JP2003133616A - Gunn diode - Google Patents

Gunn diode

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JP2003133616A
JP2003133616A JP2001323140A JP2001323140A JP2003133616A JP 2003133616 A JP2003133616 A JP 2003133616A JP 2001323140 A JP2001323140 A JP 2001323140A JP 2001323140 A JP2001323140 A JP 2001323140A JP 2003133616 A JP2003133616 A JP 2003133616A
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JP
Japan
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electrode
semiconductor layer
active layer
gunn diode
layer
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Withdrawn
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JP2001323140A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadayoshi Deguchi
忠義 出口
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the oscillation efficiency and the manufacturing reproducibility of a Gunn diode. SOLUTION: A first contact layer 12 consisting of a high density n type GaAs, an active layer 13 consisting of a low density n type GaAs and a second contact layer 14 consisting of a high density n type InGaAlP are sequentially stacked on a semiconductor substrate 11 consisting of a high density n type GaAs. A big area anode electrode 15 for impressing a voltage on the active layer 13 and a small area cathode electrode 16 are arranged on the second contact layer 14. Recesses 20 for defining the parts of the second contact layer 14 and the active layer 13, which are opposed to the cathode electrode 16, in order to specify the areas for functioning as the Gunn diode are cut in from the periphery of the cathode electrode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波の発振素子として用いられるガンダイオードに係り、
特に発振効率の向上、製造再現性の向上を実現したガン
ダイオード及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Gunn diode used as a microwave or millimeter wave oscillator,
In particular, the present invention relates to a Gunn diode having improved oscillation efficiency and improved manufacturing reproducibility, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波やミリ波の発振用のガンダイ
オードは、通常ガリウム砒素(GaAs)やインジウム
燐(InP)のような化合物半導体で形成されている。
これらの化合物半導体では、低電界では電子の移動度が
数千cm2/V・secと大きいのに対し、高電界では加速され
た電子が有効質量の大きいバンドに遷移しその移動度が
低下して、バルク内に負性微分移動度が生じ、結果的に
電流電圧特性の負性微分コンダクタンスが現れ、熱力学
的不安定が生じる。このため、ドメインが発生し、カソ
ード側からアノード側へ走行する。これが繰り返される
結果、振動電流(発振)が得られる。
2. Description of the Related Art Gunn diodes for oscillating microwaves and millimeter waves are usually formed of compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs) and indium phosphide (InP).
In these compound semiconductors, the mobility of electrons is as large as several thousand cm 2 / Vsec in a low electric field, whereas in a high electric field, the accelerated electrons transit to a band with a large effective mass and their mobility decreases. As a result, negative differential mobility occurs in the bulk, and as a result, negative differential conductance of the current-voltage characteristic appears, resulting in thermodynamic instability. For this reason, domains are generated and travel from the cathode side to the anode side. As a result of repeating this, an oscillating current (oscillation) is obtained.

【0003】マイクロ波領域においては、発振周波数f
tは走行距離Lと電子の平均ドリフト速度Vdとから求
められ、ft=Vd/Lとなる。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、入力した直流電力に対する交流電力出力の比で
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。
In the microwave region, the oscillation frequency f
t is obtained from the traveling distance L and the average drift velocity Vd of the electrons, and ft = Vd / L. Here, the frequency of the direct current becomes the oscillation frequency of the Gunn diode. In the Gunn diode, the oscillation efficiency represented by the ratio of the AC power output to the input DC power is the most important figure of merit, and its improvement is required.

【0004】ミリ波用のガンダイオードの場合、前記ド
メインの走行距離を1〜2μmと極めて短くする必要が
ある。しかも、十分な発振効率を得るためには、ドメイ
ンの走行空間(活性層)の不純物濃度と厚さの積を所定
の値(例えば、2×1012/cm2)に設定する必要があ
り、また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
かなり高くなる。そして、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り、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。
In the case of a millimeter-wave Gunn diode, it is necessary to make the traveling distance of the domain as short as 1 to 2 μm. Moreover, in order to obtain sufficient oscillation efficiency, it is necessary to set the product of the impurity concentration and the thickness of the domain running space (active layer) to a predetermined value (for example, 2 × 10 12 / cm 2 ), Further, since the oscillation frequency is uniquely determined by the thickness of the active layer, the impurity concentration of the active layer becomes considerably high in a high frequency band such as a millimeter wave. The current density in the operating state is determined by the product of the impurity concentration of the active layer and the saturated electron velocity, and in the millimeter wave band, the temperature of the active layer rises due to the increase of the current density, and the oscillation efficiency decreases.

【0005】そこで、このような問題を解消するため
に、従来のミリ波用ガンダイオードでは、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1
0μm直径程度と極めて小さく形成すると共に、放熱効
率の良いダイヤモンド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。
In order to solve such a problem, the conventional millimeter-wave Gunn diode has a mesa structure so that the size of the element including the active layer can be reduced to several 1
It was formed in a pill-type package having a heat dissipation portion made of diamond or the like, which has a very small diameter of about 0 μm and has a high heat dissipation efficiency.

【0006】図8に従来のメサ型構造のガンダイオード
100Aの断面図を示す。高濃度n型GaAsからなる
半導体基板101上に、MBE法により、高濃度n型G
aAsからなる第1のコンタクト層102、低濃度n型
GaAsからなる活性層103、高濃度n型GaAsか
らなる第2のコンタクト層104が順次積層され、電子
の走行空間の面積を小さくするため、メサ型構造となっ
ている。
FIG. 8 shows a sectional view of a conventional Gunn diode 100A having a mesa structure. A high-concentration n-type G is formed on the semiconductor substrate 101 made of high-concentration n-type GaAs by the MBE method.
The first contact layer 102 made of aAs, the active layer 103 made of low-concentration n-type GaAs, and the second contact layer 104 made of high-concentration n-type GaAs are sequentially stacked to reduce the area of the electron transit space. It has a mesa structure.

【0007】上記のように構成した後、半導体基板10
1の裏面を薄層化し、その半導体基板101の裏面にア
ノード電極105を形成すると共に、第2のコンタクト
層104の表面にカソード電極106を形成し、その後
に素子分離を行い、ガンダイオードを素子として完成さ
せる。
After the above-mentioned structure, the semiconductor substrate 10
The back surface of No. 1 is thinned, the anode electrode 105 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101, and the cathode electrode 106 is formed on the surface of the second contact layer 104, and then element isolation is performed to form a Gunn diode. To complete.

【0008】このように形成されたガンダイオード10
0Aは、図10に示すようなピル型パッケージ110内
に組み立てられる。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100Aを取り囲
む外囲器となるガラス或いは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
100Aは、図示しないサファイア材等のボンデングツ
ールにて静電吸着され、放熱基台電極111に接着され
る。
Gunn diode 10 thus formed
0A is assembled in a pill package 110 as shown in FIG. This pill-type package 110 has a heat dissipation base electrode 111 and a cylinder 112 made of glass or ceramics which serves as an envelope surrounding the Gunn diode 100A. The cylinder 112 is a heat dissipation base electrode 111.
It has a structure brazed to hard. The Gunn diode 100A is electrostatically adsorbed by a bonding tool such as a sapphire material (not shown) and adhered to the heat dissipation base electrode 111.

【0009】さらに、金リボン113によりガンダイオ
ード100A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上に蓋状の金属デイスク114を
ロウ付けし、ピル型パッケージ110への組み立てが終
了する。
Further, the gold ribbon 113 connects the Gunn diode 100A and the metal layer provided at the tip of the cylinder 112 by thermocompression bonding or the like. After connecting the gold ribbon 113, a lid-shaped metal disk 114 is brazed onto the cylinder 112, and the assembly into the pill type package 110 is completed.

【0010】また、従来のガンダイオードは、GaAs
かなる活性層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106が接続するGaAsの第2のコンタクト層1
04からGaAs活性層103に注入される伝導電子
が、ガンマーバレーからLバレーに遷移するために必要
なエネルギーを与えられることによって発生する。従っ
て、遷移するために必要なエネルギーが与えられるまで
伝導電子が走行する距離がデッドゾーンとなる。
The conventional Gunn diode is made of GaAs.
On the cathode electrode 106 side of the active layer 103, there is a defect that a portion called a dead zone where a gun domain cannot be generated is generated. The gun domain is the GaAs second contact layer 1 to which the cathode electrode 106 is connected.
Conductive electrons injected from 04 into the GaAs active layer 103 are generated by giving energy necessary for transition from the gamma valley to the L valley. Therefore, the distance traveled by the conduction electrons becomes the dead zone until the energy required for the transition is given.

【0011】このデッドゾーンが短いほど発振効率が高
く、活性層の厚さに対するデッドゾーンの割合が大きく
なるに従い発振効率が低下する。このため、マイクロ波
やミリ波のような高周波領域の周波数の発振を得るた
め、活性層を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、発振効率の低下が著しいという欠点があった。
The shorter the dead zone, the higher the oscillation efficiency, and the higher the ratio of the dead zone to the thickness of the active layer, the lower the oscillation efficiency. For this reason, in order to obtain a frequency oscillation in a high frequency region such as a microwave or a millimeter wave, in a Gunn diode having a thin active layer, the dead zone thickness occupies a large proportion of the active layer thickness. However, there is a drawback that the oscillation efficiency is significantly lowered.

【0012】従来、このデッドゾーンを消失させる方法
として、図9に示すガンダイオード100Bのように、
GaAsの第2のコンタクト体層104に代えてAlG
aAsの第2のコンタクト層107を用いて、活性層1
03との伝導帯バンド不連続ΔEc=0.26 eVの高さに
相当するエネルギーを有する伝導電子を、GaAs活性
層103に注入することが提案されていた。注入された
伝導電子は、高エネルギー帯であるLバレーに容易に遷
移することができるため、デッドゾーンの発生を抑制す
ることができるのである。
Conventionally, as a method of eliminating this dead zone, as in a Gunn diode 100B shown in FIG.
AlG in place of the second contact body layer 104 of GaAs
Using the second contact layer 107 of aAs, the active layer 1
It has been proposed to inject into the GaAs active layer 103 conduction electrons having an energy corresponding to a conduction band discontinuity ΔEc = 0.26 eV. The injected conduction electrons can easily transit to the L valley, which is a high energy band, so that the occurrence of a dead zone can be suppressed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガリウム砒素ガンダイオード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、活性層103の制御が非常に難しいという製
造上の難点があり、ガンダイオードの素子特性がばらつ
くという問題点があった。
However, in the conventional gallium arsenide gun diodes 100A and 100B, in order to have the above-mentioned mesa structure, a photoresist is usually used as an etching mask and a chemical wet etching method is used. However, this etching method has a manufacturing difficulty in that the etching progresses not only in the depth direction but also in the lateral direction at the same time, and it is very difficult to control the active layer 103. There was a problem of variation.

【0014】また、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もあっ
た。
Further, when assembling into the pill type package 110, it is difficult to directly visually recognize the heat dissipation base electrode 111, and there is a problem that the assembling work efficiency is very poor.

【0015】さらに、ガンダイオード100A,100
Bを組み込んだピル型パッケージ110を平板基板上に
構成したマイクロストリップ線路(図示せす)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、特性にバラツキが発生するという実装
上の問題点があった。
Further, Gunn diodes 100A, 100
When the pill-type package 110 incorporating B is mounted on a microstrip line (not shown) configured on a flat board, since it is connected by a gold ribbon, a parasitic inductance occurs and variations in characteristics occur. There was the above problem.

【0016】本発明の目的は、上記した問題点を解消
し、再現性良く製造することができ、且つデッドゾーン
の発生を抑制することができる高効率のガンダイオード
及びその製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a highly efficient Gunn diode which eliminates the above-mentioned problems, can be manufactured with good reproducibility, and can suppress the occurrence of dead zones, and a manufacturing method thereof. Is.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
高濃度n型GaAsからなる半導体基板上に、高濃度n
型GaAsからなる第1の半導体層、低濃度n型GaA
sからなる活性層、及び高濃度n型InGaAlPから
なる第2の半導体層が順に積層されたガンダイオードで
あって、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小面積の第1の電極及び大面積の
第2の電極と、該第1の電極の周囲から少なくとも前記
第2の半導体層の下面まで切り込まれ且つ前記第1の電
極に対応する前記第2の半導体層及び前記活性層の部分
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
凹部とを備えたことを特徴とするガンダイオードとし
た。
The invention according to claim 1 is
A high concentration n-type is formed on a semiconductor substrate made of high concentration n-type GaAs.
Type GaAs first semiconductor layer, low concentration n-type GaA
A Gunn diode in which an active layer made of s and a second semiconductor layer made of high-concentration n-type InGaAlP are sequentially stacked, which is arranged on the second semiconductor layer to apply a voltage to the active layer. A first electrode having a small area and a second electrode having a large area; and the second electrode corresponding to the first electrode that is cut from the periphery of the first electrode to at least the lower surface of the second semiconductor layer. And a recess for partitioning a portion of the semiconductor layer and the active layer as a region functioning as a Gunn diode.

【0018】請求項2に係る発明は、高濃度n型GaA
sからなる半導体基板上に、高濃度n型GaAsからな
る第1の半導体層、低濃度n型GaAsからなる活性
層、及び高濃度n型InGaAlPからなる第2の半導
体層が順に積層されたガンダイオードであって、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
ための小面積の第1の電極及び大面積の第2の電極と、
該第1の電極の周囲から少なくとも前記第2の半導体層
の下面までイオン注入により形成され且つ前記第1の電
極に対応する前記第2の半導体層及び前記活性層の部分
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
高抵抗層とを備えたことを特徴とするガンダイオードと
した。
The invention according to claim 2 is a high concentration n-type GaA
A gun in which a first semiconductor layer made of high-concentration n-type GaAs, an active layer made of low-concentration n-type GaAs, and a second semiconductor layer made of high-concentration n-type InGaAlP are sequentially stacked on a semiconductor substrate made of s. A first electrode having a small area and a second electrode having a large area, the diode being disposed on the second semiconductor layer for applying a voltage to the active layer;
A portion of the second semiconductor layer and the active layer, which is formed by ion implantation from the periphery of the first electrode to at least the lower surface of the second semiconductor layer and corresponds to the first electrode, functions as a Gunn diode. The gun diode is characterized by including a high resistance layer that is divided as a region.

【0019】請求項3に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明において、前記第2の半導体層と前記活性層と
の伝導帯バンド不連続が、0.19 eV〜0.30 eVとなる膜を
含むことを特徴とするガンダイオードとした。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the conduction band discontinuity between the second semiconductor layer and the active layer is 0.19 eV to 0.30 eV. A Gunn diode characterized by the above.

【0020】請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の
いずれか1つに係る発明において、前記第2の半導体層
のInGaAlPの組成が、In0.48(Ga1-xAlx)0.52Pで
あり、前記活性層と格子整合していることを特徴とする
ガンダイオードとした。
A fourth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the composition of InGaAlP of the second semiconductor layer is In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P. And a Gunn diode characterized by lattice matching with the active layer.

【0021】請求項5に係る発明は、請求項4に係る発
明において、前記第2の半導体層のIn0.48(Ga1-xAlx)
0.52PのAlの組成比xが、x=0〜0.4の範囲内である
ことを特徴とするガンダイオードとした。
The invention according to claim 5 is the same as the invention according to claim 4, wherein In 0.48 (Ga 1-x Al x ) of the second semiconductor layer is provided.
The gun diode is characterized in that the composition ratio x of Al of 0.52 P is in the range of x = 0 to 0.4.

【0022】請求項6に係る発明は、請求項4又は5に
係る発明において、前記第2の半導体層のIn0.48(Ga1-x
Alx)0.52Pは、前記第1、第2の電極側がx=0となる
ように前記第1、第2の電極に向かって組成変化してい
ることを特徴とするガンダイオードとした。
The invention according to claim 6 is the same as the invention according to claim 4 or 5, wherein In 0.48 (Ga 1-x) of the second semiconductor layer is formed.
Al x ) 0.52P is a Gunn diode characterized in that the composition changes toward the first and second electrodes so that x = 0 on the first and second electrode sides.

【0023】請求項7に係る発明は、請求項4又は5に
係る発明において、前記第2の半導体層のIn0.48(Ga1-x
Alx)0.52Pは、前記活性層の側の所定の厚み部分がIn
0.48(Ga 1-x1Alx1)0.52Pでなり、前記第1、第2の電極
側の残りの厚み部分が該In0.48(Ga1-x2Alx2)0.52Pでな
り、組成比x2が、前記第1、第2の電極側がx2=0
となるよう、x2=x1からx2=0へ連続して変化し
ていることを特徴とするガンダイオードとした。
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 4 or 5.
In the invention, the In of the second semiconductor layer0.48(Ga1-x
Alx)0.52P has a predetermined thickness on the active layer side of In
0.48(Ga 1-x1Alx1)0.52Made of P, and has the first and second electrodes
The remaining thickness on the side is the In0.48(Ga1-x2Alx2)0.52P
The composition ratio x2 is x2 = 0 on the first and second electrode sides.
Continuously change from x2 = x1 to x2 = 0
The Gunn diode is characterized by

【0024】請求項8に係る発明は、高濃度n型GaA
sからなる半導体基板上に、高濃度n型GaAsからな
る第1の半導体層、低濃度n型GaAsからなる活性
層、及び高濃度n型InGaAlPからなる第2の半導
体層を順に積層し、該第2の半導体層上に前記活性層に
電圧を印加するための小面積の第1の電極と大面積の第
2の電極を配置し、前記第1の電極の周囲から少なくと
も前記第2の半導体層の下面まで凹部を形成して、前記
第1の電極に対応する前記第2の半導体層及び前記活性
層の部分をガンダイオードとして機能させる領域として
区画するガンダイオードの製造方法において、前記凹部
は、前記第1及び第2の電極をマスクとして、前記第2
の半導体層を選択的にエッチング除去することによって
形成することを特徴とするガンダイオードの製造方法と
した。
The invention according to claim 8 is a high concentration n-type GaA
a first semiconductor layer made of high-concentration n-type GaAs, an active layer made of low-concentration n-type GaAs, and a second semiconductor layer made of high-concentration n-type InGaAlP are sequentially stacked on a semiconductor substrate made of s, A first electrode having a small area and a second electrode having a large area for applying a voltage to the active layer are arranged on a second semiconductor layer, and at least the second semiconductor is provided around the first electrode. In the method of manufacturing a Gunn diode, wherein a recess is formed up to the lower surface of the layer, and the portions of the second semiconductor layer and the active layer corresponding to the first electrode are partitioned as a region functioning as a Gunn diode, the recess is , The second electrode using the first and second electrodes as a mask
The semiconductor layer is formed by selectively removing the semiconductor layer by etching.

【0025】[0025]

【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の実施の形態のガンダイオード10Aの構造を
示す図で、その(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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing the structure of a Gunn diode 10A according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is FIG. Figure 2
Is a manufacturing process diagram. The manufacturing process will be described according to the contents of FIG.

【0026】まず、高濃度n型GaAsからなる半導体
基板11上に、例えばMBE(分子線エピタキシャル)
法により、第1のコンタクト層12となる高濃度n型の
GaAs層を不純物濃度2×1018atom/cm3、厚さ1μm
程度成長させる。さらに、低濃度n型のGaAs活性層
13(不純物濃度1.2×1016atom/cm3、厚さ1.7μm程
度)、及び高濃度n型のIn0.48(Ga1-xAlx)0.52P層(不
純物濃度2.0×1018atom/cm3、厚さ0.2μm程度)からな
る第2のコンタクト層14を順次積層する。この第2の
コンタクト層14のGaに対するAlの組成比xは、表
面がx=0となるよう表面側に向かって変化させている
が、より詳しくは、活性層13側の組成比xが所定厚み
だけ一定となり残りの厚み部分が表面にかけて連続的に
変化しても良いし、活性層13側から表面側にかけて連
続的又は段階的又はそれらを任意に組み合わせた態様で
変化させても良く、一部に組成比xが一定の部分を含ま
せても良い。
First, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxial) is formed on a semiconductor substrate 11 made of high-concentration n-type GaAs.
By the method, a high-concentration n-type GaAs layer to be the first contact layer 12 was formed with an impurity concentration of 2 × 10 18 atom / cm 3 and a thickness of 1 μm.
Grow to a degree. Furthermore, a low-concentration n-type GaAs active layer 13 (impurity concentration 1.2 × 10 16 atom / cm 3 , thickness: about 1.7 μm), and a high-concentration n-type In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P layer ( A second contact layer 14 having an impurity concentration of 2.0 × 10 18 atom / cm 3 and a thickness of about 0.2 μm) is sequentially laminated. The composition ratio x of Al to Ga of the second contact layer 14 is changed toward the surface side so that the surface becomes x = 0. More specifically, the composition ratio x on the active layer 13 side is predetermined. Only the thickness becomes constant, and the remaining thickness may change continuously from the surface to the surface, or may change continuously or stepwise from the active layer 13 side to the surface side or in a mode in which they are arbitrarily combined. The part may include a part having a constant composition ratio x.

【0027】次に、第2のコンタクト層14である高濃
度n型In0.48(Ga1-xAlx)0.52P層とオーミック接触する
AuGe/Ni/Auを蒸着し、リフトオフ法により電
極のパターンを形成する。その後、熱処理を行い、大面
積のアノード電極15及び小面積のカソード電極16を
形成する(図2の(a))。
Next, AuGe / Ni / Au, which makes ohmic contact with the high-concentration n-type In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P layer which is the second contact layer 14, is vapor-deposited, and the electrode pattern is formed by the lift-off method. To form. Then, heat treatment is performed to form a large area anode electrode 15 and a small area cathode electrode 16 ((a) of FIG. 2).

【0028】ここで、In0.48(Ga1-xAlx)0.52P層は、表
面がx=0となるよう表面に向かって組成変化している
ので、最表面では高濃度n型In0.48Ga0.52Pであり、カ
ソード電極15及びアノード電極16とのオーミック接
触を充分にとることができる。
Here, since the composition of the In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P layer changes toward the surface so that the surface has x = 0, the high concentration n-type In 0.48 Ga is formed on the outermost surface. It is 0.52 P, and ohmic contact with the cathode electrode 15 and the anode electrode 16 can be sufficiently obtained.

【0029】次に、アノード電極15及びカソード電極
16の表面の一部を開口するようにホトレジスト17を
パターンニングし、開口内に電解メッキ法あるいは無電
解メッキ法により、アノード電極15、カソード電極1
6を下地電極としてその上面にAu等からなる導電性突
起部であるバンプ(電極)18、19を析出形成する
(図2の(b))。
Next, the photoresist 17 is patterned so as to open a part of the surfaces of the anode electrode 15 and the cathode electrode 16, and the anode electrode 15 and the cathode electrode 1 are formed in the openings by electrolytic plating or electroless plating.
Using 6 as a base electrode, bumps (electrodes) 18 and 19 which are conductive protrusions made of Au or the like are deposited and formed on the upper surface ((b) of FIG. 2).

【0030】次に、ホトレジスト17を除去することに
より、第2のコンタクト層14を露出させてから、アノ
ード電極15及びカソード電極16をマスクとして使用
し、、CH4とH2とArの混合ガスを用いたECRドラ
イエッチング(J.R.Lothian et al., J.Electron.Mater.
Vol.21 No.4 441(1992))等により、露出している第2の
コンタクト層14のみを選択的に除去し、上記カソード
電極16の周辺に略メサ状の、あるいは垂直状の凹部2
0を形成する(図2の(c))。このように、上部のアノ
ード電極15とカソード電極16をマスクとした自己整
合による垂直方向のエッチングにより、目標とする凹部
20を正確に形成することができる。特にInGaAl
Pの第2のコンタクト層14のみが選択的にエッチング
除去できるので、製造バラツキが少なくなり、歩留まり
が向上する。
Next, the photoresist 17 is removed to expose the second contact layer 14, and then the anode electrode 15 and the cathode electrode 16 are used as a mask, and a mixed gas of CH 4 , H 2 and Ar is used. ECR dry etching using (JR Lothian et al., J. Electron. Mater.
Vol.21 No.4 441 (1992)), the exposed second contact layer 14 alone is selectively removed, and a substantially mesa-shaped or vertical recess 2 is formed around the cathode electrode 16.
0 is formed ((c) of FIG. 2). Thus, the target recess 20 can be accurately formed by the vertical etching by self-alignment using the upper anode electrode 15 and the cathode electrode 16 as a mask. Especially InGaAl
Since only the P second contact layer 14 can be selectively removed by etching, manufacturing variations are reduced and the yield is improved.

【0031】ここで、凹部20によって区画されたカソ
ード電極16に対応する活性層13の面積(カソード電
極16の面積)は、ガンダイオードとしての所定の動作
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。一方、アノード電極15に対応する活性層13の面
積は、カソード電極16に対応する活性層13の面積よ
り充分大きくして、アノード電極15下方の半導体積層
部の電気抵抗をカソード電極16下方の半導体積層部
(ガンダイオード機能部)の電気抵抗より充分小さくす
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として機能させ、アノード電
極15を実質的に直接に第1のコンタクト層12に接続
させる。
Here, the area of the active layer 13 corresponding to the cathode electrode 16 defined by the recess 20 (area of the cathode electrode 16) is an area (lateral cross-sectional area) where a predetermined operating current as a Gunn diode can be obtained. Is set to. That is, the area is set so that it can function as a Gunn diode. On the other hand, the area of the active layer 13 corresponding to the anode electrode 15 is made sufficiently larger than the area of the active layer 13 corresponding to the cathode electrode 16, so that the electric resistance of the semiconductor laminated portion below the anode electrode 15 is reduced to the semiconductor below the cathode electrode 16. By making it sufficiently smaller than the electric resistance of the laminated portion (Gun diode function portion), this portion does not function as a Gun diode but functions as a resistance having a substantially low value, and the anode electrode 15 is substantially directly connected to the first electrode. 1 to the contact layer 12.

【0032】以上のカソード電極16に対応する活性層
13の領域部分の面積比は、10未満の場合は動作効率
が低下するのみで効果がなく、10以上にする必要があ
り、10以上で1000以下程度することが好ましい。
If the area ratio of the region portion of the active layer 13 corresponding to the cathode electrode 16 is less than 10, the operation efficiency is only lowered and there is no effect, and it is necessary to be 10 or more. It is preferably about the following.

【0033】なお、前記した凹部20は、塩酸・リン酸
混合系エッチング液を用いてInGaAlPからなる第
2のコンタクト層14までも選択的にエッチングして形
成してもよい(図2(d))。第2のコンタクト層14の
厚さは0.2μmと薄いため、湿式エッチングにもかかわ
らず、目標とする凹部20の深さのバラツキはなく、正
確に形成することができる。また、この凹部20は、あ
る程度活性層13に食い込むようにしても、さらには活
性層13を除去し第1のコンタクト層12にある程度食
い込むように形成してもよい。
The recess 20 may be formed by selectively etching the second contact layer 14 made of InGaAlP using a hydrochloric acid / phosphoric acid mixed etchant (FIG. 2 (d)). ). Since the thickness of the second contact layer 14 is as thin as 0.2 μm, there is no variation in the target depth of the recess 20 despite the wet etching, and the recess 20 can be accurately formed. Further, the recess 20 may be formed so as to dig into the active layer 13 to some extent, or may be formed so as to dig into the first contact layer 12 to some extent after removing the active layer 13.

【0034】次に、通常のガンダイオードの製造工程に
従い、ガンダイオード全体の厚さが100μm程度となるよ
うに、半導体基板11の裏面を研磨し薄層化する。その
後、必要に応じて、半導体基板11の裏面に、半導体基
板11とオーミック接触するAuGe、Ni、Au、T
i、Pt等からなる金属膜21を蒸着し、加熱処理(ア
ニール)を行う(図2の(d))。この半導体基板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15に代え又はそれと共にアノード電極として
機能させることができる。このとき、アノード電極15
の下方の半導体積層部の電気抵抗をより小さくできる。
また、このとき、アノード電極15はカソード電極16
と同一面であるので、実装時のスペーサとして機能させ
ることができる。
Then, the back surface of the semiconductor substrate 11 is polished and thinned so that the thickness of the entire Gunn diode is about 100 μm according to a normal Gunn diode manufacturing process. Then, if necessary, AuGe, Ni, Au, or T that makes ohmic contact with the semiconductor substrate 11 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 11.
A metal film 21 made of i, Pt, or the like is deposited and heat treatment (annealing) is performed ((d) of FIG. 2). The metal film 21 formed on the back surface of the semiconductor substrate 11 is not necessarily required, but can function as an anode electrode instead of or together with the anode electrode 15. At this time, the anode electrode 15
It is possible to further reduce the electric resistance of the semiconductor laminated portion below the.
At this time, the anode electrode 15 is replaced by the cathode electrode 16
Since it is on the same surface as, it can function as a spacer at the time of mounting.

【0035】以上説明したように、本実施形態のガンダ
イオード10Aは、半導体積層部分に小面積のカソード
電極16を囲むように凹部20を形成することにより、
ガンダイオード機能部分(活性層13と第2のコンタク
ト層14の内のカソード電極16に対応する領域部分)
と、そのガンダイオード機能部分の第1のコンタクト層
12への外部からの電圧印加路として働く低抵抗層部分
とに分離した構造であるので、第2のコンタクト層14
の上面にアノード電極15とカソード電極16の両電極
を設けることができる。つまり、同一の面にアノード電
極15とカソード電極16をまとめることができる。こ
のため、実装上、放熱上等で大きな利点を発揮する。
As described above, in the Gunn diode 10A of this embodiment, the recess 20 is formed in the semiconductor laminated portion so as to surround the cathode electrode 16 having a small area.
Gunn diode function part (region part corresponding to cathode electrode 16 in active layer 13 and second contact layer 14)
And a low resistance layer portion that functions as an external voltage application path to the first contact layer 12 of the Gunn diode function portion, the second contact layer 14
Both electrodes of the anode electrode 15 and the cathode electrode 16 can be provided on the upper surface of the. That is, the anode electrode 15 and the cathode electrode 16 can be put together on the same surface. Therefore, it has great advantages in terms of mounting and heat dissipation.

【0036】また、動作電流を決定する領域(前記ガン
ダイオード機能部)を画定するエッチングを、その領域
の上部に形成した電極15,16をマスクとして自己整
合的に第2のコンタクト層14のみを選択的に除去する
ため、従来の化学的湿式エッチングに比べて製造バラツ
キが少なく、歩留まりを高くすることができる。
Further, only the second contact layer 14 is self-aligned by etching for defining a region (the Gunn diode function portion) that determines the operating current, using the electrodes 15 and 16 formed on the upper portion of the region as a mask. Since it is selectively removed, the manufacturing variation is smaller and the yield can be increased as compared with the conventional chemical wet etching.

【0037】図5に図1に示すガンダイオードのエネル
ギーバンド図を示す。図に示すように、カソード電極1
6は、n型高濃度In0.48(Ga1-xAlx)0.52P層の第2のコ
ンタクト層14を介して、n型低濃度GaAs層からな
る活性層13に接続されている。ここで、n型高濃度In
0.48(Ga1-xAlx)0.52Pの第2のコンタクト層14とn型
低濃度GaAs層である活性層13はヘテロ接合を形成
し、伝導帯のバンド不連続が形成される。この障壁の高
さ、すなわち伝導帯の不連続ΔEcは、Alの組成比x
を適宜選択することにより設定される。障壁の高さqV
は、ΔEcやIn 0.48(Ga1-xAlx)0.52P層、GaAs層の
不純物濃度の適宜選択により設定することができる。具
体的には、伝導帯バンド不連続ΔEcが0.19 eV〜0.30
eVとなるようにする。その結果、活性層13に注入され
る伝導電子は、ホットエレクトロンとなってガンマーバ
レーより高いエネルギー帯のLバレーに遷移することが
できるだけのエネルギーを有することとなり、デッドゾ
ーンの発生を最小限に抑制することができる。
FIG. 5 shows the energy of the Gunn diode shown in FIG.
The Gieband diagram is shown. As shown in the figure, the cathode electrode 1
6 is n-type high concentration In0.48(Ga1-xAlx)0.52Second P layer
The n-type low concentration GaAs layer is formed through the contact layer 14.
Connected to the active layer 13. Here, n-type high concentration In
0.48(Ga1-xAlx)0.52P second contact layer 14 and n-type
The active layer 13 which is a low concentration GaAs layer forms a heterojunction
However, a band discontinuity of the conduction band is formed. The height of this barrier
That is, the discontinuity ΔEc of the conduction band is the Al composition ratio x
Is set by appropriately selecting. Barrier height qV
Is ΔEc or In 0.48(Ga1-xAlx)0.52P layer, GaAs layer
It can be set by appropriately selecting the impurity concentration. Ingredient
Physically, the conduction band discontinuity ΔEc is 0.19 eV ~ 0.30
Set to eV. As a result, it is injected into the active layer 13.
Conducted electrons become hot electrons and become gamma
It is possible to make a transition to the L valley, which has a higher energy band than Leh
You have as much energy as you can
It is possible to suppress the occurrence of burnout to a minimum.

【0038】この図5では、第2のコンタクト層14
は、活性層13の側の所定の厚み部分がIn0.48(Ga1-x1A
lx1)0.52PでGaに対するAlの組成比x1が一定であ
るが、電極15、16側の残りの厚み部分はIn0.48(Ga
1-x2Alx2)0.52PでGaに対するAlの組成比x2が連続
的に変化している態様を示した。すなわち、電極15、
16の側のGaに対するAlの組成比x2は、x2=x
1からx2=0へ連続して変化している。
In FIG. 5, the second contact layer 14
Has a predetermined thickness on the active layer 13 side of In 0.48 (Ga 1-x1 A
The composition ratio x1 of Al to Ga is constant at l x1 ) 0.52 P, but the remaining thickness portion on the electrodes 15 and 16 side is In 0.48 (Ga
1-x2 Al x2 ) 0.52 P, the compositional ratio x2 of Al to Ga continuously changed. That is, the electrode 15,
The composition ratio x2 of Al to Ga on the 16 side is x2 = x
It continuously changes from 1 to x2 = 0.

【0039】図6に伝導帯バンド不連続ΔEcとIn0.48
(Ga1-xAlx)0.52P層のAlの組成比xとの関係を示す(M
iyako O et al.,Appl.Phys.Lett.Vol.50 No.14 906(198
7))。図示のように、Alの組成比xを0〜0.4の範囲で
制御することで、伝導帯のバンド不連続ΔEcを0.19 e
V〜0.30 eVに制御できる。伝導帯バンド不連続ΔEcの
上限を0.30 eVまでとしたのは、0.30 eVを超えると、障
壁を乗り越えることができる電子が少なくなり、発振効
率が低下するためである。また、伝導帯バンド不連続Δ
Ecの下限を0.19 eVまでとしたのは、それを下回ると
バレー間遷移が遅くなり、デッドゾーンが増え、発振効
率が低下するからである。
FIG. 6 shows the conduction band discontinuity ΔEc and In 0.48.
(Ga 1-x Al x ) 0.52 shows the relationship with the Al composition ratio x of the P layer (M
iyako O et al., Appl.Phys.Lett.Vol.50 No.14 906 (198
7)). As shown in the figure, by controlling the Al composition ratio x in the range of 0 to 0.4, the band discontinuity ΔEc of the conduction band is 0.19 e.
It can be controlled from V to 0.30 eV. The reason why the upper limit of the conduction band discontinuity ΔEc is set to 0.30 eV is that when it exceeds 0.30 eV, the number of electrons that can get over the barrier decreases and the oscillation efficiency decreases. Also, the conduction band discontinuity Δ
The lower limit of Ec is set to 0.19 eV because if it is less than that, the transition between valleys becomes slow, the dead zone increases, and the oscillation efficiency decreases.

【0040】以上では、カソード電極16とバンプ19
と凹部20は、中央部に1個だけ形成したが、両側のバ
ンプ18の間に、マトリクス形状、千鳥形状、放射形
状、リング形状、その他の配置形状により複数個形成し
てもよい。このようにすることにより、ガンダイオード
として機能するメサ構造部分が複数箇所に分散されるの
で、放熱効率が格段に良くなり、発振効率や発振電力を
大幅に向上させることができる。
In the above, the cathode electrode 16 and the bump 19 are formed.
Although only one concave portion 20 is formed in the central portion, a plurality of concave portions 20 may be formed between the bumps 18 on both sides in a matrix shape, a zigzag shape, a radial shape, a ring shape, or another arrangement shape. By doing so, the mesa structure portion functioning as a Gunn diode is dispersed in a plurality of places, so that the heat dissipation efficiency is remarkably improved, and the oscillation efficiency and the oscillation power can be greatly improved.

【0041】図3は第1の実施形態のガンダイオード1
0Aの変形例のガンダイオード10Bの断面を示す図で
ある。この実施形態では、前記した第1の実施形態の図
2(d)の工程の前工程として、加速エネルギーが30Ke
V,100KeV、200KeVで、それぞれドーズ量を7×1
012/cm2、1×1013/cm2、2×1013/cm2の条件で、合計
3回に亘って凹部20の上方からボロン(B)をイオン
注入し、400℃の熱処理により、活性層13にその上
部から下部に亘ってほぼ均一の高抵抗層22を形成す
る。他の工程は図2で説明したものと同様に行った。こ
の高抵抗層22の抵抗値は、凹部20に電流集中が起こ
らない程度で充分であり、活性層13の抵抗値と同程度
かそれより高ければよいが、0.1Ω・cm以上であること
が好ましい。なお、注入するイオンとしては、ボロン
(B)の他に、酸素(O)、鉄(Fe)、水素(H)等
を使用できる。
FIG. 3 shows the Gunn diode 1 of the first embodiment.
It is a figure which shows the cross section of the Gunn diode 10B of the modification of 0A. In this embodiment, the acceleration energy is 30 Ke as a pre-process of the process of FIG. 2D of the first embodiment described above.
V, 100KeV, 200KeV, each dose amount 7 × 1
Boron (B) is ion-implanted from above the recess 20 a total of three times under the conditions of 0 12 / cm 2 , 1 × 10 13 / cm 2 , and 2 × 10 13 / cm 2 , and heat treatment at 400 ° C. The high resistance layer 22 is formed on the active layer 13 from the upper portion to the lower portion thereof. The other steps were the same as those described in FIG. The resistance value of the high resistance layer 22 is sufficient so that current concentration does not occur in the recess 20 and may be equal to or higher than the resistance value of the active layer 13, but is 0.1 Ω · cm or more. preferable. In addition to boron (B), oxygen (O), iron (Fe), hydrogen (H), or the like can be used as the implanted ions.

【0042】[第2の実施形態]図4は第2の実施形態
のガンダイオード10Cの断面を示す図である。本実施
形態は、第2のコンタクト層14に図3に示した高抵抗
層22と同様なイオン注入法により高抵抗化した高抵抗
層23を形成し、特別の凹部20を形成しないようにし
たものである。この高抵抗層23以外は、前記図1図や
図2の実施形態のガンダイオード10A,10Bと同じ
であり、同様な作用効果を有する。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a view showing a cross section of a Gunn diode 10C according to a second embodiment. In this embodiment, a high resistance layer 23 having a high resistance is formed on the second contact layer 14 by an ion implantation method similar to the high resistance layer 22 shown in FIG. 3, and the special recess 20 is not formed. It is a thing. Except for the high resistance layer 23, it is the same as the Gunn diodes 10A and 10B of the embodiment of FIG. 1 and FIG. 2 and has the same function and effect.

【0043】[第1、第2の実施形態の総括]以上のよ
うに形成される本発明のガンダイオードは、n型のGa
As活性層13とn型のコンタクト層14を構成するIn
0.48(Ga1-xAlx)0.52P層との間で、Alの組成比xが0.4
の場合、伝導帯バンド不連続ΔEcが0.30 eVとなるた
め、カソード電極16からコンタクト層14を介してG
aAs活性層13に注入される電子は、少なくとも伝導
帯バンド不連続ΔEcに相当するエネルギーだけ大きな
エネルギーをもっていることになる。従って、活性層1
3に注入される伝導電子は、ガンマーバレーから大きな
エネルギー状態のLバレーへ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。n型のGaAs活性層13と第2のコンタクト層1
4を構成するIn0.48(Ga1-xAlx)0.52P層との間の伝導帯
のバンド不連続ΔEcは、Alの組成比xによって決ま
るが、上述したMBE法は、Alの組成比xを正確に制
御しながら半導体膜を成長させることができるので、伝
導帯バンド不連続ΔEcを再現性良く正確に制御できる
ガンダイオードを形成することができる。
[Summary of First and Second Embodiments] The Gunn diode of the present invention formed as described above is an n-type Ga
In forming the As active layer 13 and the n-type contact layer 14
0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 Between the P layer and the Al composition ratio x is 0.4
In the case of, the conduction band discontinuity ΔEc is 0.30 eV, so that G from the cathode electrode 16 through the contact layer 14
The electrons injected into the aAs active layer 13 have a large energy at least by the energy corresponding to the conduction band discontinuity ΔEc. Therefore, the active layer 1
The conduction electrons injected into 3 can easily transit from the gamma valley to the L valley having a large energy state, and the occurrence of a dead zone can be suppressed to the minimum. n-type GaAs active layer 13 and second contact layer 1
The band discontinuity ΔEc of the conduction band between the In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P layer that constitutes No. 4 is determined by the Al composition ratio x, but in the MBE method described above, the Al composition ratio x Since it is possible to grow the semiconductor film while controlling accurately, the Gunn diode capable of accurately controlling the conduction band discontinuity ΔEc with good reproducibility can be formed.

【0044】[第3の実施形態]図7に、前記したガン
ダイオード10(10A,10B,10C)をマイクロ
ストリップ線路30を形成する平板回路基板に実装して
発振器を構成した構造の一例を示す。窒化アルミニウム
(AlN)、シリコン(Si)、シリコンカーバイド
(SiC)、ダイアモンド等のように比抵抗が106Ω・c
m以上、熱電導率が140W/mK以上で良好な半絶縁性の
平板基板31上に信号電極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。ガンダイオード
10はそのカソード電極16のバンプ19が信号電極3
2に接着され、アノード電極15の両側のバンプ18が
両側の接地電極34に接着されている。32Aはガンダ
イオード10に電源電圧を供給するバイアス部の電極、
32Bはガンダイオード10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部の電極である。
[Third Embodiment] FIG. 7 shows an example of a structure in which the Gunn diode 10 (10A, 10B, 10C) is mounted on a plate circuit board forming a microstrip line 30 to form an oscillator. . Aluminum nitride (AlN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), diamond, etc. have a specific resistance of 10 6 Ω · c
A signal electrode 32 is formed on a semi-insulating flat plate substrate 31 having a thermal conductivity of 140 W / mK or more and a ground electrode 33 on the back surface. Reference numeral 34 denotes a via hole filled with tungsten, which connects the ground electrode 33 on the back surface to the surface ground electrode 35 formed on the surface. The bump 19 of the cathode electrode 16 of the gun diode 10 is the signal electrode 3
The bumps 18 on both sides of the anode electrode 15 are bonded to the ground electrodes 34 on both sides. 32A is an electrode of a bias section for supplying a power supply voltage to the Gunn diode 10,
Reference numeral 32B is an electrode forming a resonator by a microstrip line including the Gunn diode 10, and 32C is an electrode of a signal output portion by the microstrip line.

【0045】ガンダイオード10をこのように実装して
構成した発振器は、共振器としての電極32Bの長さを
520μmとしたとき、発振周波数60GHzで60m
Wの発振出力が得られている。
An oscillator constructed by mounting the Gunn diode 10 in this way has an oscillation frequency of 60 GHz and an oscillation frequency of 60 m when the electrode 32B as a resonator has a length of 520 μm.
The oscillation output of W is obtained.

【0046】この実装構造では、ガンダイオード10を
フェースダウン姿勢にして、バンプ18,19を電極3
5,32に直接接続し、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、特性のバラツキの少ない発振器
を実現することが可能になる。
In this mounting structure, the gun diode 10 is placed face down and the bumps 18 and 19 are connected to the electrode 3
Since it is directly connected to Nos. 5 and 32 and a gold ribbon is not used, the generation of parasitic inductance caused by the connection with the gold ribbon is eliminated, and it is possible to realize an oscillator with less variation in characteristics.

【0047】また、ガンダイオード10に発生する熱が
バンプ18,19を介してヒートシンクとしても機能す
る基板31に放散されるので、放熱効果も高くなる。さ
らに、このようなガンダイオード10の実装状態では、
カソード電極16のバンプ19の両側にアノード電極1
5のバンプ18が位置するので、カソード電極16に過
度の荷重が加わることが防止される。
Further, since the heat generated in the Gunn diode 10 is dissipated to the substrate 31 which also functions as a heat sink via the bumps 18 and 19, the heat dissipation effect is enhanced. Furthermore, in such a mounted state of the Gunn diode 10,
The anode electrode 1 is provided on both sides of the bump 19 of the cathode electrode 16.
Since the bumps 18 of No. 5 are located, it is possible to prevent an excessive load from being applied to the cathode electrode 16.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ンダイオードとして機能する領域を、その領域の上部に
形成したアノード電極とカソード電極をマスクとしてI
nGaAlPの第2の半導体層を選択的エッチングで画
定でき、あるいは同マスクを使用してイオン注入による
高抵抗層を形成して画定できるので、ガンダイオードの
特性バラツキを少なくすることができる。
As described above, according to the present invention, a region functioning as a Gunn diode is formed by using the anode electrode and the cathode electrode formed above the region as a mask.
Since the second semiconductor layer of nGaAlP can be defined by selective etching, or a high resistance layer can be formed by ion implantation using the same mask, it is possible to reduce characteristic variations of the Gunn diode.

【0049】また、GaAsの活性層とInGaAlP
の第2の半導体層のヘテロ接合の伝導帯でのバンド不連
続を利用して、高エネルギーを有する伝導電子を活性層
に注入することができるので、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り、ガンダイオードの消
費電力を低くすることができる。ヘテロ接合の伝導帯バ
ンド不連続は、MBE法等を利用することで半導体層等
を形成する化合物半導体の組成を容易に制御でき、再現
性良く形成することができる。
In addition, the GaAs active layer and InGaAlP
By utilizing the band discontinuity in the conduction band of the heterojunction of the second semiconductor layer, it is possible to inject conduction electrons having high energy into the active layer, so that the occurrence of a dead zone is suppressed to a minimum. Therefore, the power consumption of the Gunn diode can be reduced. The conduction band discontinuity of the heterojunction can be formed with good reproducibility by easily controlling the composition of the compound semiconductor forming the semiconductor layer and the like by utilizing the MBE method or the like.

【0050】また、本発明のガンダイオードでは、同一
面に同じレベルの高さでカソード電極とアノード電極の
バンプを設けることができるため、フェースダウンの姿
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。
In the Gunn diode of the present invention, since the bumps of the cathode electrode and the anode electrode can be provided on the same surface at the same level of height, they can be mounted face down. For this reason, it is not necessary to assemble into a pill type package as in the conventional case, and it is possible to easily assemble onto a flat board, which is a great advantage in assembling.

【0051】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、金リボンの長さのバラツキなどに起因する
回路特性のバラツキをなくすことができる。
Further, since it is not necessary to connect the minute electrodes with a gold ribbon or the like at the time of mounting, parasitic inductance is not generated, and variations in circuit characteristics due to variations in the length of the gold ribbon can be eliminated.

【0052】さらに、実質的にガンダイオードとして機
能するメサ型構造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
力を大幅に向上させることができる。
Further, by arranging the mesa structure portion substantially functioning as a Gunn diode as a plurality of parts, the heat dissipation efficiency is remarkably improved, and the oscillation efficiency and the oscillation power can be greatly improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態のガンダイオードを
示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a Gunn diode according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a sectional view.

【図2】 図1のガンダイオードの製造方法を説明する
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the Gunn diode of FIG.

【図3】 図1のガンダイオードの変形例のガンダイオ
ードの断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a Gunn diode which is a modified example of the Gunn diode of FIG.

【図4】 第2の実施形態のガンダイオードの断面図で
ある。
FIG. 4 is a sectional view of a Gunn diode according to a second embodiment.

【図5】 本発明の実施の形態を説明するエネルギーバ
ンド図である。
FIG. 5 is an energy band diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図6】 In0.48(Ga1-xAlx)0.52P層/GaAs層のΔ
EcのAl組成比xの依存性を示す図である。
FIG. 6 Δ of In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P layer / GaAs layer
It is a figure which shows the dependency of Al composition ratio x of Ec.

【図7】 第3の実施形態の実装構造の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a mounting structure according to a third embodiment.

【図8】 従来のガンダイオードの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional Gunn diode.

【図9】 従来の別のガンダイオードの断面図である。FIG. 9 is a sectional view of another conventional Gunn diode.

【図10】 図8、図9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。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the Gunn diode of FIGS. 8 and 9 incorporated in a pill-type package.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A,10B,10C:ガンダイオード 11:半導体基板、12:第1のコンタクト層、13:
活性層、14:第2のコンタクト層、15:アノード電
極、16:カソード電極、17:ホトレジスト、18,
19:バンプ、20:凹部、21:金属膜、22,2
3:高抵抗層 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 100A,100B:従来のガンダイオード、101:
半導体基板、102:第1コンタクト層、103:活性
層、104:第2のコンタクト層、105:カソード電
極、106:アノード電極 110:ピル型パッケージ、111:放熱基台電極、1
12:円筒、113:金リボン、114:金属ディスク
10, 10A, 10B, 10C: Gunn diode 11: semiconductor substrate, 12: first contact layer, 13:
Active layer, 14: second contact layer, 15: anode electrode, 16: cathode electrode, 17: photoresist, 18,
19: bump, 20: concave portion, 21: metal film, 22, 2
3: high resistance layer 30: microstrip line, 31: flat substrate, 3
2: signal electrode, 33: ground electrode, 34: via hole,
35: surface ground electrodes 100A, 100B: conventional Gunn diode, 101:
Semiconductor substrate, 102: first contact layer, 103: active layer, 104: second contact layer, 105: cathode electrode, 106: anode electrode 110: pill type package, 111: heat dissipation base electrode, 1
12: Cylinder, 113: Gold ribbon, 114: Metal disk

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高濃度n型GaAsからなる半導体基板上
に、高濃度n型GaAsからなる第1の半導体層、低濃
度n型GaAsからなる活性層、及び高濃度n型InG
aAlPからなる第2の半導体層が順に積層されたガン
ダイオードであって、 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
加するための小面積の第1の電極及び大面積の第2の電
極と、該第1の電極の周囲から少なくとも前記第2の半
導体層の下面まで切り込まれ且つ前記第1の電極に対応
する前記第2の半導体層及び前記活性層の部分をガンダ
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
備えたことを特徴とするガンダイオード。
1. A semiconductor substrate made of high-concentration n-type GaAs, a first semiconductor layer made of high-concentration n-type GaAs, an active layer made of low-concentration n-type GaAs, and high-concentration n-type InG.
A Gunn diode in which a second semiconductor layer made of aAlP is sequentially stacked, the first diode having a small area and a large area for applying a voltage to the active layer, the first electrode being arranged on the second semiconductor layer. The second electrode and the portion of the second semiconductor layer and the active layer which are cut from the periphery of the first electrode to at least the lower surface of the second semiconductor layer and correspond to the first electrode are formed by a gun. A gun diode, comprising: a recess that defines a region to function as a diode.
【請求項2】高濃度n型GaAsからなる半導体基板上
に、高濃度n型GaAsからなる第1の半導体層、低濃
度n型GaAsからなる活性層、及び高濃度n型InG
aAlPからなる第2の半導体層が順に積層されたガン
ダイオードであって、 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
加するための小面積の第1の電極及び大面積の第2の電
極と、該第1の電極の周囲から少なくとも前記第2の半
導体層の下面までイオン注入により形成され且つ前記第
1の電極に対応する前記第2の半導体層及び前記活性層
の部分をガンダイオードとして機能させる領域として区
画する高抵抗層とを備えたことを特徴とするガンダイオ
ード。
2. A first semiconductor layer made of high concentration n type GaAs, an active layer made of low concentration n type GaAs, and high concentration n type InG on a semiconductor substrate made of high concentration n type GaAs.
A Gunn diode in which a second semiconductor layer made of aAlP is sequentially stacked, the first diode having a small area and a large area for applying a voltage to the active layer, the first electrode being arranged on the second semiconductor layer. A second electrode and a portion of the second semiconductor layer and the active layer which are formed by ion implantation from the periphery of the first electrode to at least the lower surface of the second semiconductor layer and correspond to the first electrode. And a high resistance layer that divides the region as a region that functions as a Gunn diode.
【請求項3】請求項1又は2において、 前記第2の半導体層と前記活性層との伝導帯バンド不連
続が、0.19 eV〜0.30eVとなる膜を含むことを特徴とす
るガンダイオード。
3. The Gunn diode according to claim 1, wherein the second semiconductor layer and the active layer include a film having a conduction band discontinuity of 0.19 eV to 0.30 eV.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1つにおいて、 前記第2の半導体層のInGaAlPの組成が、In0.48
(Ga1-xAlx)0.52Pであり、前記活性層と格子整合してい
ることを特徴とするガンダイオード。
4. The composition of InGaAlP of the second semiconductor layer according to claim 1, wherein the composition of InGaAlP is In 0.48.
(Ga 1-x Al x ) 0.52 P, which is lattice-matched with the active layer.
【請求項5】請求項4において、 前記第2の半導体層のIn0.48(Ga1-xAlx)0.52PのAlの
組成比xが、x=0〜0.4の範囲内であることを特徴と
するガンダイオード。
5. The composition ratio x of Al of In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P of the second semiconductor layer according to claim 4, wherein x = 0 to 0.4. Gunn diode.
【請求項6】請求項4又は5において、 前記第2の半導体層のIn0.48(Ga1-xAlx)0.52Pは、前記
第1、第2の電極側がx=0となるように前記第1、第
2の電極に向かって組成変化していることを特徴とする
ガンダイオード。
6. The In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P of the second semiconductor layer according to claim 4 or 5, wherein x = 0 on the first and second electrode sides. A Gunn diode characterized in that the composition changes toward the first and second electrodes.
【請求項7】請求項4又は5において、 前記第2の半導体層のIn0.48(Ga1-xAlx)0.52Pは、前記
活性層の側の所定の厚み部分がIn0.48(Ga1-x1Alx1)0.52
Pでなり、前記第1、第2の電極側の残りの厚み部分が
該In0.48(Ga1-x2Alx2)0.52Pでなり、組成比x2が、前
記第1、第2の電極側がx2=0となるよう、x2=x
1からx2=0へ連続して変化していることを特徴とす
るガンダイオード。
7. The In 0.48 (Ga 1-x Al x ) 0.52 P of the second semiconductor layer according to claim 4 or 5, wherein a predetermined thickness portion on the active layer side is In 0.48 (Ga 1- x1 Al x1 ) 0.52
P, the remaining thickness of the first and second electrode sides is In 0.48 (Ga 1-x2 Al x2 ) 0.52 P, and the composition ratio x2 is x2 on the first and second electrode sides. X2 = x so that
A Gunn diode characterized by continuously changing from 1 to x2 = 0.
【請求項8】高濃度n型GaAsからなる半導体基板上
に、高濃度n型GaAsからなる第1の半導体層、低濃
度n型GaAsからなる活性層、及び高濃度n型InG
aAlPからなる第2の半導体層を順に積層し、該第2
の半導体層上に前記活性層に電圧を印加するための小面
積の第1の電極と大面積の第2の電極を配置し、前記第
1の電極の周囲から少なくとも前記第2の半導体層の下
面まで凹部を形成して、前記第1の電極に対応する前記
第2の半導体層及び前記活性層の部分をガンダイオード
として機能させる領域として区画するガンダイオードの
製造方法において、 前記凹部は、前記第1及び第2の電極をマスクとして、
前記第2の半導体層を選択的にエッチング除去すること
によって形成することを特徴とするガンダイオードの製
造方法。
8. A first semiconductor layer made of high concentration n type GaAs, an active layer made of low concentration n type GaAs, and high concentration n type InG on a semiconductor substrate made of high concentration n type GaAs.
A second semiconductor layer made of aAlP is sequentially stacked, and the second semiconductor layer is formed.
A first electrode having a small area for applying a voltage to the active layer and a second electrode having a large area are arranged on the semiconductor layer, and at least a portion of the second semiconductor layer is provided around the first electrode. In the method of manufacturing a Gunn diode, wherein a recess is formed up to the lower surface, and the portions of the second semiconductor layer and the active layer corresponding to the first electrode are partitioned as a region that functions as a Gunn diode. Using the first and second electrodes as a mask,
A method of manufacturing a Gunn diode, which is formed by selectively removing the second semiconductor layer by etching.
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