eine ungekehrte Anordnung verwendet werden könnte, bei welcher die Fläche der aktiven Schicht unter der Anodenelektrode größer als jene der Kathodenelektrode ist. Das bedeutet, daß die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode gegenseitig austauschbar sind. Während eine Eliminierung von Konzentrationsgradienten in der Fremdstoff-Konzentration der aktiven Schicht 13 den Austausch zwischen der Anode 19 und der Kathode 18 ermöglicht, wird in der Anwesenheit von Konzentrationsgradienten die Elektrode der niedrigeren Konzentration so gesetzt, daß sie die Kathodenelektrode ist, und wird die Elek trode der höheren Konzentration so gesetzt, daß sie die Anodenelektrode ist.
Als nächstes wird die Rückseite des Halbleitersubstrats 11 geerdet zur Beschichtung gemäß der gewöhnlichen Fertigungsprozesse für Gunn-Dioden, so daß die Dicke der gesamten Gunn-Diode ungefähr 60 μm wird. Danach wird, falls erforderlich, ein Metallfilm 21 aus AuGe, Ni, Au, Ti, Pt oder Au, der in ohmschem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 11 ist, auf die Rückseite des Halbleitersubstrats 11 aufgedampft und eine Wärmebehandlung wird durchgeführt (2(d)).
Während der Metallfilm 21, welcher auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet wird, nicht notwendigerweise erforderlich ist, könnte er als eine Kathodenelektrode fungieren, welche die Kathodenelektrode 15 in dem Fall ersetzt, daß eine Struktur zum Zusammenbau (15), wie später beschrieben werden wird, genommen wird. In einem derartigen Fall gibt keine Beschränkungen, das Flächenverhältnis zwischen der Kathodenelektrode 15 und der Anodenelektrode 16 auf nicht mehr als 1/10 einzustellen, wie es oben beschrieben wurde.
Wie insoweit erläutert wurde, ist die Gunn-Diode 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform derart angeordnet, daß sie in einer getrennten Weise einen Abschnitt aufweist, der als eine Gunn-Diode fungiert, und einen niederohmigen Schichtabschnitt, der als ein Spannungseinprägepfad von der Außenseite der ersten Kontaktschicht 12 des Gunn-Diodenabschnitts durch Bereitstellen des konkaven Abschnitts 20 in dem Halbleiterbeschichtungsabschnitt fungiert, um die Anodenelektrode 16 zu umschließen. Mit dieser Anordnung können sowohl die Kathodenelektrode 15 als auch die Anodenelektrode 16 auf der Oberseite der zweiten Kontaktschicht 14 ausgebildet werden. Anders formuliert, können die Kathodenelektrode 15 und die Anodenelektrode 16 auf einer gleichen Oberfläche angeordnet werden, wobei große Vorteile hinsichtlich des Zusammenbaus oder der Wärmeabstrahlung erzielt werden können, wie später erläutert werden wird.
Da das Ätzen zum Definieren eines Bereichs zur Bestimmung eines Betriebsstroms (ein Abschnitt, welcher als eine Gunn-Diode fungiert) durch Trockenätzen in einem Selbstausrichtungsverfahren durchgeführt wird, indem oberhalb des Bereichs ausgebildete Elektroden als Masken benutzt werden, können Fertigungsschwankungen verringert werden im Vergleich zum herkömmlichen chemischen Nassätzen und der Ausbeutefaktor (Faktor von guten Produkten) kann hoch gehalten werden.
3(a) ist eine Ansicht, welche ein alternatives Beispiel 10' des in 1(b) dargestellten Gunn-Diodenelements 10 zeigt, welches so angeordnet ist, daß ein leitfähiger Film 22 innerhalb des konkaven Abschnitts 20 vorgesehen ist und daß die erste Kontaktschicht 12 und die Kathodenelektrode 15 kurzgeschlossen sind. Mit dieser Anordnung können Einflüsse eines parasitären Widerstands in dem Fall verhindert werden, daß der parasitäre Widerstand zwischen der Kathodenelektrode 15 und der ersten Kontaktschicht 12 groß ist, und die auf die Kathodenelektrode 15 eingeprägte Spannung kann auf die erste Kontaktschicht 12 mit fast keinen Verlusten übertragen werden.
Indem die Idee dieses Gunn-Diodenelements 10' weiterentwickelt wird, kann ein Gunn-Diodenelement 10'', wie in 3(b) dargestellt ist, vorgesehen werden, wobei die Kathodenelektrode 15 unmittelbar auf der Oberseite der ersten Kontaktschicht 12 ausgebildet ist, Erhebungen 18 auf deren Oberfläche ausgebildet sind, und die verbleibenden Anordnungen iden tisch zu jenen sind, die in 1(b) dargestellt sind, wobei die Oberseiten der Erhebungen 18, 19 bei identischen Höhenniveaus ausgerichtet sind. In den Gunn-Dioden 10', 10'' gibt es keine Beschränkungen, das Flächenverhältnis zwischen der Kathodenelektrode 15 und der Anodenelektrode 16 auf nicht mehr als 1/10 einzustellen, wie es oben beschrieben wurde.
BEISPIEL 1
4 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Anordnung zeigt, bei welcher ein Gunn-Diodenelement 10 auf einem eine Mikrostreifenleitung 30 bildenden planaren Schaltungssubstrat aufgebaut ist, um einen Oszillator zu bilden. Eine Signalelektrode 32 ist auf einem Plattensubstrat 31 aus semiisolierendem Material wie AlN (Aluminiumnitrid), SiC (Siliziumkarbid) oder Diamant mit einem vorteilhaften spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10⁶ Ω·cm und einer thermischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 140 W/mK gebildet und die Rückseite davon ist als eine Masse-Elektrode 33 ausgebildet. 34 bezeichnet mit Wolfram gefüllte Durchgangslöcher, welche die Masse-Elektrode 33 auf der Rückseite und eine auf der Oberseite ausgebildete Oberflächen-Masse-Elektrode 35 verbinden.
Eine Erhebung 19 einer Anodenelektrode des Gunn-Diodenelements 10 ist mit der Signalelektrode 32 verbunden und Erhebungen 18 der Kathodenelektroden sind mit der Masse-Elektrode 35 verbunden. 32A bezeichnet eine Elektrode eines Vorspannungsabschnitts zur Zufuhr der Leistungsquellenspannung an das Gunn-Diodenelement 10, 32B bezeichnet eine Elektrode, um einen Resonator zu bilden, der durch die Mikrostreifenleitung einschließlich des Gunn-Diodenelements 10 ausgebildet ist, 36 bezeichnet einen Kondensatorabschnitt zum Durchführen einer Gleichstrom-Sperre und 32C bezeichnet eine Elektrode eines Signalausgangsabschnitts, der durch die Mikrostreifenleitung gebildet ist.
In dieser Struktur zum Zusammenbau wird das Gunn-Diodenelement 10 in eine nach unten weisende Stellung gestellt und die Erhebungen 18, 19 sind direkt mit den Elektroden 35, 32 ohne Verwendung eines Goldbandes verbunden. Mit dieser Anordnung kann die Erzeugung einer parasitären Induktivität aufgrund der Verbindung durch das Goldband eliminiert werden, wobei ein Oszillator mit fast keinen Veränderungen der Eigenschaften verwirklicht werden kann.
Da die in dem Gunn-Diodenelement 10 erzeugte Wärme über die Erhebungen 18, 19 an das Substrat 31 abgestrahlt wird, das auch als ein Kühlkörper wirkt, können Wärmeabstrahlungseffekte verbessert werden. Ferner kann, da die Erhebungen 18 der Kathodenelektrode auf beiden Seiten der Erhebung 19 in einem derartigen Aufbau des Gunn-Diodenelements 10 positioniert sind, es verhindert werden, daß eine übermäßige mechanische Beanspruchung auf die Anodenelektrode ausgeübt wird.
In 5 ist die Elektrode 32A des Vorspannungsabschnitts auf der Seite der Elektrode 32C des Signalausgangsabschnitts des Oszillators vorgesehen, wie in 4 dargestellt ist. Die Ebene des Plattensubstrats 31, das wie in 5 angeordnet ist, würde wie in 6(a) aussehen, und durch Einstellen der Länge L der Elektroden 32B, welche offen-endig ist, kann die Oszillationsfrequenz und die Ausgangsleistung eingestellt werden. 7 zeigt die Oszillationseigenschaften der in 6(a), (b) dargestellten Schaltung, wobei die charakteristische Impedanz bzw. der Wellenwiderstand der Elektrode 32C auf 50Ω eingestellt wird und die charakteristische Impedanz bzw. der Wellenwiderstand der Elektrode 32B auf 35Ω eingestellt wird.
8 zeigt das Oszillationsspektrum bei einer Mittenfrequenz von 58.68 GHz und es ist ersichtlich, daß das Phasenrauschen -85 dBc/Hz bei 100 kHz außerhalb der Trägerfrequenz ist, wobei dieser Wert stärker bevorzugt ist im Vergleich zu jenen der Gunn-Dioden-Oszillatoren, welche einen Wellenleiterhohlraum verwenden. Während der Wert -46.7 dBc in 8 ist, wird er -85 dBc/Hz anhand der folgenden Gleichung -47.6 dB + 2.5 dB + 10 log (1 Hz/(10 Hz × 1.2)) = -85 dB
Es sollte vermerkt werden, daß, in dem Fall, daß der Oszillator angeordnet ist, wie in 6(b) dargestellt ist, wobei die Erhebung 19 der Anodenelektrode in der Mitte des Gunn-Diodenelements 10 mit Oberflächen-Masseelektroden 35' verbunden ist, welche mit der Masseelektrode auf der Rückseite über die Durchgangslöcher verbunden sind, und eine der Erhebungen 18 der Kathodenelektrode auf beiden Seiten mit der Elektrode 32B' des Resonators verbunden ist und die andere mit den Elektroden 32C zum Ausgang, das Phasenrauschen -75 dB bei 100 kHz außerhalb der Trägerfrequenz mit einer Mittenfrequenz von 61.63 GHz ist, wie in 9 dargestellt ist, (während es erneut vermerkt werden sollte, daß dieser Wert anhand der obigen Gleichung auf der Basis des Wertes -36.7 dBc/Hz in 9 erzielt wird). Es kann somit verstanden werden, daß diese Anordnung gegenüber der Verbindungsstruktur, wie in 6(a) dargestellt ist, um 10 dB schlechter ist.
Dies wird auf den Umstand zurückgeführt, daß das Halbleitersubstrat 11 des Gunn-Diodenelements 10 über die Erhebungen 18 oder die Oberflächen-Masseelektrode 35 in der Struktur zur Verbindung von 6(a) geerdet ist, und indem dieses Halbleitersubstrat 11 als eine Abschirmungsplatte wirkt, eine Abnahme von Q aufgrund des Strahlungsverlustes des Oszillators beschränkt werden kann, wobei das Phasenrauschen verbessert wird.
In 10 sind zusätzliche Oberflächen-Masseelektroden 35' entlang beider Seiten der Elektroden 32B ausgebildet, um mit Oberflächen-Masseelektroden 35 in dem Oszillator, wie in 5 dargestellt ist, in Ausrichtung zu sein, wobei die zusätzlichen Elektroden mit der Masseelektrode 33 auf der Rückseite über Durchgangslöcher (nicht dargestellt) verbunden sind und wobei ein leitfähiges Plattensubstrat 80 vorgesehen wurde, um die Elektrode 32B zu bedecken, was den Oszillator bildet. Dieses Plattensubstrat 80 weist Erhebungen 81 zur Verbindung mit den Oberflächen-Masseelektroden 35 auf.
In dieser Anordnung ist, wie in 10 dargestellt ist, das leitfähige Plattensubstrat 80 über die Erhebungen 81 und die Oberflächen-Masseelektroden 35' geerdet, wobei der Strahlungsverlust in dem Resonator weiter beschränkt werden kann, um einen Resonator mit hohem Q zu verwirklichen. Das Substrat des Plattensubstrats 80 an sich kann aus semiisolierendem Material sein, solange zumindest ein Teil davon durch metallische Elektroden bedeckt ist. Ein ähnlich hohes Q kann erzielt werden, indem das Plattensubstrat 80 durch ein Gunn-Diodenelement 10 ersetzt wird, welches eine größere Chipgröße aufweist, und indem die Elektroden 32B durch das Halbleitersubstrat 11 des Gunn-Diodenelements 10 bedeckt werden. Die Oberflächen-Masseelektroden 35' können ausgebildet werden, indem die Oberflächen-Masseelektroden 35 erstreckt werden.
BEISPIEL 2
11 ist eine Ansicht, welche ein Beispiel einer Anordnung zeigt, bei welcher ein Gunn-Diodenelement 10 in einem Schaltungssubstrat implementiert wird, was einen koplanaren Wel lenleiter 40 bildet. 41 bezeichnet ein semiisolierendes Plattensubstrat, das aus demselben Material hergestellt ist wie das oben beschriebene Substrat 31, auf welcher Oberfläche eine Signalelektrode 42, welche eine Signalleitung bildet, und ein Paar Masseelektroden 43 ausgebildet sind, um dieselbe dazwischen einzuklemmen.
Hier ist die Erhebung 19 der Anodenelektrode des Gunn-Diodenelements 10 direkt mit der Signalelektrode 42 in der Mitte verbunden und sind Erhebungen 18 der Kathodenelektroden direkt mit Masseelektroden 43 auf beiden Seiten verbunden. Mit dieser Anordnung ist die zwischen der Signalelektrode 42 und den Masseelektroden 43 angelegte Spannung zwischen der Anodenelektrode und den Kathodenelektroden des Gunn-Diodenelements 10 angelegt, wobei eine Oszillation erzeugt werden kann. Diese Struktur zum Aufbau weist, wie in 11 dargestellt ist, Funktionen und Effekte, die ähnlich sind wie die Strukturen zum Aufbau, wie in 4, 5 und 10 dargestellt ist, auf wie die Stabilisierung der Eigenschaften, die Verbesserung der Wärmeabstrahlungseffekte oder der Schutz der Anodenelektrode.
In 12 ist die Elektrode 42A, welche als ein Vorspannungsabschnitt zum Anlegen von +3.0 V dient, nachfolgend zur Signalleitung 42 ausgebildet. Eine Drossel ist durch die Masseelektrode 43 ausgebildet, um die Elektrode 42A zu umschließen, um Einflüsse auf die Leistungsquelle zu mindern. Die Oszillationsfrequenz und die Ausgangsleistung können in ähnlicher Weise eingestellt werden, indem die Länge von einem Abschnitt des Gunn-Diodenelements 10 der Elektrode 42B, was den Oszillator bildet, bis zu dessen offenem Ende justiert wird. 42C bezeichnet eine Elektrode eines Signalausgangsabschnitts.
13 beruht auf derselben Überlegung wie jene der oben beschriebenen 10, wobei eine Oberseite der Elektrode 42B, welche den Oszillator bildet, durch das leitfähige Plattensubstrat 80 bedeckt wird und Erhebungen 81 auf beiden Seiten des Plattensubstrats 80 mit elektrischen Masseleitern 43 verbunden sind. Diese Anordnung macht es möglich, Strahlungsverluste in dem Resonator zu beschränken und einen Resonator mit einem hohen Q zu verwirklichen.
BEISPIEL 3
14 ist eine Ansicht, welche eine Wärmeabstrahlungsstruktur des Gunn-Diodenelements 10 zeigt. 50 bezeichnet einen Kühlkörper, welcher ein Diamantsubstrat 51 verwendet, auf welchem Elektroden 52, mit denen Erhebungen 18 der Kathodenelektroden des Gunn-Diodenelements 10 verbunden sind, und eine Elektrode 53, mit welcher eine Erhebung 19 der Anoden-Kathode 19 verbunden ist, ausgebildet sind. Elektroden 52 sind von der Elektrode 53 in einer unabhängigen Weise getrennt und die Elektroden 53 sind mit der Masseelektrode 54 verbunden.
Während Wärme an dem Halbleiterbeschichtungsabschnitt des Gunn-Diodenelements 10 erzeugt wird, was der Anodenelektrode entspricht, die als die Gunn-Diode fungiert, wird diese Wärme auf den Kühlkörper 50 über die Erhebungen 18, 19 (hauptsächlich Erhebungen 19) übertragen, um eine Kühlung durchzuführen.
15 ist eine Ansicht, welche die Struktur für den Einbau des Gunn-Diodenelements 10 von 14 zeigt, welches in die Mikrostreifenleitung 60 eingebaut ist. Der mit dem Gunn-Diodenelement 10 implementierte Kühlkörper 50 ist innerhalb des in dem Mikrostreifen 60 ausgebildeten Lochs 61 an eine Masseelektrode 62 aufgeklebt, welche gleichzeitig als eine Wärmeabstrahlungsbasis dient, und eine Signalelektrode 64 auf dem Plattensubstrat 63, das aus Aluminiumoxid hergestellt ist, und eine Kathodenelektrode 21 auf der Rückseite des Gunn-Diodenelements 10 sind über ein Goldband 28 verbunden.
In dieser Anordnung ist die zwischen den Signalelektrode 64 und den Masseelektroden 62 angelegte Spannung zwischen der Kathodenelektrode 21 und der Anodenelektrode 16 über das Goldband 28 und Elektroden 53, 54 des Kühlkörpers 50 angelegt. Zugleich dienen die Erhebungen 18 der Kathodenelektroden 15 als Abstandhalter, um die nach unten weisende Stellung von beiden Seiten aufrechtzuerhalten, und fungieren nicht als ein Übertragungsweg für den Strom. Diese Anordnung ist ziemlich einfach und ermöglicht eine beachtliche Kostenverringerung im Vergleich zu Anordnungen, welche herkömmliche pillenartige Gehäuse 110 verwenden.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
16 ist eine Ansicht, welche eine Anordnung eines alternativen Beispiels eines Gunn-Diodenelements 10A zeigt, wobei (a) eine Draufsicht ist und (b) eine Schnittansicht ist. In dieser Anordnung sind vier Anodenelektroden 16 individuell ausgebildet und vier konkave Abschnitte 20, welche dazu korrespondieren, bilden vier Gunn-Diodenabschnitte von mesaartiger Struktur. Da die Spannung gemeinsam an die individuellen Gunn-Diodenabschnitte der mesaartigen Struktur angelegt wird, sind diese in Parallel-Schaltungsbedingungen während des Betriebs.
Mit dieser Anordnung kann der Radius der mesaartig strukturierten Abschnitte klein gehalten werden und da der Wärmeabstrahlungseffekt beachtlich höher ist im Vergleich zu einem einzelnen Gunn-Diodenabschnitt von mesaartiger Struktur, welche Fläche identisch ist zu einer Summe der Flächen für vier Gunn-Diodenabschnitte von mesaartiger Struktur, kann der Wirkungsgrad (Verhältnis von Eingangsleistung zu Ausgangsleistung) oder die Ausgangsleistung beachtlich hoch sein. Es sollte vermerkt werden, daß, je kleiner die Fläche des mesaartig strukturierten Abschnitts wird, desto schwächer dessen Stärke wird, so daß eine Zerstörungsgefahr während des Zusammenbaustadiums bestehen kann. Jedoch gibt es, da die Erhebungen 18 der Kathodenelektroden ausgebildet sind, um sie zu umschließen, und welche im wesentlichen die Belastung aufnehmen, tatsächlich keine Zerstörungsgefahr. Es sollte ebenso vermerkt werden, daß die Anzahl von individuellen Gunn-Diodenabschnitten der mesaartigen Anordnung nicht auf vier beschränkt ist. Der Querschnitt der Vielzahl von Gunn-Dioden muß nicht notwendigerweise identisch sein, noch sind deren Schnittformen (Formen der Anodenelektroden) beschränkt auf runde Formen, können jedoch jede beliebige Form annehmen.
17 zeigt eine Veränderung des Wirkungsgrads η(%) und der Ausgangsleistung P(mW) als eine Funktion der Anzahl von Gunn-Diodenabschnitten der mesaartigen Struktur. Es sollte selbstverständlich sein, das sowohl der Wirkungsgrad als auch die Ausgangsleistung erhöht werden im Falle, daß die Anzahl von Gunn-Diodenabschnitten der mesaartigen Struktur von vier auf neun erhöht werden, ohne die Summe der Flächen der Anodenelektroden zu ändern. 18 zeigt eine ähnliche Veränderung des Wirkungsgrads und der Ausgangsleistung in dem Falle, daß die Anzahl von Gunn-Diodenabschnitten der mesaartigen Struktur von vier auf sechs geändert wird mit einer unterschiedlichen Summe der Flächen der Anodenelektroden, und es kann eine ähnliche Tendenz beobachtet werden.
Es sollte vermerkt werden, daß derartige Messungen durchgeführt wurden unter einer Bedingung, bei der sie in einem Wellenleiter eingebaut wurden, wie in 19 dargestellt ist. 70 bezeichnet einen Wellenleiter, 71 einen in dem Wellenleiter 70 vorgesehenen leitfähigen Unterbau (Anode), und 72 ein Lötmittel, um ein isolierendes Substrat 73 auf dem Unterbau 71 aufzukleben. In dem Gunn-Diodenelement 10A, welches eine Vielzahl von Anodenelektroden aufweist, werden Erhebungen 18 der Kathodenelektroden in einer nach unten weisenden Stellung auf dem isolierenden Substrat 73 über Elektroden 74 gehalten und die Erhebung 19 der Anodenelektrode ist mit dem Unterbau 71 durch die Elektrode 75, über das in dem isolierenden Substrat 73 ausgebildete Loch 76 und das Lötmittel 72 verbunden. Ein Vorspannungsanschlag 77, an dem eine Vorspannung angelegt ist, ist in dem Wellenleiter 70 eingesetzt und ein unteres Ende davon ist mit der Elektrode 21 auf der Rückseite des Gunn-Diodenelements 10A durch das Goldband 78 verbunden.
Es sollte vermerkt werden, daß, während die obigen Erläuterungen auf einem Beispiel basieren, in welchem Galliumarsenid als Halbleiter verwendet wurde, ähnliche Effekte erzielt werden können im Fall, daß andere Verbindungshalbleiter wie Indiumphosphid verwendet werden. Außerdem ist es in dem Fall, daß ein Oszillator angeordnet wird, indem das Gunn-Diodenelement mit der oben beschriebenen Mikrostreifenleitung oder dem koplanaren Wellenleiter zusammengebaut wird, ebenso möglich, zusätzlich einen dielektrischen Resonator vorzusehen.
AUSFÜHRUNGSFORM (nicht beansprucht)
20 ist eine Ansicht, welche eine Anordnung eines NRD-Leiter-Gunnoszillators gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform zeigt. Die NRD-Leiterschaltung ist angeordnet, indem eine dielektrische Streifenleitung 203 zwischen zwei metallischen parallelen Platten 201, 202 eingeklemmt ist, und ist somit von herkömmlicher Anordnung. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Gunn-Diode 220 auf einer Oberseite eines Leitungssubstrats 210 montiert, welches bezüglich der flachen Platte 202 über den Kühlkörper 230, der zur Erdung, zur Wärmeabstrahlung und zu Höhenjustierungszwecken angeordnet ist, gehalten wird.
Das Leitungssubstrat 210 ist angeordnet, wie in 21(a) und (b) dargestellt ist, indem auf einer Oberseite eines semiisolierenden oder isolierenden Plattensubstrats 211 (welches beispielsweise aus AlN, Si, SiC oder Diamant mit einem spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10⁶ Ωcm und einer thermischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 140 W/mK sein kann) eine Signalleitung 212, ein Drossel-Abschnitt 213 zum Anlegen einer Gleichstrom-Vorspannung an die Signalleitung 212, eine Signalelektrode 214, die zu einem Endabschnitt der Signalleitung 212 verlängert ist, und ein Paar Oberflächen-Masseelektroden 215, die angeordnet sind, um die Signalelektroden 214 dazwischen einzuklemmen, ausgebildet sind. Eine Masseelektrode 216 ist auf der Rückseite des Substrats ausgebildet und die Oberflächen-Masseelektroden 215 sind mit der Masseelektrode 216 über Durchgangslöcher 217 verbunden. Das Leitungssubstrat 210 weist nicht Masseelektroden auf der Rückseite der Signalleitung 212 auf und bildet somit einen hängenden Mikrostreifen.
Die Gunn-Diode 220 ist ausgebildet, wie in 22(a) und (b) dargestellt ist, indem auf einer Oberseite eines Halbleitersubstrats 221 eine erste Kontaktschicht 222, eine aktive Schicht 223, eine zweite Kontaktschicht 224 und eine Metallschicht 225 beschichtet sind, wobei ein kreisförmiger konkaver Abschnitt 226 derart ausgebildet ist, daß er im wesentli chen von der Metallschicht 225 bis zu der ersten Kontaktschicht 222 reicht. Mit dieser Anordnung ist die Metallschicht 225 in eine Anodenelektrode 225A und Kathodenelektrode 225K unterteilt und eine Aufschüttung 227 aus Au, welche leicht durch Thermokompression zu bonden ist, ist auf der Anodenelektrode 225A ausgebildet und eine Erhebung 228, die in ähnlicher Weise aus Au ist, ist auf der Kathodenelektrode 225K ausgebildet, so daß ihre Höhen jeweils auf gleichem Niveau sind. Diese Erhebungen 227, 228 sind jeweils äquivalent zu der Anodenelektrode 225A und den Kathodenelektroden 225K.
In einem Beispiel kann das Halbleitersubstrat 221 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1 bis 2 × 10¹⁸ Atome/cm³, eine erste Kontaktschicht 222 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoffkonzentration von 2 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Dicke von 1.5 μm, eine aktive Schicht 223 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1.2 × 10¹⁶ Atome/cm³ und einer Dicke von 1.6 μm und eine zweite Kontaktschicht 224 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoffkonzentration von 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Dicke von 0.3 μm sein. Es ist ebenso möglich, einen alternativen Verbindungshalbleiter wie Indiumphosphid anstatt Galliumarsenid zu verwenden.
In der Gunn-Diode 220 ist eine Fläche des unterteilten Abschnitts der aktiven Schicht, welche der Anodenelektrode 225A entspricht, so eingestellt, daß sie eine Fläche ist, mit welcher ein bestimmter Betriebstrom der Gunn-Diode erzielt werden kann (transversaler Querschnitt). Ferner ist eine Fläche der aktiven Schicht, welche der Kathodenelektrode 225K entspricht, so eingestellt, daß sie nicht weniger als zehnmal so groß wie die Fläche der aktiven Schicht, welche der Anodenelektrode 225A entspricht, ist, wobei der elektrische Wider stand eines Halbleiterbeschichtungsabschnitts unter der Kathodenelektrode 225K so ausgebildet ist, daß er nicht mehr als 1/10 von jenem eines Halbleiterbeschichtungsabschnitts unter der Anodenelektrode 225K ist. Mit diesen Anordnungen ist dieser Abschnitt nicht ausgebildet, um als eine Gunn-Diode zu fungieren, sondern um als ein Widerstand von im wesentlichen niedrigem Wert zu fungieren.
Es sollte vermerkt werden, daß die Gunn-Diode 220 alternativ so angeordnet sein kann, wie in 22(c) dargestellt ist, daß sie eine Gunn-Diode 220' sein kann, in welcher die zweite Kontaktschicht 224 und die aktive Schicht 223, welche unter der Kathodenelektrode 225K von 22(b) liegen, weggelassen sind, wobei die Kathodenelektrode 225K direkt an der ersten Kontaktschicht 222 aufgeklebt ist und Erhebungen 228 davon so vorgesehen sind, daß sie dieselben Höhenniveaus wie die Erhebung 227 der Anoden-Kathode 225A aufweisen.
Der Einbau und die Montage der Gunn-Diode 220 auf dem Plattensubstrat 211 des Leitungssubstrats 210 wird durchgeführt, indem die Erhebung 227 der Anodenelektrode 225A mit der Signalelektrode 214 und das Paar von Erhebungen 228 der Kathodenelektroden 225K mit dem Paar von Oberflächen-Masseelektroden 215 durch Thermokompressionsbonden verbunden wird. Indem der Abschnitt der Masseelektroden 216 des Leitungssubstrats 210 ausgebildet ist, um mit dem Kühlkörper 230 verbunden zu werden, sind sie an der flachen Platte 202 durch diesen Kühlkörper 230 geerdet.
Der Einbau des Leitungssubstrats 210 in die NRD-Leiterschaltung wird durchgeführt, wie in 20(a) und (b) dargestellt ist, indem das Plattensubstrat 211 des Leitungssubstrats 210 parallel bezüglich paralleler Platten 201, 202 gemacht wird und indem sich die Spitze der Signalleitung 212 dem Basisab schnitt der dielektrischen Streifenleitung 203 aus einer vertikalen Richtung nähert.
In dem Fall, daß eine Gleichspannung an den Drossel-Abschnitt 213 angelegt wird, wird ein Strom durch die Signalleitung 212, die Signalelektrode 214, die Gunn-Diode 220, die Oberflächen-Masseelektroden 215, die Durchgangslöcher 217, die Masseelektrode auf der Rückseite 216, den Kühlkörper 230 und die Platte 202 in dieser Reihenfolge zugeführt, wobei elektromagnetische Wellen (Mikrowellen) an der Gunn-Diode 220 erzeugt werden und laterale Oberflächen der dielektrischen Streifenleitung 203 durch die Signalleitung 212 erreichen. Die elektromagnetischen Wellen werden hier in die NRD-Leiterschaltung (LSM-Mode) transformiert und werden in die dielektrische Streifenleitung 203 übertragen.
Da der Drossel-Abschnitt 213 auf dem Plattensubstrat 211 in dieser Ausführungsform ausgebildet ist, kann der Drossel-Abschnitt gleichzeitig mit der Signalleitung 212, der Signalelektrode 214 und den Oberflächen-Masseelektroden 215 durch Ätzen ausgebildet werden, wobei eine einfache Fertigung ohne das Erfordernis des Entfernens des Substrats ermöglicht wird, um die Zusammenbaueffizienz zu verbessern. Ferner wird, da die Gunn-Diode 220 unmittelbar auf dem Plattensubstrat 211 in einer nach unten weisenden Stellung montiert ist, keine parasitäre Induktivität erzeugt im Gegensatz zu Fällen, bei denen Bänder verwendet werden. Da die an der Gunn-Diode erzeugte Wärme an den Kühlkörper 230 durch Erhebungen 227, 228 oder das Plattensubstrat 211 übertragen wird, was eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, kann die Wärmeabstrahlungswirkung verbessert werden. Ebenso kann, da die Gunn-Diode 220 von den Erhebungen 228 der Kathodenelektroden 225K an beiden Seiten getragen wird, es verhindert werden, daß eine übermäßige Belastung auf den Halbleiterbeschichtungsabschnitt in dem Zentrum, das im wesentlichen als die Gunn-Diode wirkt, ausgeübt wird.
Es sollte vermerkt werden, daß, während der Abschnitt der Signalleitung 212 und der Abschnitt, an dem die Gunn-Diode 220 montiert ist, auf einem gemeinsamen Plattensubstrat 211 vorgesehen sind, sie auf verschiedenen Substraten angeordnet sein können und durch eine leitfähige Leitung wie ein Goldband verbunden sein können. Ebenso können die Durchgangslöcher 217 durch Bänder oder dergleichen ersetzt werden, um die Oberflächen-Masseelektroden 215 mit der Masseelektrode 216 auf der Rückseite zu verbinden.
Ferner kann, während die Signalleitung 212 des Leitungssubstrats 210 eine hängende Mikrostreifenleitung in dem oben beschriebenen Beispiel ist, die Masseelektrode 216 auf der gesamten Rückseite des Plattensubstrats 211 vorgesehen sein, um eine Mikrostreifenleitung zu bilden. Eine derartige Leitung kann alternativ ein koplanarer Wellenleiter sein, bei dem eine Signalleitung in der Mitte der Oberseite des Plattensubstrats 211 vorgesehen ist und ein Paar von Masseelektroden auf derselben Ebene vorgesehen werden, um die Signalleitung dazwischen einzuklemmen. In diesem Fall soll die Erhebung 227 der Anodenelektrode 225A mit der Signalleitung in der Mitte verbunden werden und die Erhebungen 228 der Kathodenelektroden 225K auf beiden Seiten mit den Masseelektroden verbunden werden.
Ferner können die Anodenelektrode 225A und die Kathodenelektrode 225K der Gunn-Diode 220 umgekehrt sein in Abhängigkeit von dem Konzentrationsgradienten der aktiven Schicht und in einem derartigen Fall soll die Polarität der an den Drossel-Abschnitt 213 angelegten Spannung in geeigneter Weise gewählt werden.
23 ist eine Ansicht, welche ein alternatives Beispiel eines NRD-Leiter-Gunnoszillators zeigt. In diesem Beispiel ist die Richtung eines Leitungssubstrats 210, auf dem die Gunn-Diode hergestellt ist und von einem Kühlkörper 230 getragen wird, so eingestellt, daß sie parallel zu den parallelen Platten 201, 202 ist, und daß eine Spitze von dessen Signalleitung 212 in Ausrichtung zu einem Basisende einer dielektrischen Streifenleitung 203 in gerader Linie ist. Hier ist die Übertragungsmode der elektromagnetischen Wellen, welche durch die dielektrische Streifenleitung 203 zu übertragen sind, eine LSE-Mode.
In 24 ist das Leitungssubstrat 210 derart montiert, daß es in vertikaler Beziehung bezüglich der parallelen Platten 201, 202 ist. Diese Ausführungsform weist einen Vorteil auf, daß Moden höherer Ordnung kaum in der Signalleitung 212 verstärkt werden. Es sollte vermerkt werden, daß es ebenso möglich ist, eine Anordnung zu verwenden, wie in 23 dargestellt ist, indem die dielektrische Streifenleitung 203 in Ausrichtung zu der Signalleitung 212 ist und indem das Leitungssubstrat 210 in einer vertikalen Weise bezüglich der parallelen Platten 201, 202 montiert ist.
ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORM (nicht beansprucht)
25 ist eine Ansicht, welche eine Anordnung eines NRD-Leiter-Gunnoszillators gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform zeigt. Die NRD-Leiterschaltung ist so angeordnet, daß eine dielektrische Streifenleitung 203 zwischen zwei metallischen parallelen Platten 201, 202 eingeklemmt ist und ist somit von herkömmlicher Anordnung. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Gunn-Dioden 220 auf einem Leitungssubstrat 210 montiert, das bezüglich der flachen Platte 202 über Kühlkörper 230, die zur Erdung und zu Wärmeabstrahlungszwecken angeordnet sind, getragen wird.
Das Leitungssubstrat 210 ist angeordnet, wie in 26(a) und (b) dargestellt ist, indem auf einer Oberseite eines semiisolierenden oder isolierenden Plattensubstrats 211 (welches beispielsweise aus AlN, Si, SiC oder Diamant mit einem spezifischen Widerstand von nicht weniger als 10⁶ Ωcm und einer thermischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 140 W/mK sein kann) eine Signalleitung 212, ein Drossel-Abschnitt 213 zum Anlegen einer Gleichstrom-Vorspannung an die Signalleitung 212, zwei Signalelektroden 214, die mit beiden Endabschnitten der Signalleitung 212 verbunden sind, und zwei Paare von Oberflächen-Masseelektroden 215 ausgebildet sind, die angeordnet sind, um die zwei Signalelektroden 214 dazwischen einzuklemmen. Eine Masseelektrode 216 ist auf der Rückseite des Substrats ausgebildet und die Oberflächen-Masseelektroden 215 sind mit der Masseelektrode 216 über Durchgangslöcher 217 verbunden. Das Leitungssubstrat 210 weist nicht Masseelektroden auf der Rückseite der Signalleitung 212 auf und bildet somit eine hängende Mikrostreifenleitung.
Die Gunn-Diode 220 ist ausgebildet, wie in 27(a) und (b) dargestellt ist, indem auf einer Oberseite eines Halbleitersubstrats 221 eine erste Kontaktschicht 222, eine aktive Schicht 223, eine zweite Kontaktschicht 224 und eine Metallschicht 225 beschichtet ist, wobei ein kreisförmiger konkaver Abschnitt 226 derart ausgebildet ist, daß er im wesentlichen von der Metallschicht 225 bis zu der ersten Kontaktschicht 222 reicht. Mit dieser Anordnung ist die Metallschicht 225 in eine Anodenelektrode 225A und eine Kathodenelektrode 225K unterteilt und eine Erhebung 227 aus Au, welche leicht durch Thermokompression zu bonden ist, ist auf der Anodenelektrode 225A ausgebildet und eine Erhebung 228, die in ähnlicher Wei se aus Au ist, ist auf der Kathodenelektrode 225K ausgebildet, so daß ihre Höhen jeweils auf gleichem Niveau sind. Diese Erhebungen 227, 228 sind zu der Anodenelektrode 225A und der Kathodenelektrode 225K jeweils äquivalent. In einem Beispiel kann das Halbleitersubstrat 221 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1 bis 2 × 10¹⁸ Atome/cm³, eine erste Kontaktschicht 222 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoffkonzentration von 2 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Dicke von 1.5 μm, eine aktive Schicht 223 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoff-Konzentration von 1.2 × 10¹⁶ Atome/cm³ und einer Dicke von 1.6 μm und eine zweite Kontaktschicht 224 aus n-leitendem Galliumarsenid mit einer Fremdstoffkonzentration von 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ und einer Dicke von 0.3 μm sein. Es ist ebenso möglich, einen alternativen Verbindungshalbleiter wie Indiumphosphid anstatt Galliumarsenid zu verwenden. In der Gunn-Diode 220 ist eine Fläche des unterteilten Abschnitts der aktiven Schicht, welche der Anodenelektrode 225A entspricht, so eingestellt, daß sie eine Fläche ist, mit welcher ein bestimmter Betriebstrom der Gunn-Diode erzielt werden kann (transversaler Querschnitt).
Ferner ist eine Fläche der aktiven Schicht, welche der Kathodenelektrode 225K entspricht, so eingestellt, daß sie nicht weniger als zehnmal so groß wie die Fläche der aktiven Schicht, welche der Anodenelektrode 225A entspricht, ist, wobei der elektrische Widerstand eines Halbleiterbeschichtungsabschnitts unter der Kathodenelektrode 225K ausgebildet ist, daß er nicht mehr als 1/10 von jenem eines Halbleiterbeschichtungsabschnitts unter der Anodenelektrode 225A ist. Mit diesen Anordnungen ist dieser Abschnitt nicht ausgebildet, um als eine Gunn-Diode zu fungieren, sondern um als ein Widerstand von im wesentlichen niedrigem Wert zu fungieren.
Es sollte vermerkt werden, daß die Gunn-Dioden 220 alternativ so angeordnet sein können, wie in 27(c) dargestellt ist, daß sie Gunn-Dioden 220' sind, in welchen die zweite Kontaktschicht 224 und die aktive Schicht 223, welche unter der Kathodenelektrode 225K von 22(b) liegen, weggelassen werden, wobei die Kathodenelektrode 225K unmittelbar an die erste Kontaktschicht 222 aufgeklebt ist und Erhebungen 228 davon vorgesehen sind, um auf denselben Höhenniveaus wie die Erhebungen 227 der Anodenelektrode 225A zu sein.
Der Einbau und die Montage von jeder der Gunn-Dioden 220 auf dem Plattensubstrat 211 des Leitungssubstrats 210 wird durchgeführt, indem die Erhebung 227 der Anodenelektrode 225A mit der Signalelektrode 214 und das Paar von Erhebungen 228 der Kathodenelektroden 225K mit dem Paar von Oberflächen-Masseelektroden 215 durch Thermokompressionsbonden verbunden wird. Indem der Abschnitt der Masseelektroden 216 des Leitungssubstrats 210 mit dem Kühlkörper 230 zu verbinden ist, sind diese mit der flachen Platte 202 über diesen Kühlkörper 230 geerdet. Die andere Gunn-Diode ist in ähnlicher Weise eingebaut.
Der Einbau des Leitungssubstrats 210 in die NRD-Leiterschaltung wird durchgeführt, wie in 25 dargestellt ist, indem das Plattensubstrat 211 des Leitungssubstrats 210 vertikal bezüglich paralleler Platten 201, 202 ausgerichtet wird und indem der Zentralabschnitt der Signalleitung 212 sich dem Basisabschnitt der dielektrischen Streifenleitung 203 aus einer vertikalen Richtung nähert.
In dem Fall, daß ein Gleichstrom an den Drossel-Abschnitt 213 angelegt wird, wird ein Strom durch die Signalelektrode 214 der Gunn-Diode 220 zugeführt, welche näher an der Drossel 213 ist, und über die Signalelektrode 214 durch die Signalleitung 212 der Gunn-Diode 220 zugeführt, welche von der Drossel 213 entfernt ist, und den Durchgangslöchern 217, der Masseelektrode auf der Rückseite, dem Kühlkörper 230 und der Platte 202 in dieser Reihenfolge zugeführt, wobei elektromagnetische Wellen (Mikrowellen) an den zwei Gunn-Dioden 220 erzeugt werden. Die erzeugten elektromagnetische Wellen werden auf der Signalleitung 212 zur Resonanz gebracht und ein Teil davon ist mit der dielektrischen Streifenleitung 203 zur Übertragung zusammengeführt.
Da der Drossel-Abschnitt 213 auf dem Plattensubstrat 211 in dieser Ausführungsform ausgebildet ist, kann der Drossel-Abschnitt gleichzeitig mit der Signalleitung 212, der Signalelektrode 214 und den Oberflächen-Masseelektroden 215 durch Ätzen ausgebildet werden, wobei eine einfache Fertigung ohne das Erfordernis des Entfernens des Substrats ermöglicht wird, um die Einbaueffizienz zu verbessern.
Ferner wird, da die Gunn-Diode 220 direkt auf dem Plattensubstrat 211 in einer nach unten weisenden Stellung montiert ist, keine parasitäre Induktivität erzeugt im Gegensatz zu Fällen, bei denen Bänder verwendet werden.
Da die an den Gunn-Dioden 220 erzeugte Wärme auf den Kühlkörper 230 durch Erhebungen 227, 228 und das Plattensubstrat 211, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, übertragen wird, kann die Wärmeabstrahlungswirkung verbessert werden. Ebenso kann, da die Gunn-Diode 220 durch die Erhebungen 228 der Kathodenelektrode 225K von beiden Seiten getragen wird, es verhindert werden, daß eine übermäßige Belastung auf den Halbleiterbeschichtungsabschnitt in dem Zentrum ausgeübt wird, welches im wesentlichen als die Gunn-Diode fungiert.
Ferner kann, während die Signalleitung 212 des Leitungssubstrats 210 eine hängende Mikrostreifenleitung in dem oben beschriebenen Beispiel ist, die Masseelektrode 216 auf der gesamten Rückseite des Plattensubstrats 211 vorgesehen sein, um eine Mikrostreifenleitung zu bilden. Eine derartige Leitung kann alternativ ein koplanarer Wellenleiter sein, bei dem eine Signalleitung in dem Zentrum der Oberseite des Plattensubstrats 211 vorgesehen ist und ein Paar von Masseelektroden auf derselben Ebene vorgesehen sind, um die Signalleitung dazwischen einzuklemmen. In diesem Fall soll die Erhebung 227 der Anodenelektrode 225A mit der Signalleitung in dem Zentrum verbunden sein und die Erhebungen 228 der Kathodenelektrode 225K auf beiden Seiten mit den Masseelektroden.
Ferner können die Anodenelektrode 225A und die Kathodenelektrode 225K der Gunn-Diode 220 umgekehrt sein in Abhängigkeit von dem Konzentrationsgradienten der aktiven Schicht und in einem derartigen Fall soll die Polarität der an dem Drossel-Abschnitt 213 angelegten Spannung in geeigneter Weise gewählt werden.
28 ist eine Ansicht, in welcher das Leitungssubstrat 210 derart montiert ist, daß es parallel bezüglich der parallelen Platten 201, 202 ist.
Wie insoweit erläutert wurde, sind, da das Ätzen zum Definieren eines Bereichs, welcher als eine Gunn-Diode fungieren soll, durchgeführt wird durch Selbstausrichtungstrockenätzen unter Verwendung von über diesem Bereich ausgebildeten Elektrodenschichten als Masken, Veränderungen der Eigenschaften in der Gunn-Diode der vorliegenden Erfindung beschränkt.
Ferner kann, da die Kathodenelektrode und die Anodenelektrode auf einer gleichen Ebene ausgebildet werden können, um iden tische Höheniveaus in der Gunn-Diode der vorliegenden Erfindung anzunehmen, die Gunn-Diode in einer nach unten weisenden Stellung eingebaut werden. Mit dieser Anordnung müssen die Gunn-Dioden nicht in herkömmlichen pillenartigen Gehäusen inkorporiert werden, wobei sich Vorteile hinsichtlich der Fertigung ergeben, um einen einfachen Einbau auf Plattensubstraten zu ermöglichen.
Ebenso tritt, da es nicht erforderlich ist, die Gunn-Diode mit winzigen Elektroden durch Mittel wie Goldbänder zum Zeitpunkt des Einbaus zu verbinden, eine parasitäre Induktivität nicht auf und Veränderungen der Schaltungseigenschaften aufgrund von Veränderungen der Längen des Goldbandes oder dergleichen können eliminiert werden.
Ferner verbessert die Anordnung aus einer Vielzahl von individuellen mesaartig strukturierten Abschnitten, welche im wesentlichen als eine Gunn-Diode fungieren, in beachtlicher Weise die Wärmeabstrahlungswirkung und der Wirkungsgrad oder die Ausgangsleistung kann in hohem Maße verbessert werden.
Im Falle eines mit einem Oszillator angeordneten Aufbaus wird ein Abschnitt des Oszillators durch die Gunn-Diode oder zusätzlich dazu durch ein leitfähiges Plattensubstrat abgeschirmt, wobei das Phasenrauschen in hohem Maße verringert und das Q erhöht werden kann.
Ferner wird die Verbindung zum Vorspannungsanlegen zwischen der Drossel und der Gunn-Diode einfach ausgebildet, um eine einfache Fertigung zu ermöglichen, wobei die Betriebseffizienz verbessert wird. Kein Band ist erforderlich, um die Gunn-Diode zu montieren, wobei die Erzeugung einer parasitären Induktivität verhindert werden kann. Zusätzlich wird an der Gunn-Diode erzeugte Wärme auf den Kühlkörper über das Substrat übertragen, wobei Wärmeabstrahlungseffekte verbessert werden können.
Ebenso wird die Verbindung zum Vorspannungsanlegen zwischen der Drossel und der Gunn-Diode einfach ausgebildet, um eine einfache Fertigung zu ermöglichen, wobei die Betriebseffizienz verbessert wird.
Kein Band ist erforderlich, um die Gunn-Diode zu montieren, wobei die Erzeugung einer parasitären Induktivität verhindert werden kann.
Zusätzlich wird an der Gunn-Diode erzeugte Wärme auf den Kühlkörper über das Substrat übertragen, wobei Wärmeabstrahlungseffekte verbessert werden können.
Eine Gunn-Diode, welche durch sequentielles Schichtbilden einer ersten Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Die Gunn-Diode weist erste und zweite Elektroden auf, welche auf der zweiten Halbleiterschicht angeordnet sind, um eine Spannung auf die aktive Schicht aufzuprägen, und einen konkaven Abschnitt, der um die erste Elektrode herum in einer Richtung der zweiten Halbleiterschicht und der aktiven Schicht ausgeschnitten ist und welcher die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht unterteilt, mit welcher die erste Elektrode verbunden ist als ein Bereich, der als eine Gunn-Diode fungiert. Da das Ätzen zum Definieren eines Bereichs, der als eine Gunn-Diode fungieren soll, durchgeführt wird durch Selbstausrichtungstrockenätzen unter Verwendung von oberhalb dieses Bereichs ausgebildeten Elektrodenschichten als Masken, sind Veränderungen bzw. Schwankungen der Eigenschaften beschränkt. Es sind ebenso ein NRD-Leiter-Gunnoszillator, der an dem NRD-Leiter angebracht ist, um eine Hochfrequenzoszillationsausgabe der Gunn-Diode zu erzielen, ein Herstellungsverfahren der Gunn-Diode und eine Struktur zum Einbau der Gunn-Diode offenbart.

Claims

Gunn-Diode, welche durch sequentielles Schichtbilden einer ersten Halbleiterschicht (12), einer aktiven Schicht (13) und einer zweiten Halbleiterschicht (14) auf einem Halbleitersubstrat (11) ausgebildet ist, mit: einer ersten Elektrode (16) und einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Halbleiterschicht (14) angeordnet sind, um eine Spannung an die aktive Schicht (13) anzulegen, wobei die erste Elektrode (16) von der zweiten Elektrode (15) umgeben ist; und einem konkaven Abschnitt (20), der als eine Grenze zwischen der ersten und zweiten Elektrode (15, 16) in einer vertikal auf die zweite Halbleiterschicht (14) und die aktive Schicht (13) zu verlaufenden Richtung eingeschnitten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (16) und die zweite Elektrode (15) in einer gleichen Ebene angeordnet sind und der konkave Abschnitt die zweite Halbleiterschicht (14) und die aktive Schicht (13) unterteilt, mit welcher die erste Elektrode (16) als ein Bereich verbunden ist, der als eine Gunn-Diode (10) fungiert.
Gunn-Diode, wobei die erste und zweite Elektrode aus einer darunterliegenden Elektrodenschicht (15, 16) und auf die darunterliegende Elektrodenschicht (15, 16) folgenden leitfähigen Vorsprüngen (18, 19) derart ausgebildet sind, daß ihre Oberseiten eine im wesentlichen identische Niveauhöhe annehmen.
Gunn-Diode nach Anspruch 1, wobei der leitfähige Vorsprung (19) der ersten Elektrode (16) im wesentlichen in einem Zentralabschnitt ausgebildet ist und daß die leitfähigen Vorsprünge (18) der zweiten Elektrode (15) an beiden Seiten davon ausgebildet sind.
Gunn-Diode nach Anspruch 1, wobei eine Fläche für die erste Elektrode (16) auf nicht mehr als 1/10 einer Fläche für die zweite Elektrode (15) eingestellt ist.
Gunn-Diode nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei erste Elektroden (16) und konkave Abschnitte (20), die um die ersten Elektroden (16) herum ausgeschnitten wurden, vorgesehen sind.
Gunn-Diode nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (11), die erste Halbleiterschicht (12), die aktive Schicht (13) und die zweite Halbleiterschicht (14) aus Verbindungshalbleitern wie Galliumarsenid oder Indiumphosphid gebildet sind.
Gunn-Diode nach Anspruch 1, wobei eine dritte Elektrode auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats (11) ausgebildet ist, wobei die dritte Elektrode (21) und die erste Elektrode (16) verwendet werden, um eine Spannung an die aktive Schicht (13) anzulegen, und die zweite Elektrode (15) ausgebildet ist, um für die Abstandshalter vorgesehen zu werden.