JP2002134810A

JP2002134810A - ガンダイオード

Info

Publication number: JP2002134810A
Application number: JP2000328944A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Deguchi; 忠義出口; Atsushi Nakagawa; 敦中川
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ガンダイオードの発振効率、放熱性及び歩留
まりの向上、並びに平面回路への実装容易性等を実現す
る。【解決手段】高濃度ｎ型のＩｎＰ基板上１１に、高濃
度ｎ型のＩｎＰ半導体層１２、低濃度ｎ型のＩｎＰ活性
層１３が順に積層され、且つ活性層１３に電圧を印加す
るためのカソード電極１５、アノード電極１８を備えた
ガンダイオードにおいて、カソード１５はショットキー
障壁の高さがほぼ0.2〜0.4ｅＶとなる範囲で活性層１３
に直接接触させ、アノード電極は活性層１３に対するシ
リコンのイオン注入より形成された高濃度層１７にオー
ミック接触させた。

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
波帯で用いられるガンダイオードに係わり、特に発振効
率が高く、放熱性や歩留まり向上し、平面回路への実装
が容易なガンダイオードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の持つ特性の１つであるガン効果
を利用したデバイスとして、ガンダイオードが知られて
いる。特に、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）半導体を母体材
料としたものが、マイクロ波やミリ波帯域の発振デバイ
スとして実用化されている。

【０００３】従来のガリウム砒素ガンダイオード１００
Ａの構造を図７に示す。図７において１０６はカソード
電極、１０４はｎ＋型（高濃度ｎ型：以下同じ）ＧａＡ
ｓの半導体層、１０３はｎ型（低濃度ｎ型：以下同じ）
ＧａＡｓの活性層、１０２はｎ＋型ＧａＡｓの半導体
層、１０１はｎ＋型ＧａＡｓの基板、１０５はアノード
電極である。図７に示すように、従来のガンダイオード
は、使用する周波数帯によって決まる所定の不純物濃度
と厚さを有する活性層１０３が、半導体層１０２及び基
板１０１を介してアノード電極１０５に接続されてい
る。

【０００４】通常ガンダイオードでは、電子は活性層に
印加される電界強度が臨界値Ｅthより小さいときには移
動度が大きく、エネルギー状態の低いガンマーバレーに
存在する。さらに電界強度が臨界値Ｅthより大きくなる
と移動度が小さく、エネルギー状態の高いＬ（又はＸ）
バレーに遷移する。このため、臨界値Ｅthを越える領域
で、負性微分抵抗を有することになる。

【０００５】図７に示すガンダイオード１００Ａでは、
カソード電極１０６とアノード電極１０５との間に臨界
値Ｅthを越える電圧が印加されると、活性層１０３のカ
ソード電極１０６側にガンドメインと呼ばれる電気二重
層が発生し、アノード電極１０５に向かって移動する。
ガンドメインは半導体層１０２に達すると消失し、同時
に新しいガンドメインが活性層１０３のカソード電極１
０６側に発生する。このようなガンドメインの発生、消
失の繰り返しにより発生する直流電流が、交流電流に重
畳され、発振動作が発生する。ここで、直流電流の周波
数がガンダイオードの発振周波数となる。ガンダイオー
ドでは、入力した交流電力に対する直流電力出力の比で
表される発振効率が、最も重要な性能指数であり、その
向上が求められている。

【０００６】しかし、このガンダイオード１００Ａは、
活性層１０３のカソード電極１０６側に、ガンドメイン
が発生できないデッドゾーンと呼ばれる部分が発生する
という欠点があった。ガンドメインは、カソード電極１
０６が接続される半導体層１０４から活性層１０３に注
入される電子が、ガンマーバレーからＬ（又はＸ）バレ
ーヘ遷移するために必要なエネルギーを与えることによ
って発生する。従って、遷移するための必要なエネルギ
ーが与えられるまで電子が走行する距離がデッドゾーン
となる。このデッドゾーンの距離は、短いほど発振効率
が高く、活性層の厚さに対する割合が大きくなるに従い
発振効率が低下してしまう。このため、ミリ波帯のよう
な高周波帯域の周波数の発振を得るため活性層の厚さを
約２μｍと極めて薄くしたガンダイオードでは、デッド
ゾーンの厚さが活性層の厚さに対して大きな割合を占め
てしまい、特に発振効率の低下が著しいという欠点があ
った。

【０００７】このデッドゾーンの発生を抑えたガンダイ
オードとして、図８に示すように、活性層１０３にカソ
ード電極１０７を直接接続し、且つカソード電極１０７
が活性層１０３にショットキー接触する構造のガンダイ
オード１００Ｂが提案されている。このような構造のガ
ンダイオード１００Ｂは、カソード電極１０７の活性層
１０３に生じるショットキー障壁の高さを最適化するこ
とにより、ショットキー障壁に相当するエネルギーを有
する電子をカソード電極１０７から活性層１０３に注入
することができる。注入された電子は、高エネルギー帯
であるＬバレーに容易に遷移することができ、デッドゾ
ーンの発生を抑制することができる。

【０００８】図１０に活性層に注入された電子がガンマ
ーバレーからＬバレーに遷移するために必要なエネルギ
ーを得るための、設定されるショットキー障壁の高さを
算出した結果を示す。図９に示すように、活性層の不純
物濃度の変化とともにショットキー障壁の高さが変化す
るが、１０¹⁶cm^-3台後半の不純物濃度を考慮すると、お
おむね0.3〜0.4ｅＶの障壁の高さを有する接合を形成す
る必要があることが分かる(Preceeding of IEEE vol.65
No.5 pp823-824,May 1975)。

【０００９】一方、発振周波数は一義的に活性層の厚み
で決まるため、ミリ波のような高周波帯では活性層の不
純物濃度はかなり高くなり、動作状態での電流密度は活
性層の不純物濃度と飽和電子速度との積により決まる。
そのため、ミリ波帯では電流密度の増大により活性層の
温度が上昇し、発振効率が低下してしまうという欠点が
あった。

【００１０】そこで、この問題を解消するために、従来
のミリ波用ガンダイオード１００Ａ，１００Ｂでは、メ
サ型構造をとることによって、活性層を含めた素子の大
きさを数１０μｍ直径程度と極めて小さく形成するとと
もに、もっとも重要な性能指数を左右する発振効率に大
きな影響を及ぼす放熱効率の良い銅製等の放熱部を備え
たピル型パッケージ内に組み立てられていた。

【００１１】図９にピル型パッケージ１１０内にガンダ
イオード素子１００（１００Ａ又は１００Ｂ）が組み立
てられた従来の実装構造を示す。このピル型パッケージ
１１０は、放熱基台電極１１１と、ガンダイオード素子
１００を取り囲む外囲器となるガラスやセラミックスか
らなる円筒１１２とを有し、この円筒１１２は放熱基台
電極１１１に硬ロウ付けされた構造となっている。ガン
ダイオード素子１００は、図示しないボンデングツール
にて静電吸着され、放熱基台電極１１１に接着される。
更に、金リボン１１３によりガンダイオード素子１００
と円筒１１２の先端に設けられた金属層とが熱圧着等に
より接続される。金リボン１１３の接続を行った後、円
筒１１２上に蓋状の金属ディスク１１４をロウ付けし、
ピル型パッケージ１１０への組立が終了する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発振効
率を向上させるため、0.2〜0.4ｅＶという低いショット
キー障壁をガリウム砒素の活性層に形成することは非常
に難しいという問題があった。例えば、チタン、白金
等、一般に電極に使用されている金属をガリウム砒素に
接触させた場合、ショットキー障壁の高さは約0.8ｅＶ
と大きくなってしまう。また、ショットキー障壁の高さ
を低くするため、例えば銀、錫をそれぞれ活性層表面に
蒸着し、熱処理を施す方法も提案されているが、活性層
の表面状態によってショットキー障壁の高さがばらつい
たり、後工程の熱処理で特性が変動したりして、再現性
が悪く使用する事ができないという問題があった。

【００１３】また、従来のガリウム砒素ガンダイオード
素子１００Ａ，１００Ｂ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
問題があった。

【００１４】また、メサ表面が不安定であるためにメサ
表面への電流集中によりガン素子が焼損し易いという問
題があった。さらに、ピル型パッケージ１１０に組み立
てる際には、放熱基台電極１１１にガンダイオード素子
１００Ａ（１００Ｂ）を接着する時、前記ボンディング
ツールが視野を遮り、放熱基台電極１１１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。

【００１５】本発明の目的は、上記問題点を解消し、デ
ッドゾーンの発生を最小限に抑えて発振効率が高く、放
熱性や歩留まり向上し、平面回路への実装が容易なガン
ダイオードを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このために、第１の発明
のガンダイオードは、半導体基板上に、高濃度ｎ型の半
導体層、低濃度ｎ型の活性層が順に積層され、且つ前記
活性層に電圧を印加するための第１、第２の電極を備え
たガンダイオードにおいて、前記第１の電極はショット
キー障壁がほぼ0.2〜0.4ｅＶとなる範囲で前記活性層に
接触させ、前記第２の電極は前記活性層に対するイオン
注入により形成されたｎ型の高濃度層にオーミック接触
させて構成した。

【００１７】第２の発明は、第１の発明において、前記
半導体基板、前記半導体層及び前記活性層がインジウム
燐からなるよう構成した。

【００１８】第３の発明は、第１の発明において、前記
半導体基板、前記半導体層及び前記活性層がガリウム砒
素からなり、前記活性層上にＶ族元素を不純物として含
むシリコン薄膜を形成し、前記第１の電極を前記活性層
に直接接触することに代えて、前記シリコン薄膜に接触
させて構成した。

【００１９】第４の発明は、第３の発明において、前記
シリコン薄膜を、前記活性層の表面を窒素プラズマによ
り処理して形成した窒化ガリウム層に代えて構成した。

【００２０】第５の発明は、第１乃至４のいずれか１つ
の発明において、前記第１の電極の周囲から下層にかけ
て凹部を形成し、又はイオン注入による高抵抗領域を形
成して、ガンダイオードとして機能させる領域を区画し
て構成した。

【００２１】第６の発明は、第１乃至第５のいずれか１
つの発明において、前記第１の電極として高融点金属を
使用して構成した。

【００２２】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］図１は本発
明の第１の実施形態のインジウム燐（ＩｎＰ）ガンダイ
オード１０Ａの構造を示す図で、(a)は平面図、(b)は断
面図である。図２は製造工程図である。図２の内容に従
って製造工程を説明する。

【００２３】まず、ｎ＋型ＩｎＰの半導体基板１１上
に、ＭＯＣＶＤ法により不純物濃度が３〜８×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3で厚さが0.5μｍのｎ＋型ＩｎＰの半導体層１２を
成長させ、さらに、不純物濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3で厚
さが1.5μｍのｎ型インジウム燐の活性層１３を順次積
層した半導体基板を用意する（図２の(a)）。

【００２４】次に、活性層１３上に、高融点金属である
タングステンシリサイド（ＷＳｉ）をスパッタ法で積層
させる。そして、カソード電極形成予定領域としてパタ
ーニングされたフォトレジスト又はＡｕ等からなる金属
膜をマスクとして、ＷＳｉをＳＦ６ガス等によるドライ
エッチングによりパターニングし、ショットキー障壁が
約0.3ｅＶであるカソード電極１５を形成する（図２の
(b)）。なお、高融点金属は、Ｍｏでも構わない。

【００２５】次に、フォトリソグラフ法によって、アノ
ード領域が開口するようにフォトレジスト１６をパター
ニングし（図２の(c)）、活性層１３の表面からシリコ
ンを加速エネルギー３０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹³ｃ
ｍ^-2でイオン注入した後、加熱処理を８００℃で短時間
行い、ｎ＋型で深さ約0.2μｍの高濃度層１７を形成す
る（図２の(d)）。ここで、イオンはＳ，Ｓｅ，Ｓｎ等
でもよい。その後、再びフォトリソグラフ法によって、
アノード領域が開口するようにフォトレジストをパター
ニングし、高濃度層１７とオーミック接触するＡｕＧ
ｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜を蒸着して４５０℃で
シンターし、アノード電極１８を形成する（図２の
(e)）。

【００２６】次に、アノード電極１８およびカソード電
極１５の表面の一部を開口するようにフォトレジストを
パターニングし、その開口内に電解メッキ法あるいは無
電解メッキ法によってＡｕ等からなる導電性突起部であ
るカソードバンプ１９、アノードバンプ２０を析出形成
する（図２の(f)）。

【００２７】ここで通常では、カソード電極１５とアノ
ード電極１８をマスクとしてドライエッチング等により
凹部を形成してメサ分離するが、この構造の場合、メサ
分離をしなくても、アノード電極１８の総面積は、カソ
ード電極１５よりも充分大きい（約５０倍）ため、アノ
ード電極１８下方の活性層は、単に微少な抵抗となり、
電界は第１の半導体層１２とカソード電極１５間に集中
するため、ガンダイオードの動作に問題は生じない。

【００２８】その後、半導体基板１１の裏面を機械的あ
るいは化学的にエッチングして約１００μｍ厚にした
後、必要に応じて、半導体基板１１とオーミック接触す
るＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜２１を蒸着
し、加熱処理を行う（図２の(g)）。半導体基板１１の
裏面に形成する金属膜２１は必ずしも必要ないが、アノ
ード電極１８下方の半導体積層部の電気抵抗をより小さ
くできる。

【００２９】このインジウム燐ガンダイオード１０Ａで
は、カソード電極１５の大きさはガンダイオードの所定
の動作電流が得られる面積（横方向断面積）に設定され
る。つまり、ガンダイオードとして機能可能な面積に設
定される。ここで、実装後の放熱性を良くするために、
カソード電極１５を複数個設ける。アノード電極１８が
接続される高濃度層１７の面積は、カソード電極１５が
接続される活性層１３の総面積より約５０倍と十分大き
いものとし、アノード電極１８下方の半導体積層部の電
気抵抗をカソード電極１５下方の半導体積層部の電気抵
抗より約１／５０の程度に十分小さくすることで、この
部分をガンダイオードとしては機能させず、実質的に低
い値の抵抗部として機能させ、アノード電極１８を実質
的直接的に半導体層１２に接続させる。

【００３０】このように0.2〜0.4ｅＶと低いショットキ
ー障壁の高さを有するカソード電極１５を備えたガンダ
イオード１０Ａでは、活性層１３に電子がホットエレク
トロンとして注入され、ガンマーバレーから大きいエネ
ルギー状態のＬバレーヘ容易に遷移することができ、デ
ッドゾーンの発生を最小限に抑制することができる。従
って、従来構造のガンダイオードに比べて、発振効率の
大きいガンダイオードを得ることができる。また、この
ガンダイオード１００Ａは、ガンダイオードとして機能
する活性領域がエッチングによるメサ形成を一切行わな
いので、メサ表面への電流集中によりガン素子が焼損し
てしまうという問題が解決できる。

【００３１】図３はガンダイオード１０Ａをマイクロス
トリップ線路３０を構成する平板回路基板３１に実装し
た構造の１例を示す図である。ＡｌＮ（窒化アルミニウ
ム）のように比抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ以上、熱電導率が
１７０Ｗ／ｍＫ以上の半絶縁性の平板基板３１上の表面
に信号電極３２が、また裏面に接地電極３３が形成され
ている。３４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３５を接続している。

【００３２】ガンダイオード１０Ａはその中央の２個の
カソードバンプ１９が信号電極３２に接着され両側のア
ノードバンプ２０が両側の接地電極３４に接着されてい
る。信号電極３２の中の３２Ａはガンダイオード１０Ａ
にバイアス電圧を供給するバイアス電極、３２Ｂはガン
ダイオード１０Ａを含むマイクロストリップ線路による
共振器を構成する電極、３２Ｃはマイクロストリップ線
路による信号出力電極である。

【００３３】この実装構造では、ガンダイオード１０Ａ
をフェースダウン姿勢にして、カソードバンプ１９，ア
ノードバンプ２０を信号電極３２、表面接地電極３５に
各々直接接続し、金リボンを使用しないので、金リボン
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。

【００３４】また、ガンダイオード１０Ａに発生する熱
が両バンプ１９，２０を介して放散されるので、放熱効
果も高くなる。さらに、ガンダイオード１０Ａの実装状
態では、カソードバンプ１９の両側にアノードバンプ２
０が位置するので、カソード電極１５に過度の加重が加
わることが防止される。

【００３５】［第２の実施形態］図４は本発明の第２の
実施形態のガリウム砒素（ＧａＡｓ）ガンダイオード１
０Ｂの構造を示す断面図である。その製造工程を説明す
る。

【００３６】まず、ｎ＋型ＧａＡｓからなる半導体基板
２３上に、ＭＢＥ法により、不純物濃度が１〜３×１０
¹⁸ｃｍ^-3で厚さが1.0μｍのｎ＋型ＧａＡｓからなる半
導体層２４を成長させ、さらに、不純物濃度が１×１０
¹⁶ｃｍ^-3で厚さが1.7μｍのｎ型ガリウム砒素からなる
活性層２５を順次積層した半導体基板を用意する。

【００３７】次に、フォトリソグラフ法によって、アノ
ード領域が開口するようにフォトレジストをパターニン
グし、アノード領域となる前記活性層２５の表面にｎ型
ドーパントとなるシリコンを加速エネルギー３０ｋｅ
Ｖ、ドーズ量１×１０¹³ｃｍ^-2でイオン注入した後、加
熱処理を８００℃で短時間行い、ｎ＋型の高濃度層２６
を形成する。ここで、イオンはシリコンの他にＳ，Ｓ
ｅ，Ｓｎでもよい。その後、再びフォトリソグラフ法に
よって、アノード領域が開口するようにフォトレジスト
をパターニングし、高濃度層２６とオーミック接触する
ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜を蒸着して４５
０℃でシンターし、アノード電極１８を形成する。

【００３８】次に、前記活性層２５の表面に、シリコン
薄膜１４を基板温度３００℃、砒素雰囲気中で平均の膜
厚が0.3〜3.0ｎｍ程度となるように形成する。このよう
にシリコン薄膜１４は、高温で行う高濃度層２６の製造
の後に、３００℃という低温で製造する。ここでは、砒
素雰囲気とすることで、シリコン薄膜１４中に不純物と
して砒素が添加される。

【００３９】その後、シリコン薄膜１４上にショットキ
ー接続させるため、Ａｌを蒸着により積層させ、ショッ
トキー障壁が約0.2〜0.4ｅＶのカソード電極１５を形成
する。

【００４０】次に、アノード電極１８およびカソード電
極１５の表面の一部を開口するように、フォトレジスト
をパターニングし、その開口内に電解メッキ法あるいは
無電解メッキ法によって、Ａｕ等からなる導電性突起部
であるカソードバンプ１９、アノードバンプ２０を析出
形成する。

【００４１】ここで通常では、カソード電極１５とアノ
ード電極１８をマスクとしてドライエッチング等により
凹形状にメサ分離するが、この構造の場合、メサ分離を
しなくても、電界は半導体２４とカソード電極１５間に
集中するため、ガンダイオードの動作に問題は生じな
い。

【００４２】その後、半導体基板２３の裏面を機械的あ
るいは化学的にエッチングして約１００μｍにした後、
必要に応じて、半導体基板２３とオーミック接触する金
属膜２１を蒸着し、加熱処理を行う。この半導体基板２
３裏面の金属膜２１は必ずしも必要ないが、アノード電
極１８下方の半導体積層部の電気抵抗をより小さくでき
る。

【００４３】なお、上記説明ではシリコン薄膜１４に砒
素を不純物として添加する場合について説明したが、砒
素の代わりに同じＶ族元素であるアンチモンを添加して
もよい。この場合、シリコン薄膜１４をアンチモン雰囲
気で成長させたあと、高融点金属であるＷＳｉ，Ｍｏ等
の金属膜をカソード電極１５として積層形成すればよ
い。この場合も、ショットキー障壁が、約0.2〜0.4ｅＶ
となり、発振効率の高いガリウム砒素ガンダイオードを
得ることができる。

【００４４】また、ショットキー障壁を得るために、前
記したｎ＋型ＧａＡｓの半導体基板２３上にｎ＋型Ｇａ
Ａｓの半導体層２４を成長させその上にｎ型ＧａＡｓの
活性層２５を順次積層した半導体基板に対して、ヘリコ
ン波で励起された窒素プラズマにより１０分間表面処理
して、シリコン薄膜１４に代えて窒化ガリウム薄膜を形
成し、その後、高融点金属であるＷＳｉ，Ｍｏ等の金属
膜をカソード電極１５としてその窒化ガリウム薄膜に積
層形成しても、ショットキー障壁が約0.3ｅＶで得られ
（図１１）、発振効率の高いガリウム砒素ガンダイオー
ドを作製することができる。

【００４５】本実施形態のガリウム砒素ガンダイオード
１０Ｂも、前記したインジウム燐ガンダイオード１０Ａ
と同様に、カソード電極１５はガンダイオードとして機
能する面積に設定され、アノード電極１８は実質的直接
的に半導体層２４に接続される。そして、ショットキ障
壁が低く、デッドゾーンの発生を最小限に抑え、発振効
率が高いガンダイオードを実現できる。また、図３に示
したように実装可能であり、前記ガンダイオード１０Ａ
と同様な作用効果がある。

【００４６】［第３の実施の形態］図５は本発明の第３
の実施形態のインジウム燐ガンダイオード１０Ｃの断面
図、図６はその製造工程図である。本実施形態では、ま
ず、ｎ＋型ＩｎＰからなる半導体基板１１上に、ＭＯＣ
ＶＤ法により、不純物濃度が３〜８×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚
さが0.5μｍのｎ型ＩｎＰの半導体層１２を成長させ、
さらに、不純物濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3で厚さが1.5μ
ｍのｎ型インジウム燐の活性層１３を順次積層した半導
体基板を用意する（図６の(a)）。

【００４７】次に、活性層１３上に、高融点金属である
ＷＳｉをスパッタ法で積層させる。そして、カソード電
極形成予定領域としてパターニングされたフォトレジス
ト又はＡｕ等からなる金属膜をマスクにして、ＷＳｉを
ＳＦ６ガス等によるドライエッチングによりパターニン
グし、ショットキー障壁が約0.2ｅＶであるカソード電
極１５を形成する（図６の(b)）。なお、この高融点金
属は、Ｍｏでも構わない。

【００４８】そして、カソード電極１５をマスクとし
て、シリコンを加速エネルギー３０ｋeV、ドーズ量１×
１０¹³ｃｍ^-2でイオン注入した後、加熱処理を８００℃
で短時間行い、活性層１３の一部にｎ＋型の高濃度層１
７を形成する（図６の(c)）。

【００４９】次に、フォトリソグラフ法によって、アノ
ード領域が開口するようにフォトレジスト１６をパター
ニングし、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜を蒸
着して４５０℃でシンターし、高濃度層１７とオーミッ
ク接触するアノード電極１８を形成する（図６の
(d)）。

【００５０】次に、カソード電極１５とアノード電極１
８をマスクとし、カソード電極１５とアノード電極１８
間（カソード電極１５の周囲）の少なくとも高濃度層１
７の部分を、ＩＣＰドライエッチングにより除去して凹
部２２を形成させる（図６の(e)）。なお、この凹部２
２はボロン(b)等のイオン注入により形成した高抵抗領
域（絶縁領域）に置き換えてもよい。

【００５１】次に、アノード電極１８およびカソード電
極１５の表面の一部を開口するように、フォトレジスト
をパターニングし、その開口内に電解メッキ法あるいは
無電解メッキ法によって、Ａｕ等からなる導電性突起部
であるカソードバンプ１９、アノードバンプ２０を析出
形成する（図６の(f)）。

【００５２】その後、半導体基板１１の裏面を機械的あ
るいは化学的にエッチングして約１００μｍにした後、
必要に応じて、半導体基板１１とオーミック接触するＡ
ｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜２１を蒸著し、加
熱処理を行う（図６の(g)）。半導体基板１１の裏面に
形成する金属膜２１は必ずしも必要ないが、アノード電
極１８下方の半導体積層部の電気抵抗をより小さくでき
る。

【００５３】本実施形態のインジウム燐ガンダイオード
１０Ｃも、前記したインジウム燐ガンダイオード１０Ａ
やガリウム砒素ガンダイオード１０Ｂと同様に、カソー
ド電極１５はガンダイオードとして機能する面積に設定
され、アノード電極１８は実質的直接的に半導体層１２
に接続される。そして、ショットキ障壁が低く、デッド
ゾーンの発生を最小限に抑え、発振効率が高いガンダイ
オードを実現できる。また、図３に示したように実装可
能であり、前記ガンダイオード１０Ａ，１０Ｂと同様な
作用効果がある。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高融点金属を用いたショットキー接合のカソード電極の
形成と、イオン注入や熱処理によるオーミック接合のア
ノード電極の形成という非常に単純な製造工程により、
第１の電極からホットエレクトロンが活性層に注入され
る、プレナー構造の平面回路に実装できるガンダイオー
ドが製造できる。

【００５５】このように、カソード電極に障壁の高さの
低いショットキー接合を使用するため、高いエネルギー
を有する電子を活性層に注入することができ、デッドゾ
ーンの発生を最小限に抑制することが可能となる。

【００５６】また、カソード電極がショットキー接触す
る領域であるシリコン薄膜の形成や窒素プラズマによる
表面処理には、通常の半導体製造装置を使用することが
できるため、容易に再現性よく形成することが可能であ
る。

【００５７】また、この構造はカソード電極とアノード
電極をマスクとしたドライエッチングによるによるメサ
分離する工程が特には必要としないから、この場合は、
メサ分離に伴うバラツキが一切なくなる。また、メサ表
面への電流集中によりガン素子が焼損してしまうことを
防ぐことができる。

【００５８】また、本発明のガンダイオードでは、同一
面にカソード電極とアノード電極を設けることができる
ため、フェースダウン姿勢で実装できる。このため、従
来のようなピル型パッケージに組み立てる必要がなく、
平板基板への組み立てが容易に可能であり組み立て上の
利点が大きい。

【００５９】さらに、実装時に金リボン等によって微小
電極と接続する必要がないため、寄生インダクタンスの
発生がなく、金リボンの長さのばらつきなどに起因する
回路特性のばらつきをなくすことができる。

【００６０】さらに、実質的にガンダイオードとして機
能するカソード電極下部の活性層部分を複数個に分離し
て構成することにより、放熱効率が格段に良くなり、発
振効率や発振電力を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のインジウム燐ガ
ンダイオードを示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図で
ある

【図２】図１のガンダイオードの製造工程の説明図で
ある。

【図３】図１のガンダイオードをマイクロストリタブ
線路に実装した斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態のガリウム砒素ガ
ンダイオードの断面図図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態のインジウム燐ガ
ンダイオードの断面図である。

【図６】図５のガンダイオードの製造工程の説明図で
ある。

【図７】従来のガリウム砒素ガンダイオードの断面図
である。

【図８】従来の別のガリウム砒素ガンダイオードの断
面図である。

【図９】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。

【図１０】ガンマーバレーからＬバレーヘ電子が遷移
するために必要なショットキー障壁の高さを示す特性図
である。

【図１１】リチャードソンプロットにより求めた窒素
プラズマ処理１０分後と処理しない場合のショットキ障
壁高さを示す図である。

【符号の説明】１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：ガンダイオード、１１：ｎ＋
型ＩｎＰの半導体基板、１２：ｎ＋型ＩｎＰの半導体
層、１３：ｎ型ＩｎＰの活性層、１４：シリコン薄膜、
１５：カソード電極、１６：フォトレジスト、１７：シ
リコンのイオン注入によるｎ＋型の高濃度層、１８：ア
ノード電極、１９：アノードバンプ、２０：カソードバ
ンプ、２１：金属膜、２２：凹部（又は高抵抗領域）、
２３：ｎ＋型ＧａＡｓの半導体基板、２４：ｎ＋型Ｇａ
Ａｓの半導体層、２５：ｎ型ＧａＡｓの活性層、２６：
シリコンのイオン注入によるｎ＋型の高濃度層３０：マイクロストリップ線路、３１：平板基板、３
２：信号電極、３３：接地電極、３４：ヴィアホール、
３５：表面接地電極１００，１００Ａ，１００Ｂ：従来のガンダイオード、
１０１：半導体基板、１０２：半導体層、１０３：活性
層、１０４：半導体層、１０５：アノード電極、１０
６：カソード電極、１０７：カソード電極（ショットキ
ー接触）、１１０：ピル型パッケージ、１１１：放熱基
台電極、１１２：円筒、１１３：金リボン、１１４：金
属ディスク

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、高濃度ｎ型の半導体層、
低濃度ｎ型の活性層が順に積層され、且つ前記活性層に
電圧を印加するための第１、第２の電極を備えたガンダ
イオードにおいて、前記第１の電極はショットキー障壁がほぼ0.2〜0.4ｅＶ
となる範囲で前記活性層に接触させ、前記第２の電極は
前記活性層に対するイオン注入により形成されたｎ型の
高濃度層にオーミック接触させたことを特徴とするガン
ダイオード。
【請求項２】前記半導体基板、前記半導体層及び前記活
性層がインジウム燐からなることを特徴とする請求項１
に記載のガンダイオード。
【請求項３】前記半導体基板、前記半導体層及び前記活
性層がガリウム砒素からなり、前記活性層上にＶ族元素
を不純物として含むシリコン薄膜を形成し、前記第１の
電極を前記活性層に直接接触することに代えて、前記シ
リコン薄膜に接触させたことを特徴とする請求項１に記
載のガンダイオード。
【請求項４】前記シリコン薄膜を、前記活性層の表面を
窒素プラズマにより処理して形成した窒化ガリウム層に
代えたことを特徴とする請求項３に記載のガンダイオー
ド。
【請求項５】前記第１の電極の周囲から下層にかけて凹
部を形成し、又はイオン注入による高抵抗領域を形成し
て、ガンダイオードとして機能させる領域を区画したこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
ガンダイオード。
【請求項６】前記第１の電極として高融点金属を使用し
たことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記
載のガンダイオード。