JP2003152246A - ガンダイオード及びガンダイオード発振器 - Google Patents
ガンダイオード及びガンダイオード発振器Info
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Abstract
振出力のバラツキを低減させる。 【解決手段】 ガンダイオードのアノードバンプ19の
合計面積に対するカソードバンプ18の合計面積の比
を、0.7%〜20%に設定する。
Description
メージを低減し、発振周波数や発振出力等のバラツキを
低減したガンダイオード及びそのガンダイオードを搭載
したガンダイオード発振器に関するものである。
来のガンダイオード20を示す。図2において、21は
半導体基板、22は第1の半導体層、23は活性層、2
4は第2の半導体層、25は絶縁体、26はカソード電
極、27はアノード電極、28は導電性突起によるカソ
ードバンプ、29は導電性突起によるアノードバンプで
ある。
の半導体層22の境までボロン注入により筒形状に形成
され、カソード電極26をアノード電極27から分離
し、該絶縁体25により囲まれた内側の第1の半導体層
22、活性層23及び第2の半導体層24によりガンダ
イオードの機能部が形成されている。図2では絶縁体2
5による筒状の部分が6個形成され、6個のカソード電
極26の下層に各々ガンダイオード機能部が形成されて
いる。また、カソードバンプ28は6個のカソード電極
26の全ての上面に各々形成されているが、アノードバ
ンプ29はアノード電極の部分の上面の両側にカソード
バンプ28の一群を両側から挟むように片側に3個ずつ
合計で6個形成されている。
クロストリップ線路30に搭載して構成したガンダイオ
ード発振器の断面を示す図で、図4はその全体斜視図、
図5はヴィアホール35の部分を切断した断面を表した
斜視図である。マイクロストリップ線路30は、半絶縁
性の平板基板31の上面に信号電極32とその信号電極
32を両側から挟むように2個の表面接地電極33を形
成すると共に、裏面に裏面接地電極34を形成して、各
表面接地電極33と裏面接地電極34をヴィアホール3
5により導通させたものである。信号電極32には電圧
印加用のバイアス電極32A、共振器を構成するオープ
ンスタブ32B、及び発振出力取出用の出力部32Cが
形成されている。ガンダイオード20は、中央のカソー
ドバンプ28が信号電極32に、両側のアノードバンプ
29が両側の表面接地電極33に接着するように実装さ
れる。36は放熱基台であるが、図4及び図5では省略
した。
をマイクロストリップ線路30に実装するとき、熱圧着
方式のボンディングツールを用いてガンダイオード20
のカソードバンプ28を信号電極32に、アノードバン
プ29を表面接地電極33に各々接着していた。
は、ガンダイオード20のバンプ28、29とマイクロ
ストリップ線路30の電極32、33は、Au-Auの熱圧
着となり、380℃程度の加熱(接合温度)が必要となる
が、ガンダイオード20にこのような温度の熱が加わる
と、オーミック電極のシンター効果で抵抗が増大し、発
振特性が劣化してしまうという問題がある。
ングツールを用いることで、加熱温度を低下させ、特性
の劣化防止を図っているが、超音波によってガンダイオ
ードチップの結晶に転移などの欠陥が誘発される恐れが
ある。そして、このような欠陥が発生すると、ガンダイ
オード20の発振周波数や発振出力等にバラツキが発生
するという問題がある。
ボンディングツールを用いたときであっても、発振周波
数や発振出力等にバラツキが発生しないようにした、ガ
ンダイオード及びガンダイオード発振器を提供すること
である。
片面のほぼ中央部分に1又は複数個形成された第1の電
極、該第1の電極の周囲にガンダイオード機能部を区画
するよう形成された凹部又は絶縁体、前記片面における
前記第1の電極と前記凹部又は前記絶縁体を除く面に形
成された第2の電極、前記第1の電極に形成された導電
性突起による第1のバンプ、及び前記第2の電極に前記
第1のバンプを挟むように形成された導電性突起による
複数の第2のバンプを有するガンダイオードにおいて、
前記第1のバンプの合計面積を、前記第2のバンプの合
計面積に対して0.7%〜20%に設定したことを特徴
とするガンダイオードとした。
板、該平板基板の表面に形成された信号電極、該信号電
極の片端にオープンスタブが残る位置を跨ぐように形成
された2個の表面接地電極、前記平板基板の裏面に形成
された裏面接地電極、及び前記各表面接地電極と前記裏
面接地電極とを導通させるヴィアホールを有するマイク
ロストリップ線路と、該マイクロストリップ線路の前記
信号電極に前記第1のバンプが接着され、前記マイクロ
ストリップ線路の前記各表面接地電極に前記第2のバン
プが接着された前記請求項1に記載のガンダイオードと
からなることを特徴とするガンダイオード発振器とし
た。
ガンダイオード10を示す図で、(a)は平面図、(b)は断
面図である。図1において、11は不純物濃度が1〜2
×1018atm/cm3のN型ガリウム砒素からなる半導体基
板、12は不純物濃度が2×1018atm/cm 3で厚さ1.5μm
のN型ガリウム砒素からなる第1の半導体層、13は不
純物濃度が8×1015atm/cm3で厚さ1.6μmN型ガリウム
砒素からなる活性層、14は不純物濃度が1×1018atm/
cm3で厚さ0.3μmのN型ガリウム砒素からなる第2の半
導体層である。15は絶縁体、16は第2の半導体層1
4とオーミック接触するAuGe,Ni,Au等の金属膜からな
るカソード電極、17は同様のアノード電極、18は導
電性突起によるカソードバンプ、19は同様のアノード
バンプである。
の半導体層12の境までボロン注入により筒形状に形成
され、カソード電極16をアノード電極17から分離
し、該絶縁体15により囲まれた内側の第1の半導体層
12、活性層13及び第2の半導体層14によりガンダ
イオードの機能部が形成されている。図1では絶縁体1
5による筒状の部分が6個形成され、6個のカソード電
極16の下層に各々ガンダイオード機能部が形成されて
いる。また、カソードバンプ18は6個のカソード電極
26の全ての上面に各々形成されているが、アノードバ
ンプ19はアノード電極17の部分の上面にカソードバ
ンプ18の一群を両側から挟むように片側の両角に2個
ずつ合計で4個形成されている。このアノードバンプ1
9は、CCDカメラを用いた位置合わせを考慮すると図
示のような四角形状が好ましいが、これに限られるもの
ではない。また、面積は少なくとも100μm×50μm程
度のものが望ましい。
ード電極16に対応する活性層13の面積は、ガンダイ
オードの所定の動作電流が得られる値(横方向面積)に
設定される。また、アノード電極17に対応する活性層
13の面積は、カソード電極16に対応する面積の10
〜100倍位として、この部分がガンダイオードとして
機能しないようになっている。
図5に示した従来のガンダイオード20と同様に、マイ
クロストリップ線路30に搭載することにより、ガンダ
イオード発振器として機能させることができる。このと
き、ボンディングツールとしては、熱及び超音波併用の
ツールを使用する。
ロストリップ線路30に搭載して構成したガンダイオー
ド発振器について、アノードバンプ19の合計面積に対
するカソードバンプ18の合計面積の面積比と発振周波
数の3σとの関係(σ:標準偏差)を示す特性図、図6
(b)は同面積比と最大発振出力の3σとの関係を示す特
性図である。ここで、アノードバンプの面積は、アノー
ドバンプがアノード電極に接する部分の面積をいい、同
様にカソードバンプの面積はカソードバンプがカソード
電極に接する部分の面積をいう。
ソードバンプ18の合計面積の面積比を20%以下にす
ることにより、図6(a)に示すように発振周波数の3σ
が小さくなって発振周波数のバラツキが小さくなり、ま
た、図6(b)に示すように、最大発振出力の3σが小さ
くなって最大発振出力のバラツキが小さくなっている。
すなわち、ボンディングツールとして、熱及び超音波併
用のツールを使用したときでも、上記したようにアノー
ドバンプ19の合計面積に対するカソードバンプ18の
合計面積の面積比を20%以下にすることにより、発振
周波数と最大発振出力のバラツキを小さくすることがで
きる。
プ19の合計面積に対するカソードバンプ18の合計面
積の面積比の下限は、0.7%程度が好ましい。ガンダイ
オード10をガン発振器として使用するとき、カソード
電極16は、合計で少なくとも13μm直径の面積(133
μm2)がないと、発振出力が得られない。この場合、
カソード電極16の部分の放熱のため、カソードバンプ
18の直径も13μm程度が必要となる。したがって、こ
の直径13μmの面積(133μm2)が下限となる。4個の
アノードバンプ19の各々を100μm×50μmとする
と、その合計面積は20,000μm2となる。よって、アノ
ードバンプ19の合計面積に対するカソードバンプ18
の合計面積の面積比は0.66%であり、ほぼ0.7%とな
る。
プ線路30に搭載して38GHz帯域用のガンダイオード
発振器とした場合の発振周波数のヒストグラムであり、
(a)は本実施形態のガンダイオード10の場合、(b)は従
来のガンダイオード20の場合である。なお、本実施形
態のガンダイオード10の素子サイズは290μm×490μ
m、カソードバンプ18は28μm直径のものが6個、ア
ノードバンプ19は100×50μmのものが4個の場合で
ある。また、従来のガンダイオード20は、アノードバ
ンプ29が50μm直径のものが6個で、他はガンダイオ
ード10と同じ条件である。ここで、アノードバンプの
形状が異なっているが、上記特性に影響を与えることは
ない。
0では、平均発振周波数が38.5 GHz、標準偏差が0.16 G
Hzという良好な結果が得られているのに対し、図7(b)
の従来のガンダイオード20では、平均発振周波数が3
8.3 GHz、標準偏差が0.4 GHzという結果にとどまってい
る。
プ線路30に搭載して38GHz帯域用のガンダイオード
発振器とした場合の最大発振出力のヒストグラムであ
り、(a)が本実施形態のガンダイオード10(図7(a)と
同じ条件)の場合、(b)は従来のガンダイオード20
(図7(b)と同じ条件)の場合である。
0では、平均最大発振出力が122.8 mW、標準偏差が7.2
mWという良好な結果が得られているのに対し、図8(b)
の従来のガンダイオード20では、平均最大発振出力が
106.4 mW、標準偏差が18.4 mWという結果にとどまって
いる。
ード10において、半導体基板11、第1の半導体層1
2、活性層13及び第2の半導体層14のガンダイオー
ド機能部の不純物の種類及びその濃度を調整することに
より、カソード電極16をアノード電極に代え、アノー
ド電極17をカソード電極に代えることもできる。ま
た、以上の実施形態のガンダイオード10では、ボロン
注入により絶縁体15を形成したが、この絶縁体は形成
せず、そこに凹部を形成してガンダイオード機能部を区
画してもよい。
併用のツールを使用してガンダイオード発振器を構成し
たときでも、上記したように第2のバンプの合計面積に
対する第1のバンプの合計面積の面積比を0.7%〜2
0%に設定することにより、その発振周波数や最大発振
出力等のバラツキを低減することができるという利点が
ある。
で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
面図、(b)は断面図である。
オード発振器を構成した従来のガンダイオード発振器の
断面図である。
オード発振器を構成した従来のガンダイオード発振器の
斜視図である。
オード発振器を構成した従来のガンダイオード発振器の
一部切り欠きの斜視図である。
ードバンプの合計面積の面積比と発振周波数の3σとの
特性図、(b)は同面積比と最大発振出力の3σとの特性
図である。
発振周波数のヒストグラム、(b)は従来のガンダイオー
ド発振器の発振周波数のヒストグラムである。
最大発振出力のヒストグラム、(b)は従来のガンダイオ
ード発振器の最大発振出力のヒストグラムである。
板、12:第1の半導体層、13:活性層、14:第2
の半導体層、15:絶縁体、16:カソード電極、1
7:アノード電極、18:カソードバンプ、19:アノ
ードバンプ 20:従来のガンダイオード、21:半導体基板、2
2:第1の半導体層、23:活性層、24:第2の半導
体層、25:絶縁体、26:カソード電極、27:アノ
ード電極、28:カソードバンプ、29:アノードバン
プ 30:マイクロストリップ線路、31:信号線路、31
A:バイアス電極、31B:オープンスタブ電極、31
C:出力部、32:表面接地電極、33:裏面接地電
極、34:ヴィアホール
Claims (2)
- 【請求項1】片面のほぼ中央部分に1又は複数個形成さ
れた第1の電極、該第1の電極の周囲にガンダイオード
機能部を区画するよう形成された凹部又は絶縁体、前記
片面における前記第1の電極と前記凹部又は前記絶縁体
を除く面に形成された第2の電極、前記第1の電極に形
成された導電性突起による第1のバンプ、及び前記第2
の電極に前記第1のバンプを挟むように形成された導電
性突起による複数の第2のバンプを有するガンダイオー
ドにおいて、 前記第1のバンプの合計面積を、前記第2のバンプの合
計面積に対して0.7%〜20%に設定したことを特徴
とするガンダイオード。 - 【請求項2】半絶縁性の平板基板、該平板基板の表面に
形成された信号電極、該信号電極の片端にオープンスタ
ブが残る位置を跨ぐように形成された2個の表面接地電
極、前記平板基板の裏面に形成された裏面接地電極、及
び前記各表面接地電極と前記裏面接地電極とを導通させ
るヴィアホールを有するマイクロストリップ線路と、 該マイクロストリップ線路の前記信号電極に前記第1の
バンプが接着され、前記マイクロストリップ線路の前記
各表面接地電極に前記第2のバンプが接着された前記請
求項1に記載のガンダイオードとからなることを特徴と
するガンダイオード発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001346992A JP4160747B2 (ja) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | ガンダイオード及びガンダイオード発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001346992A JP4160747B2 (ja) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | ガンダイオード及びガンダイオード発振器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003152246A true JP2003152246A (ja) | 2003-05-23 |
JP4160747B2 JP4160747B2 (ja) | 2008-10-08 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001346992A Expired - Fee Related JP4160747B2 (ja) | 2001-11-13 | 2001-11-13 | ガンダイオード及びガンダイオード発振器 |
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---|---|
JP (1) | JP4160747B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005019728A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Kyocera Corp | ミリ波発振器 |
-
2001
- 2001-11-13 JP JP2001346992A patent/JP4160747B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005019728A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Kyocera Corp | ミリ波発振器 |
JP4578071B2 (ja) * | 2003-06-26 | 2010-11-10 | 京セラ株式会社 | ミリ波発振器 |
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