JP2007173299A - Gunn diode oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波やミリ波用のガンダイオードを用いた発振器に係り、特に発振出力の向上、さらに温度特性の改善が容易となった表面実装型のガンダイオード発振器に関するものである。 The present invention relates to an oscillator using a microwave or millimeter wave Gunn diode, and more particularly to a surface-mounted Gunn diode oscillator in which an improvement in oscillation output and an improvement in temperature characteristics are facilitated.
図4にマイクロ波やミリ波発振器用に用いられるフリップチップ型のガンダイオード20を示す。図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)のA−A線の断面図を示している。高濃度n型GaAsからなる半導体基板21上に、MBE法又はMOCVD法により、高濃度n型GaAsからなる第1の半導体層22、低濃度n型GaAsからなる活性層23、高濃度n型GaAsからなるコンタクト層24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。25は絶縁領域、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。絶縁領域25は、コンタクト層24表面から活性層23と第1の半導体層22の境までボロンイオンを注入すること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、絶縁領域25により囲まれた内側の第1の半導体層22、活性層23及びコンタクト層24によりガンダイオードの機能部が形成されている。図4では絶縁領域25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27上面の一部に、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6個形成されている。
FIG. 4 shows a flip-chip type Gunn
図5は、図4のガンダイオード20をマイクロストリップ線路で構成された発振回路30に搭載して構成したガンダイオード発振器のガンダイオードの接続部を拡大した断面図である。図6はガンダイオード発振器10の説明図で、図6(a)はガンダイオード発振器10の全体斜視図、図6(b)はその陰線を表示した斜視図である。図5及び図6に示すように、発振回路30は、半絶縁性の平板基板31の表面には信号電極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が形成されており、裏面には裏面接地電極34が形成されている。表面接地電極33と裏面接地電極34は、柱状のヴィアホール35により導通している。信号電極32には、ガンダイオード20に電源を供給するためのバイアス電極32A、共振器を構成するオープンスタブ32B、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。ガンダイオード20の機能部の熱は、放熱基台36を通して放熱される。なお、図6(a)、図6(b)では、放熱基台36を図示していない。この種のガンダイオード発振器は、特許文献1に開示されている。
以上のように発振回路にフリップチップ型のガンダイオードを搭載し、ガンダイオード発振器を構成する場合、各表面接地電極33と裏面接地電極34をヴィアホール35により導通させているため、表面接地電極33の一部がショートスタブとして機能してしまう。つまり、2つのヴィアホール35の間隔が発振周波数決定に寄与してしまい、ヴィアホール間隔のバラツキが、発振周波数のバラツキの原因になるという問題があった。またバラクタダイオードを用いて、発振周波数を制御する電圧制御型のガンダイオード発振器の場合においても、同様の問題があった。
As described above, when the flip-chip type Gunn diode is mounted on the oscillation circuit and the Gunn diode oscillator is configured, the
本発明は、以上のような問題点を解消し、組立が原因となる発振周波数のバラツキの少ないガンダイオード発振器を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a Gunn diode oscillator that solves the above-described problems and has less variation in oscillation frequency caused by assembly.
上記目的を達成するため、本願請求項1に係る発明は、半絶縁性又は絶縁性の平板基板表面に、フリップチップ型のガンダイオードを接続搭載するガンダイオード発振器において、前記ガンダイオードは、中央にアノード又はカソード電極のいずれか一方の第1電極を配置し、該第1電極の両側にカソード又はアノード電極のいずれか一方の第2電極を配置し、前記平板基板は、表面に信号電極と、該信号電極に接続したガンダイオード用バイアス電極と、表面接地電極と、第1オープンスタブとを備え、裏面に裏面接地電極を備え、表面から裏面に貫通するヴィアホールを通して前記表面接地電極と前記裏面接地電極を接続しており、前記第1電極が前記表面接地電極に接続し、前記第2電極の一方の電極が前記信号電極に接続し、前記第2電極の他方の電極が前記第1オープンスタブに接続していることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application is a Gunn diode oscillator in which a flip chip type Gunn diode is connected and mounted on a semi-insulating or insulating flat substrate surface. The first electrode of either the anode or the cathode electrode is arranged, the second electrode of either the cathode or the anode electrode is arranged on both sides of the first electrode, the flat plate substrate has a signal electrode on the surface, A bias electrode for a Gunn diode connected to the signal electrode, a front surface ground electrode, and a first open stub; a rear surface ground electrode on the rear surface; and the front surface ground electrode and the rear surface through a via hole penetrating from the front surface to the rear surface A ground electrode is connected; the first electrode is connected to the surface ground electrode; one of the second electrodes is connected to the signal electrode; It is characterized in that the other electrode of the electrode is connected to the first open stub.
本願請求項2に係る発明は、請求項1に記載のガンダイオード発振器において、前記平板基板は、さらに第2オーブンスタブと該第2オープンスタブに接続したバラクタダイオード用バイアス電極とを備え、前記ガンダイオードの前記第2電極の他方の電極が接続している前記第1オープンスタブにバラクタダイオードの一方の電極を接続し、前記第2オープンスタブに前記バラクタダイオードの他方の電極を接続したことを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the Gunn diode oscillator according to the first aspect, the flat substrate further includes a second oven stub and a varactor diode bias electrode connected to the second open stub. One electrode of a varactor diode is connected to the first open stub to which the other electrode of the second electrode of the diode is connected, and the other electrode of the varactor diode is connected to the second open stub. It is what.
本発明によれば、ヴィアホールの直上に設けた表面接地電極にガンダイオードの第1電極を接続する構造となっているので、表面接地電極がショートスタブとして機能することがなく、発振周波数のバラツキの少ないガンダイオード発振器、あるいは電圧制御型ガンダイオード発振器を得ることができる。 According to the present invention, since the first electrode of the Gunn diode is connected to the surface ground electrode provided immediately above the via hole, the surface ground electrode does not function as a short stub and the oscillation frequency varies. It is possible to obtain a Gunn diode oscillator or a voltage controlled Gunn diode oscillator with a small amount.
またヴィアホールの直上にガンダイオードの発熱部である機能部が配置する構造となるため、機能部で発生した熱は、ヴィアホールを経由して放熱基台へ放射され、高い放熱効果が得られる。それに伴い、ガンダイオード発振器の発振効率も向上する。 In addition, since the functional part which is the heat generating part of the Gunn diode is arranged immediately above the via hole, the heat generated in the functional part is radiated to the heat radiation base via the via hole, and a high heat radiation effect is obtained. . Along with this, the oscillation efficiency of the Gunn diode oscillator is also improved.
以下本発明について、実施例に従い、詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to examples.
まず第1の実施例について説明する。本実施例に用いられるフリップチップ型のガンダイオード20Aは、図4で説明したガンダイオード20同様、高濃度n型GaAsからなる半導体基板21上に、MBE法又はMOCVD法により、高濃度n型GaAsからなる第1の半導体層22、低濃度n型GaAsからなる活性層23、高濃度n型GaAsからなるコンタクト層24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、コンタクト層24表面から活性層23と第1の半導体層22の境までボロンイオンを注入することにより筒形状に形成された絶縁領域25によって分離された構造となっている。
First, the first embodiment will be described. The flip-chip
ここで、本実施例のガンダイオード20Aは、図4に示すガンダイオード20と比較して、カソード電極26およびカソードバンプ28を、アノード電極27およびアノードバンプ29と置き換えた構造となっている。すなわち、アノードバンプ29は6個のアノード電極27の上面に各々形成されており、カソードバンプ28は、カソード電極26上面の一部に、アノードバンプ29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。
Here, the Gunn
図1は、ガンダイオード20Aをマイクロストリップ線路で構成された発振回路30Aに搭載して構成した本発明のガンダイオード発振器10Aのガンダイオード20Aの接続部を拡大した断面図である。また図2はガンダイオード発振器の説明図で、図2(a)はガンダイオード発振器10Aの全体斜視図、図2(b)はその陰線を表示した斜視図である。図4におけるものと同一のものには同一符号を付している。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a connecting portion of a
発振回路30Aは、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・cm以上、熱電導率が140W/mK以上で良好な半絶縁性又は絶縁性基板を平板基板31とし、その平板基板31の表面には、信号電極32、信号電極32に接続したガンダイオード20Aに電源を供給するためのバイアス電極32A、発振出力取出用の出力部32C、信号電極32とは独立したオープンスタブ32D(第1のオープンスタブに相当)、表面接地電極33Aが形成されている。また裏面には、裏面接地電極34が形成されている。表面接地電極33Aと裏面接地電極34は、柱状のヴィアホール35Aにより導通している。図1及び図2に示すように、本実施例では、信号線路32、オープンスタブ32D、表面接地電極33Aの構造が、図4に示した従来例の構造と異なっている。なお、図2(a)、(b)では、放熱基台36を図示していない。
ガンダイオード20Aは、その中央に配置しているアノードバンプ29(第1電極に相当)を表面接地電極33Aに接続し、カソードバンプ28(第2電極に相当)の一方を信号電極32に接続し、カソードバンプ28の他方をオープンスタブ32Dに接続している。
The Gunn
このような構造とすることで、裏面接地電極34を固定電位とし、バイアス電極32Aに直流電圧を印加すると、ガンダイオード20Aによる発振がおこなわれる。
With such a structure, when the
本実施例のガンダイオード発振器10Aは、ガンダイオード20Aのアノードバンプ29を表面接地電極33Aに接続することで、表面接地電極33Aがショートスタブとして機能することがないので、そのバラツキが原因となる発振周波数のバラツキが無くなり、良好な特性が得られる。
In the Gunn
また、ガンダイオード20A内の熱の発生部である絶縁領域25で区画された機能部がヴィアホール35Aの直上に配置するため、発生した熱がアノードバンプ29及びヴィアホール35Aを通して、裏面接地電極34が接着するヒートシンクとして機能する放熱基台36に効果的に放射される。このように放熱効果が高くなることで、ガンダイオード発振器の発振効率も向上することになる。
In addition, since the functional part defined by the
図3は、第2の実施例の電圧制御型ガンダイオード発振器の説明図であり、図3(a)はマイクロストリップ線路で構成された発振回路11の全体斜視図、図3(b)はその陰線を表示した斜視図である。図2及び図4におけるものと同一のものには同一符号を付している。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the voltage-controlled Gunn diode oscillator of the second embodiment. FIG. 3 (a) is an overall perspective view of an
本実施例は、オープンスタブ32D(第1オープンスタブ)の延長線上の離れた位置にオープンスタブ32E(第2オープンスタブ)を設け、オープンスタブ32Dとオープンスタブ32Eに、バラクタダイオード40の電極をそれぞれ接続して搭載している。
In the present embodiment, an
本実施例では、バイアス電極32Aを介してガンダイオード20Aに電源電圧(直流電圧)を印加し、オープンスタブ32Eに接続したバイアス電極32F(バラクタダイオード用バイアス電極に相当)を介して、バラクタダイオード40にバイアスを印加することにより、出力部32Cから出力されるガンダイオード発振器11の発振周波数を変調することができ、電圧制御発振器として利用できる。
In the present embodiment, a power supply voltage (DC voltage) is applied to the
このように電圧制御ガンダイオード発振器であっても、図2に示した第1の実施例のガンダイオード発振器と同様に、発振周波数のバラツキが少なく、放熱効率、発振効率の優れたガンダイオード発振器を得ることができる。 In this way, even with a voltage-controlled Gunn diode oscillator, a Gunn diode oscillator with little variation in oscillation frequency and excellent heat dissipation efficiency and oscillation efficiency is obtained, as with the Gunn diode oscillator of the first embodiment shown in FIG. Obtainable.
なお上記説明において、カソード電極26とカソードバンプ28、アノード電極27とアノードバンプ29は、印加するバイアス電圧の極性によって逆になる場合もある。
In the above description, the
10、10A:ガンダイオード発振器、11:電圧制御ガンダイオード発振器、20:ガンダイオード、21:半導体基板、22:第1の半導体層、23:活性層、24:コンタクト層、25:絶縁領域、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:発振回路、31:平板基板、32:信号電極、32A:バイアス電極、32B:オープンスタブ、32C:出力部、32D:オープンスタブ、32E:オープンスタブ、32F:バイアス電極、33:表面接地電極、34:裏面接地電極、35:ヴィアホール、36:放熱基台、40:バラクタダイオード、
10, 10A: Gunn diode oscillator, 11: Voltage controlled Gunn diode oscillator, 20: Gunn diode, 21: Semiconductor substrate, 22: First semiconductor layer, 23: Active layer, 24: Contact layer, 25: Insulating region, 26 : Cathode electrode, 27: anode electrode, 28: cathode bump, 29: anode bump, 30: oscillation circuit, 31: flat substrate, 32: signal electrode, 32A: bias electrode, 32B: open stub, 32C: output unit, 32D : Open stub, 32E: Open stub, 32F: Bias electrode, 33: Front surface ground electrode, 34: Back surface ground electrode, 35: Via hole, 36: Heat radiation base, 40: Varactor diode
Claims (2)
前記ガンダイオードは、中央にアノード又はカソード電極のいずれか一方の第1電極を配置し、該第1電極の両側にカソード又はアノード電極のいずれか一方の第2電極を配置し、
前記平板基板は、表面に信号電極と、該信号電極に接続したガンダイオード用バイアス電極と、表面接地電極と、第1オープンスタブとを備え、裏面に裏面接地電極を備え、表面から裏面に貫通するヴィアホールを通して前記表面接地電極と前記裏面接地電極を接続しており、
前記第1電極が前記表面接地電極に接続し、前記第2電極の一方の電極が前記信号電極に接続し、前記第2電極の他方の電極が前記第1オープンスタブに接続していることを特徴とするガンダイオード発振器。 In a Gunn diode oscillator in which a flip chip type Gunn diode is connected and mounted on a semi-insulating or insulating flat substrate surface,
The Gunn diode has a first electrode of either an anode or a cathode electrode arranged in the center, and a second electrode of either the cathode or the anode electrode is arranged on both sides of the first electrode,
The flat substrate includes a signal electrode on the front surface, a bias electrode for a Gunn diode connected to the signal electrode, a front surface ground electrode, and a first open stub. The front surface ground electrode and the back surface ground electrode are connected through a via hole.
The first electrode is connected to the surface ground electrode, one electrode of the second electrode is connected to the signal electrode, and the other electrode of the second electrode is connected to the first open stub. A characteristic Gunn diode oscillator.
前記平板基板は、さらに第2オーブンスタブと該第2オープンスタブに接続したバラクタダイオード用バイアス電極とを備え、
前記ガンダイオードの前記第2電極の他方の電極が接続している前記第1オープンスタブにバラクタダイオードの一方の電極を接続し、前記第2オープンスタブに前記バラクタダイオードの他方の電極を接続したことを特徴とするガンダイオード発振器。
The Gunn diode oscillator according to claim 1, wherein
The flat substrate further comprises a second oven stub and a varactor diode bias electrode connected to the second open stub,
One electrode of a varactor diode is connected to the first open stub to which the other electrode of the second electrode of the Gunn diode is connected, and the other electrode of the varactor diode is connected to the second open stub. Gunn diode oscillator.
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- 2005-12-19 JP JP2005364841A patent/JP2007173299A/en active Pending
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