JP2000353920A - ガンダイオード発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性のばらつきがなく、不必要な信号成分を
発生させない、ガンダイオード発振器を提供する。 【解決手段】 半絶縁性の平板基板３１の表面に信号電
極１５を形成し裏面に接地電極を形成したマイクロスト
リップ線路の該表面に、裏面の接地電極からヴィアホー
ルを介して接続される表面接地電極１６を形成し、信号
電極１５と表面接地電極１６とに、ガンダイオード素子
１３の第１、第２の電極をそれぞれ接続搭載し、さらに
同平板基板３１の表面のマイクロストリップ線路１４上
に発振周波数をカットするフィルタ素子３６を構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波のガンダイオードを用いた発振器に係り、特に二次高
調波ガンダイオード発振器の発振特性向上を実現したガ
ンダイオード発振器、およびその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波やミリ波帯の発振器の発振素
子であるＧａＡｓからなるガンダイオードはＧａＡｓの
Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅの制限
により基本発振周波数の二倍の周波数を用いた二次高調
波モードにより構成することが多い。従来から、図５の
ようなメサ型に形成されたガンダイオード素子５０を図
６のようなピル型パッケージ５７内に組み立て、これを
図示しない導波管キャビティ内に配置して構成されたガ
ンダイオード発振器がある。これらの図において、５１
は半導体基板、５２はコンタクト層、５３は活性層、５
４はバッファ層、５５はカソード電極、５６はアノード
電極、５８は放熱基台電極、５９は円筒、６０は金リボ
ン、６１は金属ディスクを示す。これは、ガンダイオー
ド素子５０が二次高調波を用いたダイオードである場合
でも、その基本波成分が導波管のカットオフ周波数以下
であれば、基本波成分は導波管のカットオフ周波数によ
って除外され、その発振スペクトルは二次高調波成分の
みであった。

【０００３】また、出願人の前の出願である特願平１０
−１１８５３６に開示された、プレーナ構造のガンダイ
オードを用いる発振器では、該ガンダイオードをマイク
ロストリップ線路やコプレーナ線路が形成された基板上
に実装して構成される。

【０００４】このときに使用されるガンダイオードは、
図１に示すように、半導体基板１上に、第１の半導体層
２、活性層３および第２の半導体層４が順に積層され、
第２の半導体層４上に活性層３に電圧を印加するための
第１の電極（アノード電極）と第２の電極（カソード電
極）が配置されている。その第１、第２の電極は、下地
電極層５、下地電極層６とこれに連続して略同じ高さに
形成された略中央部の導電性突起部（バンプ）８とその
両側に形成された導電性突起部９により構成され、第１
の電極の周囲から第２の半導体層４および活性層３に向
けて切り込まれ、且つ第１の電極が接続される第２の半
導体層４および活性層３をガンダイオードとして機能さ
せる領域として区画する凹部１０が形成されている。そ
の凹部１０内には、第２の電極と第１の半導体層２との
間を短絡する導電性膜１１が形成されている。

【０００５】図１のガンダイオードが実装される、マイ
クロストリップ線路が形成された基板は、半絶縁性の平
板基板の表面に信号電極、裏面に接地電極が形成された
マイクロストリップ線路が設けられ、さらに表面に前記
裏面の接地電極からヴィアホールを介して接続される表
面接地電極が形成されている。発振器は図１のガンダイ
オードを前記信号電極と前記表面接地電極とに、ガンダ
イオードの第１、第２の電極をそれぞれ接続搭載して構
成する。

【０００６】また、コプレーナ線路への実装は、半絶縁
性の平板基板の表面に信号電極および１対の接地電極を
形成したコプレーナ線路の該信号電極と該接地電極と
に、ガンダイオードの第１、第２の電極をそれぞれ接続
搭載して構成する。

【０００７】これらプレーナ型ガンダイオードを用いた
ガンダイオード発振器は、前記信号電極の一端が前記ガ
ンダイオードの第１の電極から接続された箇所から所定
の長さＬで開放し、該長さＬの第１の電極部分を共振器
として働かせ、該長さＬにより発振周波数を決定するこ
とができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガンダイオード素子５０は、前記したメサ型構造とする
ために、通常、ホトレジストをエッチングマスクとして
使用し、化学的な湿式エッチングによる方法で形成され
るが、このエッチング方法では、深さ方向だけでなく、
横方向にも同時にエッチングが進行し、電子の走行空間
（活性層）の制御が非常に難しいという製造上の難点が
あり、ガンダイオード素子の素子特性がばらつくという
問題点があった。

【０００９】また、ピル型パッケージ５７に組み立てる
際には、放熱基台電極５８にガンダイオード素子５０を
接着する時、前記ボンデイングツールが視野を遮り、放
熱基台電極５８を直接視認することが困難となり、組立
作業効率が非常に悪いという問題があった。更に、ガン
ダイオード素子５０を組み込んだピル型パッケージ５７
を平板基板上に構成したマイクロストリップ線路に実装
する際に、金リボンによって接続するので、寄生インダ
クタンスが発生し、特性がばらつくという実装上の問題
点があった。

【００１０】また、従来のマイクロストリップおよびコ
プレーナ線路上に形成されたガンダイオード発振器はガ
ンダイオード素子が二次高調波を用いたダイオードであ
る場合、その発振スペクトルは、基本波成分（発振器の
発振周波数の１／２）と、二次高調波成分（発振器の発
振周波数）の二波からなる発振スペクトルが発生する。
このため発振器に不必要な基本波成分が信号出力部にも
発生するという問題点があった。

【００１１】本発明の目的は、上記製造上の問題点を解
消するガンダイオード発振器を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このために、第１の発明
のガンダイオードの発振器は、半絶縁性の平板基板の表
面に信号電極を形成し裏面に接地電極を形成したマイク
ロストリップ線路の該表面に、裏面の接地電極からヴィ
アホールを介して接続される表面接地電極を形成し、前
記信号電極と前記表面接地電極とに、ガンダイオード素
子の第１、第２の電極をそれぞれ接続搭載し、さらに同
平板基板の表面のマイクロストリップ線路上に発振周波
数をカットするフィルタ素子を構成した。

【００１３】第２の発明のガンダイオードの発振器は発
振周波数をカットするフィルタ素子を、λ／４（λは前
記発振周波数波長）スタブ型フィルタで構成した。

【００１４】第３の発明のガンダイオードの発振器は、
半絶縁性の平板基板の表面に信号電極を形成し裏面に接
地電極を形成したマイクロストリップ線路の該表面に、
裏面の接地電極からヴィアホールを介して接続される表
面接地電極を形成し、前記信号電極と前記表面接地電極
とに、ガンダイオード素子の第１、第２の電極をそれぞ
れ接続搭載し、さらに同平板基板の表面のマイクロスト
リップ線路上に発振周波数の２倍の周波数を通過させる
フィルタ素子を構成した。

【００１５】第４の発明のガンダイオードの発振器は発
振周波数の２倍の周波数を通過するフィルタ素子を、チ
ェビシェフフィルタで構成した。

【００１６】第５の発明のガンダイオードの発振器は、
半絶縁性の平板基板の表面に信号電極と接地電極を形成
したコプレーナ線路の該表面に、前記信号電極と前記表
面接地電極とに、ガンダイオード素子の第１、第２の電
極をそれぞれ接続搭載し、さらに同平板基板の表面のコ
プレーナ線路上にフィルタ素子を構成した。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２および図３はガンダイオード
素子１３をマイクロストリップ線路１４を構成する平板
回路基板に実装し、スタブフィルタ３６を設けた構造の
一例を示す図であり、図２は部分拡大図を図３は平面図
をそれぞれ示す。

【００１８】図２において、ＡｌＮ（窒化アルミニウ
ム）、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイ
ド）、ダイアモンド等のように比抵抗が１０⁶Ωｃｍ以
上、熱電導率が１４０Ｗ／ｍＫ以上の半絶縁性の平板基
板３１上に、出力側のマイクロストリップ線路１４に接
続した信号電極（共振器電極）１５が、また裏面に接地
電極３３が形成されている。１２はタングステンを充填
したヴィアホールであり、裏面の接地電極３３と表面に
形成した表面接地電極１６を接続している。

【００１９】ガンダイオード素子１３はそのアノード電
極のバンプ８が信号電極１５に接着され、カソード電極
のバンプ９が表面接地電極１６に接着されている。３５
はガンダイオード素子１３に電源電圧を供給するマイク
ロストリップ線路のバイアス部である。信号電極１５は
所定の長さＬを有し、ガンダイオード素子１３を含むマ
イクロストリップ線路による共振器を構成している。こ
の長さＬの大きさによって、ガンダイオード発振器の発
振周波数を任意に決めることができる。

【００２０】スタブフィルタ３６は、選択したマイクロ
波帯やミリ波帯の周波数帯域においてバンドカットフィ
ルタの振る舞いをするスタブからなり、その長さを発信
周波数波長λの１／４とすれば、基本波成分を除去する
ことが可能となる。二次高調波モードとする場合、２倍
の周波数帯域は通過させるようにする。

【００２１】この実装構造では、ガンダイオード素子１
３をフェースダウン姿勢にして、バンプ８、９を電極１
５、１６に直接接続し、金リボン等を使用しないので、
金リボン等による接続に起因し発生していた寄生インダ
クタンスの発生がなくなり、特性のばらつきの少ない発
振器を実現することが可能になる。

【００２２】［その他の実施の形態］なお、以上の説明
はマイクロストリップ線路で構成した例を示したが、コ
プレーナ線路を使用しても、同様の効果が生じる。ま
た、図４に示した様に、フィルタ素子もチェピシェフフ
ィルタ４６で構成することもできる。この際、構成され
るフィルタをバンドカットフィルタでなくＢＰＦ（バン
ドパスフィルタ）として発信周波数波長の２倍の周波数
帯域のみ通過させる構成として好適である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のガンダイオ
ード発振器は、半絶縁性の平板基板の表面に信号電極を
形成したマイクロストリップ線路の該表面に、裏面の接
地電極からヴィアホールを介して接続される表面接地電
極を形成し、前記信号電極と前記表面接地電極とに、ガ
ンダイオード素子をそれぞれ接続搭載し、さらに同平板
基板の表面のマイクロストリップ線路上にフィルタ素子
を構成することで、不要な基本波成分を除去し、ガンダ
イオード発振器を構成することができる。

【００２４】さらに、チェビシェフィルタを用いること
で、発振器に不要な３次以上の高調波成分を除外するこ
とができる。

【００２５】また、本発明のガンダイオード発振器で
は、ガンダイオード発振素子とフィルタ素子を同一面に
同時に形成することで、従来のように新たにフィルタ素
子を追加する工程が必要がなく、コストダウンが可能で
あり利点が大きい。

【００２６】さらに、ガンダイオード発振素子とフィル
タ素子間を近接することが可能で、低線路損失、コンパ
クト化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガンダイオード発振器のガンダイオー
ド素子を示す図である。

【図２】上記ガンダイオード素子の実装方法を説明する
図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】上記ガンダイオード素子をマイクロストリップ
線路に実装し、かつスタブフィルタを設けた実施の形態
の図である。

【図４】上記ガンダイオード素子をマイクロストリップ
線路に実装し、かつチェビシェフフィルタを設けた実施
の形態の図である。

【図５】従来のメサ型構造のガンダイオードの断面図で
ある。

【図６】従来のメサ型構造のガンダイオードをピル型パ
ッケージに組み込んだ断面図である。

【符号の説明】

１：半導体基板、２：第１の半導体層、３：活性層、
４：第２の半導体層、５：下地電極層（アノード）、
６：下地電極層（カソード）、７：第３の電極（裏面電
極）、８：バンプ（アノード）、９：バンプ（カソー
ド）、１０：凹部、１１：導電性膜、１２：ヴィアホー
ル、１３：ガンダイオード、１４：マイクロストリップ
線路、１５：信号電極、１６：表面接地電極、３１：平
板基板、３３：接地電極、３５：バイアスパッド、３
６：スタブフィルタ、４６：チェビシェフフィルタ、５
０：メサ構造ガンダイオード素子、５１：半導体基板、
５２：コンタクト層、５３：活性層、５４：バッファ
層、５５：カソード電極、５６：アノード電極、５７：
ピル型パッケージ、５８：放熱基台電極、５９：円筒、
６０：金リボン、６１：金属ディスク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、第１の半導体層、活性
   層および第２の半導体層が順に積層されたガンダイオー
   ドで、前記第２の半導体層上に配置され前記活性層に電
   圧を印加するための第１、第２の電極と、該第１の電極
   の周囲から前記第２の半導体層および前記活性層に向け
   て切り込まれ、且つ前記第１の電極が接続される前記第
   ２の半導体層および前記活性層をガンダイオードとして
   機能させる領域として区画する凹部とを備え、前記第２
   の電極と前記第１の半導体層との間を短絡する導電性膜
   を前記凹部内に設け、前記第１、第２の電極が、下地電
   極層と、該下地電極層に連続して略同じ高さに形成され
   た導電性突起部より構成され、前記第１の電極の前記導
   電性突起部を略中央部に形成し、その両側に前記第２の
   電極の前記導電性突起部を形成したガンダイオードと、 表面に信号電極を形成し裏面に接地電極を形成したマイ
   クロストリップ線路の該表面に、前記裏面の接地電極か
   らヴィアホールを介して接続される表面接地電極を形成
   してなる半絶縁性の平板基板と、 前記信号電極と前記表面接地電極とに、前記ガンダイオ
   ードの第１、第２の電極をそれぞれ接続搭載し、前記信
   号電極の一端が前記ガンダイオードの第１の電極から接
   続された箇所から所定の長さＬで開放し、該長さＬの第
   １の電極部分を共振器として働かせ、該長さＬにより発
   振周波数を決定するようにしたガンダイオード発振器に
   おいて、 前記マイクロストリップ線路の平板基板と同一基板上
   に、前記発振周波数をカットするフィルタ素子を備えた
   ことを特徴とするガンダイオード発振器。
2. 【請求項２】 前記フィルタ素子がλ／４（λは前記発
   振周波数波長）スタブ型フィルタで、前記発振周波数を
   減衰させるバンドカットフィルタであること特徴とする
   請求項１に記載のガンダイオード発振器。
3. 【請求項３】 請求項１記載のマイクロストリップ線路
   の平板基板と同一基板上に、前記発振周波数の２倍の周
   波数を通過させるフイルタ素子を備えたことを特徴とす
   るガンダイオード発振器。
4. 【請求項４】 前記フイルタ素子がチェビシェフフイル
   タで、前記発振周波数の２倍の周波数帯域のみを通過さ
   せるバンドパスフィルタであること特徴とする請求項３
   に記載のガンダイオード発振器。
5. 【請求項５】 前記マイクロストリップ線路がコプレー
   ナ線路であること特徴とする請求項１乃至請求項４に記
   載のガンダイオード発振器。