JP2647631B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2647631B2
JP2647631B2 JP7032535A JP3253595A JP2647631B2 JP 2647631 B2 JP2647631 B2 JP 2647631B2 JP 7032535 A JP7032535 A JP 7032535A JP 3253595 A JP3253595 A JP 3253595A JP 2647631 B2 JP2647631 B2 JP 2647631B2
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type layer
concentration
notch
gunn diode
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健一 渡邉
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波やミリ波帯
の発振に用いられるガンダイオードで構成された半導体
装置に関し、特に、変換効率を顕著に向上させることが
できる半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device comprising a Gunn diode used for microwave or millimeter-wave oscillation, and more particularly to a semiconductor device capable of significantly improving conversion efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、GaAsなどに高電界をかける
と、伝導電子のドリフト速度はある電界強度までは増大
するが、ある臨界値を越すと、逆に、ドリフト速度は減
少するという、いわゆる負性微分抵抗の性質を持つこと
が知られている。このGaAsの負性微分抵抗の性質を
利用したガンダイオードは、マイクロ波やミリ波帯の固
体発振素子などとして広く使われている。
2. Description of the Related Art Generally, when a high electric field is applied to GaAs or the like, the drift velocity of conduction electrons increases up to a certain electric field intensity, but when a certain critical value is exceeded, the drift velocity decreases. It is known that it has the property of sex differential resistance. Gunn diodes utilizing the negative differential resistance properties of GaAs are widely used as microwave or millimeter-wave solid-state oscillation devices.

【0003】図8は、GaAsなどに高電界をかけたと
きの、電界強度と伝導電子のドリフト速度の関係を示し
た図であり、横軸Eは電界強度、縦軸Vはドリフト速度
を表わしている。図8において、電界強度が臨界値Et
hより小さい場合は、dV/dEに逆比例する量である
微分抵抗は正の値を持つが、電界強度が臨界値Ethよ
り大きくなると、ドリフト速度は逆に小さくなるので、
微分抵抗は負の値を持つことになる。これを負性微分抵
抗という。この負性微分抵抗を持つという性質は、Ga
Asが2つのエネルギー状態を持ち、電界強度が臨界値
Ethより小さい場合には、伝導電子の大部分は、有効
質量が小さく、移動度が大きい低エネルギー状態にある
が、電界強度が臨界値Ethより大きくなると、電界か
ら与えられたエネルギーにより伝導電子が、有効質量が
大きく、移動度が小さい高エネルギー状態に遷移してし
まうことによるものである。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the electric field strength and the drift velocity of conduction electrons when a high electric field is applied to GaAs or the like. The horizontal axis E represents the electric field strength, and the vertical axis V represents the drift velocity. ing. In FIG. 8, the electric field intensity has a critical value Et.
When h is smaller than h, the differential resistance, which is an amount inversely proportional to dV / dE, has a positive value. However, when the electric field strength becomes larger than the critical value Eth, the drift velocity becomes smaller.
The differential resistance will have a negative value. This is called negative differential resistance. This property of having negative differential resistance is caused by Ga
When As has two energy states and the electric field strength is smaller than the critical value Eth, most of the conduction electrons are in the low energy state where the effective mass is small and the mobility is large, but the electric field strength is lower than the critical value Eth. If the energy becomes larger, the conduction electrons transition to a high energy state in which the effective mass is large and the mobility is small due to the energy given by the electric field.

【0004】以下、従来のガンダイオードついて図面に
基づいて説明する。図9は、従来のガンダイオードの構
造の一例を示す構成図である。図9において、従来のガ
ンダイオードは、化合物半導体からなる活性層であるn
型層901と、n型層901を挟む、化合物半導体から
なるn+ 型層903及び905と、n+ 型層903及び
905に接合する電極金属907及び909とを有して
いる。尚、ここでは、電極金属907をカソード側、電
極金属909をアノード側とする。
Hereinafter, a conventional gun diode will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of the structure of a conventional Gunn diode. In FIG. 9, a conventional Gunn diode is an active layer n made of a compound semiconductor.
The semiconductor device includes a type layer 901, n + -type layers 903 and 905 made of a compound semiconductor sandwiching the n-type layer 901, and electrode metals 907 and 909 joined to the n + -type layers 903 and 905. Here, the electrode metal 907 is on the cathode side, and the electrode metal 909 is on the anode side.

【0005】次に、n型層901、n+ 型層903及び
+ 型層905のドナー不純物濃度の分布を、図10に
示す。図10は、n型層901、n+ 型層903及びn
+ 型層905のドナー不純物濃度を縦軸に、電極金属9
07とn+ 型層903の接合面を原点とし、電極金属9
09とn+ 型層905の接合面方向に進む距離を横軸に
示している。図10において、距離が、0〜aの間は図
9に示すn+ 型層903に、a〜bの間はn型層901
に、b〜cの間はn+ 型層905にそれぞれ相当してい
る。n+ 型層903及びn+ 型層905のドナー不純物
濃度n2 は、n+ 型層903と電極金属907及びn+
型層905と電極金属909がそれぞれ容易にオーミッ
ク接合できるように、充分高くなっている。
Next, the distribution of the donor impurity concentration in the n-type layer 901, the n + -type layer 903 and the n + -type layer 905 is shown in FIG. FIG. 10 shows an n-type layer 901, an n + -type layer 903 and an n-type layer 903.
The vertical axis indicates the donor impurity concentration of the + type layer 905, and the electrode metal 9
The bonding surface 07 and the n + -type layer 903 as an origin, the electrode metal 9
The abscissa indicates the distance traveled in the direction of the bonding surface between the substrate 09 and the n + type layer 905. 10, when the distance is 0 to a, the n + -type layer 903 shown in FIG.
The portions between b and c correspond to the n + -type layers 905, respectively. The donor impurity concentration n 2 of the n + -type layer 903 and the n + -type layer 905 depends on the n + -type layer 903 and the electrode metals 907 and n +
The height is sufficiently high so that the mold layer 905 and the electrode metal 909 can be easily ohmic-joined.

【0006】上記に説明したような構造を持つ従来のガ
ンダイオードに対して、活性層であるn型層901の幅
と、n型層901のドナー不純物濃度n1 を適切な値に
選び、電極金属907と電極金属909との間に適切な
DC電圧を与えると、上述した負性微分抵抗の性質によ
り、n型層901のカソード側に、ガンドメインと呼ば
れる、伝導電子の濃度が周囲より濃い領域 (電子蓄積
層) 、あるいは、伝導電子濃度の濃い領域と薄い領域が
隣り合った領域 (電気二重層) が生じる。カソード側に
生じた上記ガンドメインは、アノード側に向かって移動
し、アノード側のn+ 型層905に到達すると消失し、
それと同時に、新しいガンドメインがカソード側に生じ
る。この現象の繰り返しにより、電極金属907と電極
金属909の間には、AC電流がDC電流に重畳して現
れる。このAC電流の周波数、すなわちガンダイオード
の固有周波数は、およそ、n型層901内でのガンドメ
インの速度によって決まるが、このガンドメインの速度
は図8に示す伝導電子の飽和速度Vsにほぼ等しいの
で、n型層901の幅をLaとすると、ガンダイオード
の固有周波数fは、 f=Vs/La… (1) で与えられる。従って、n型層901、すなわち、活性
層の適正な幅Laは、期待される周波数fの関数とし
て、 La=Vs/f… (2) で与えられることになる。
For the conventional Gunn diode having the structure described above, the width of the n-type layer 901 as the active layer and the donor impurity concentration n 1 of the n-type layer 901 are selected to appropriate values. When an appropriate DC voltage is applied between the metal 907 and the electrode metal 909, the concentration of conduction electrons called a gun domain on the cathode side of the n-type layer 901 is higher than that of the surroundings due to the property of the negative differential resistance described above. A region (electron storage layer) or a region where a region with a high concentration of conduction electrons and a region with a small concentration of conduction electrons are adjacent to each other (an electric double layer) occurs. The gun domain generated on the cathode side moves toward the anode side and disappears when reaching the n + type layer 905 on the anode side,
At the same time, a new gun domain is created on the cathode side. By repeating this phenomenon, an AC current appears between the electrode metal 907 and the electrode metal 909 so as to be superimposed on the DC current. The frequency of the AC current, that is, the natural frequency of the Gunn diode, is approximately determined by the speed of the Gunn domain in the n-type layer 901. The speed of the Gunn domain is approximately equal to the saturation speed Vs of the conduction electrons shown in FIG. Therefore, assuming that the width of the n-type layer 901 is La, the natural frequency f of the Gunn diode is given by f = Vs / La (1). Therefore, the appropriate width La of the n-type layer 901, that is, the active layer, is given by La = Vs / f (2) as a function of the expected frequency f.

【0007】このようにして、ガンダイオードは、マイ
クロ波やミリ波帯の発振に用いられる。例えば、ガンダ
イオードを空洞共振器などの中に適切に配置すること
で、ガンダイオードからマイクロ波などの高周波電磁波
を取出すことができる。ガンダイオードを使ったこのよ
うな発振器はガン発振器と呼ばれ、入力したDCパワー
のうち、どれだけのAC出力を得ることができるかは、
ガン発振器の最も重要な性能指数である。この指数は、
変換効率と呼ばれ、この値を向上させることが求められ
ている。
As described above, the Gunn diode is used for microwave or millimeter wave band oscillation. For example, by appropriately arranging a Gunn diode in a cavity resonator or the like, high-frequency electromagnetic waves such as microwaves can be extracted from the Gunn diode. Such an oscillator using a Gunn diode is called a Gunn oscillator, and how much AC output of the input DC power can be obtained is as follows.
It is the most important figure of merit of gun oscillator. This index is
It is called conversion efficiency, and it is required to improve this value.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガンダイオードでは、後述するデッドゾーンが活性層の
中に発生し、ガンダイオードの変換効率を阻害してしま
うという問題があった。以下、デッドゾーンについて詳
細に説明する。
However, in the conventional Gunn diode, there is a problem that a dead zone described later is generated in the active layer, which impairs the conversion efficiency of the Gunn diode. Hereinafter, the dead zone will be described in detail.

【0009】従来のガンダイオードは、図9に示すn+
nn+ 構造をとっているが、ガンドメインの発生する場
所は、活性層であるn型層901とカソード側のn+
層903との接合面そのものではなく、その接合面から
n型層901側に一定の距離だけ進んだ位置であること
が一般に知られている。
A conventional Gunn diode has an n +
Although it has an nn + structure, the place where the cancer domain occurs is not the junction surface between the n-type layer 901 as the active layer and the n + -type layer 903 on the cathode side, but the n-type layer 901 from the junction surface. It is generally known that the position is a certain distance toward the side.

【0010】図11は、従来のn+ nn+ 構造のガンダ
イオードにおけるガンドメインの動きを計算機実験によ
ってシミュレーションした図である。n型層、カソード
側のn+ 型層及びアノード側のn+ 型層の伝導電子濃度
を縦軸に、カソード電極とカソード側のn+ 型層の接合
面を原点とし、アノード電極とアノード側のn+ 型層の
接合面方向に進む距離を横軸に示している。距離が約
0.5μm以下は図9に示すn+ 型層903に、約0.
5μm〜約2.3μmの間はn型層901に、約2.3
μm以上はn+ 型層905にそれぞれ相当している。図
11に示すように、約0.6μm〜約1.2μmの間
(図中Aで示す領域) 、すなわち、n型層901とカソ
ード側のn+ 型層903との接合面から一定距離進む位
置の間にはガンドメインは存在していないことがわか
る。
FIG. 11 is a diagram simulating the movement of a gun domain in a conventional n + nn + structure gun diode by a computer experiment. n-type layer, the conduction electron density of the cathode side of the n + -type layer and the anode side of the n + -type layer on the vertical axis, the joint surfaces of the cathode electrode and the cathode side of the n + -type layer as the origin, the anode electrode and the anode side The horizontal axis indicates the distance that the n + -type layer advances in the direction of the bonding surface. When the distance is about 0.5 μm or less, about 0.2 μm is added to the n + type layer 903 shown in FIG.
Between about 5 μm and about 2.3 μm, about 2.3
μm or more corresponds to the n + -type layer 905, respectively. As shown in FIG. 11, between about 0.6 μm to about 1.2 μm
(A region in the figure), that is, it can be seen that there is no cancer domain between a position where a certain distance has passed from the junction surface between the n-type layer 901 and the n + -type layer 903 on the cathode side.

【0011】このことは、以下の理由により説明され
る。
This is explained for the following reasons.

【0012】カソード側のn+ 型層903から活性層で
あるn型層901に入ってきた伝導電子には、n型層9
01内を走行中に、金属電極907 (カソード電極) と
金属電極909 (アノード電極) の間に加えられた電界
からエネルギーが与えられる。伝導電子は、このエネル
ギーにより上述したように低エネルギー状態から高エネ
ルギー状態に遷移し、負性微分抵抗の性質を持つことに
なる。しかし、n型層901に入った直後の伝導電子
は、低エネルギー状態から高エネルギー状態に遷移する
には十分なエネルギーを与えられていないので、負性微
分抵抗の性質を持つことができない。従って、伝導電子
は、n型層901内を一定距離走行している間に、低エ
ネルギー状態から高エネルギー状態に遷移するのに十分
なエネルギーを得て、負性微分抵抗の性質を持つように
なる。そして、その時にガンドメインが形成される。従
って、n型層901とカソード側のn+ 型層903の接
合面から一定距離進む位置の間にはガンドメインは形成
されないのである。
The conduction electrons entering the n-type layer 901 which is the active layer from the n + -type layer 903 on the cathode side include the n-type layer 9.
01, energy is given from an electric field applied between the metal electrode 907 (cathode electrode) and the metal electrode 909 (anode electrode). As described above, the conduction electrons transition from the low energy state to the high energy state due to this energy, and have the property of negative differential resistance. However, the conduction electrons immediately after entering the n-type layer 901 do not have sufficient energy to transition from the low energy state to the high energy state, and therefore cannot have the property of negative differential resistance. Accordingly, the conduction electrons gain sufficient energy to transition from the low energy state to the high energy state while traveling in the n-type layer 901 for a certain distance, and have a property of negative differential resistance. Become. Then, at that time, a cancer domain is formed. Therefore, a gun domain is not formed between positions where the n-type layer 901 and the n + -type layer 903 on the cathode side advance a predetermined distance from each other.

【0013】このように、活性層とカソード側のn+
層の接合面と実際にガンドメインが発生する位置との間
は、ガンドメインが存在しない領域であり、この領域の
ことをデッドゾーンと呼んでいる。このデッドゾーンの
存在は、活性層の幅を実質上小さくしてしまうため、ガ
ンダイオードの特性を変えてしまう。そのため、デッド
ゾーンをできるだけ小さくするかあるいは無くしてしま
うことが望ましい。特に、40GHz以上の高周波数のガ
ンダイオードの場合には、上述の式 (2) から活性層の
幅を非常に薄くすることを要求されるので、活性層の幅
に対してデッドゾーンの幅の占める割合が非常に大きく
なり、ガンダイオードの特性を大きく損なってしまう。
従って、デッドゾーンの存在は変換効率の重大な阻害要
因となるのである。
As described above, the region between the junction surface of the active layer and the n + -type layer on the cathode side and the position where the gun domain actually occurs is a region where the gun domain does not exist. I'm calling The existence of the dead zone substantially reduces the width of the active layer, and changes the characteristics of the Gunn diode. Therefore, it is desirable to minimize or eliminate the dead zone. In particular, in the case of a Gunn diode having a high frequency of 40 GHz or more, since the width of the active layer is required to be extremely small from the above equation (2), the width of the dead zone is smaller than the width of the active layer. The occupation ratio becomes very large, and the characteristics of the Gunn diode are greatly impaired.
Therefore, the existence of the dead zone is a serious hindrance to the conversion efficiency.

【0014】このため、このデッドゾーンを消失させる
方法として、カソード側のn+ 型層を取り除き、活性層
であるn型層に電極金属を直接接合させる構造が試みら
れている。図12は、活性層に電極金属を直接接合させ
た構造のガンダイオードの一例を示す構成図である。図
12において、このガンダイオードは、活性層であるn
型層1201と、n+ 型層1203と、n型層1201
及びn+ 型層1203に接合する電極金属1205及び
1207とを有しており、アノード側の電極金属120
7はn+ 型層1203に接合しているが、カソード側の
電極金属1205はn型層1201に直接接合してい
る。このような構造をとることにより、n型層1201
と金属電極1205との接合はショットキ接合となる。
このショットキ接合の特性を適正化することで、デッド
ゾーンを消失させ、変換効率を向上させることができる
のである。しかし、このショットキ接合はオーミック接
合と比べて作製上の再現性が悪く、また、その特性も温
度に極めて敏感であるので、信頼性が低いという問題が
ある。
Therefore, as a method for eliminating the dead zone, a structure in which the n + -type layer on the cathode side is removed and an electrode metal is directly bonded to the n-type layer as an active layer has been attempted. FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of a Gunn diode having a structure in which an electrode metal is directly joined to an active layer. In FIG. 12, this Gunn diode has an active layer of n
Type layer 1201, n + type layer 1203, n type layer 1201
And an electrode metal 1205 and 1207 bonded to the n + -type layer 1203.
7 is bonded to the n + -type layer 1203, while the cathode-side electrode metal 1205 is directly bonded to the n-type layer 1201. With such a structure, the n-type layer 1201
And the metal electrode 1205 are Schottky junctions.
By optimizing the characteristics of the Schottky junction, the dead zone can be eliminated and the conversion efficiency can be improved. However, the Schottky junction has a problem that its reproducibility in production is lower than that of the ohmic junction and its characteristics are extremely sensitive to temperature, so that its reliability is low.

【0015】そこで、本発明は上記事情に鑑みて成され
たものであり、その目的は、従来のガンダイオードの構
造であるn+ nn+ 構造を保持しつつ、デッドゾーンを
減少させ、信頼性を損なうことなく変換効率を顕著に向
上させることができるガンダイオードの半導体装置を提
供することである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to reduce the dead zone while maintaining the n + nn + structure, which is the structure of a conventional Gunn diode, and to improve the reliability. It is an object of the present invention to provide a Gunn diode semiconductor device capable of significantly improving the conversion efficiency without impairing the semiconductor device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに第1の発明は、化合物半導体からなる活性層と、前
記活性層の一部に設けられた低濃度層と、前記活性層を
挟む電極とを有するガンダイオードで構成された半導体
装置において、前記活性層の濃度と前記低濃度層の濃度
の比をxとすると、前記低濃度層の幅が、0.156x
2 −0.862x+1.24 (μm) 以上−0.281
2 +1.11x−0.56 (μm) 以下であることを
特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an active layer made of a compound semiconductor, a low-concentration layer provided on a part of the active layer, and an active layer. In a semiconductor device including a Gunn diode having a sandwiching electrode, the width of the low-concentration layer is 0.156x, where x is the ratio of the concentration of the active layer to the concentration of the low-concentration layer.
2 −0.862x + 1.24 (μm) or more −0.281
x 2 + 1.11x−0.56 (μm) or less.

【0017】第2の発明は、化合物半導体からなる活性
層と、前記活性層の一部に設けられた低濃度層と、前記
活性層を挟む電極とを有するガンダイオードで構成され
た半導体装置において、前記活性層の濃度と前記低濃度
層の濃度の比をxとすると、前記低濃度層の幅が、0.
250x2 −1.28x+1.73 (μm) 以上−0.
219x2 +0.888x−0.43 (μm) 以下であ
ることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a Gunn diode having an active layer made of a compound semiconductor, a low-concentration layer provided on a part of the active layer, and an electrode sandwiching the active layer. If the ratio between the concentration of the active layer and the concentration of the low concentration layer is x, the width of the low concentration layer is 0.
250x 2 -1.28x + 1.73 (μm) or more -0.
219 × 2 + 0.888 × −0.43 (μm) or less.

【0018】上記電極は安定したオーミック接合を得る
ことができるという点で、ドナー不純物濃度が高いn+
型層と金属で形成されることが望ましい。
The above electrode has a high donor impurity concentration of n + in that a stable ohmic junction can be obtained.
It is desirable to be formed of a mold layer and a metal.

【0019】[0019]

【作用】上記第1の発明の構成によれば、活性層の濃度
と低濃度層の濃度の比をxとすると、低濃度層の幅を、
0.250x2 −1.28x+1.73 (μm) 以上−
0.219x2 +0.888x−0.43 (μm) 以下
としているので、デッドゾーンを減少させ、低濃度層が
ない場合と比べて少なくとも30%変換効率を向上させ
ることができる。
According to the first aspect of the present invention, assuming that the ratio of the concentration of the active layer to the concentration of the low concentration layer is x, the width of the low concentration layer is
0.250x 2 -1.28x + 1.73 (μm) or more-
Since it is not more than 0.219 × 2 + 0.888 × −0.43 (μm), the dead zone can be reduced, and the conversion efficiency can be improved by at least 30% compared with the case where there is no low concentration layer.

【0020】第2の発明の構成によれば、活性層の濃度
と低濃度層の濃度の比をxとすると、低濃度層の幅を、
0.250x2 −1.28x+1.73 (μm) 以上−
0.219x2 +0.888x−0.43 (μm) 以下
としているので、デッドゾーンを減少させ、低濃度層が
ない場合と比べて少なくとも50%変換効率を向上させ
ることができる。
According to the structure of the second aspect of the present invention, assuming that the ratio of the concentration of the active layer to the concentration of the low concentration layer is x, the width of the low concentration layer is
0.250x 2 -1.28x + 1.73 (μm) or more-
Since it is not more than 0.219 × 2 + 0.888 × −0.43 (μm), the dead zone can be reduced, and the conversion efficiency can be improved by at least 50% compared to the case where there is no low concentration layer.

【0021】また、本発明の構成によれば、n+ nn+
構造を保持しているので、電極金属との接合がオーミッ
ク接合となり、再現性よく電極を作製することができ
る。
According to the structure of the present invention, n + nn +
Since the structure is maintained, the junction with the electrode metal becomes an ohmic junction, and the electrode can be manufactured with high reproducibility.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明のガンダイオードの構造の
一例を示す構成図である。図1において、本発明のガン
ダイオードは、化合物半導体からなる活性層であるn型
層101と、n型層101の一部に設けられた低濃度層
(以下ノッチ層と記す) であるn- 型層111と、n型
層101を挟む、化合物半導体からなるn+ 型層103
及び105と、n+ 型層103及び105に接合する電
極金属107及び109とを有している。尚、ここで
は、電極金属107をカソード側、電極金属109をア
ノード側とする。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the structure of the Gunn diode of the present invention. In FIG. 1, a Gunn diode according to the present invention includes an n-type layer 101 which is an active layer made of a compound semiconductor, and a low-concentration layer provided on a part of the n-type layer 101.
(Hereinafter referred to as notches layer) n - -type layer 111, sandwiching the n-type layer 101, made of a compound semiconductor n + -type layer 103
, And 105, and electrode metals 107 and 109 that are bonded to the n + -type layers 103 and 105, respectively. Here, the electrode metal 107 is on the cathode side, and the electrode metal 109 is on the anode side.

【0024】次に、n型層101、n- 型層111、n
+ 型層103及びn+ 型層105のドナー不純物濃度の
分布を、図2に示す。図2は、n型層101、n- 型層
111、n+ 型層103及びn+ 型層105のドナー不
純物濃度を縦軸に、電極金属107とn+ 型層103の
接合面を原点とし、電極金属109とn+ 型層105の
接合面方向に進む距離を横軸に示している。図2におい
て、距離が、0〜aの間は図1に示すn+ 型層103
に、a〜bの間はn+ 型層103に、b〜cの間はn型
層101に、c〜dの間はn+ 型層105にそれぞれ相
当している。n+型層103及びn+ 型層105のドナ
ー不純物濃度n3 は、n+ 型層103と電極金属107
及びn+ 型層105と電極金属109がそれぞれ容易に
オーミック接合できるように、充分高くなっている。
Next, the n-type layer 101, the n -type layer 111, n
FIG. 2 shows the distribution of the donor impurity concentration of the + type layer 103 and the n + type layer 105. FIG. 2 shows the donor impurity concentration of the n-type layer 101, the n -type layer 111, the n + -type layer 103, and the n + -type layer 105 on the vertical axis, and the origin at the junction surface between the electrode metal 107 and the n + -type layer 103. The horizontal axis indicates the distance that the electrode metal 109 and the n + -type layer 105 travel in the direction of the bonding surface. In FIG. 2, when the distance is between 0 and a, the n + -type layer 103 shown in FIG.
The portion between a and b corresponds to the n + -type layer 103, the portion between b and c corresponds to the n + -type layer 101, and the portion between cd and d corresponds to the n + -type layer 105. The donor impurity concentration n 3 of the n + type layer 103 and the n + type layer 105 depends on the n + type layer 103 and the electrode metal 107.
The height is sufficiently high so that the n + -type layer 105 and the electrode metal 109 can be easily ohmic-joined.

【0025】尚、電極金属107と電極金属109の間
にDC電圧を与えると、AC電流がDC電流に重畳して
現れるのであるが、これは従来のガンダイオードと同じ
現象に基づくので、ここでは説明を省略する。
When a DC voltage is applied between the electrode metal 107 and the electrode metal 109, the AC current appears to be superimposed on the DC current. This is based on the same phenomenon as the conventional Gunn diode. Description is omitted.

【0026】次に、n- 型層111、すなわち、ノッチ
層を設けることによる効果について説明する。最初に、
ノッチ層を設けた理由について説明する。
Next, the effect of providing the n -type layer 111, that is, the notch layer will be described. At first,
The reason for providing the notch layer will be described.

【0027】図3は、上述したガンドメインの動きを計
算機実験によってシミュレーションした図であり、図3
(a) は、ノッチ層を有する本発明のガンダイオードの
場合であり、図3 (b) は、ノッチ層を有しない従来の
ガンダイオードの場合である。尚、n型層、n- 型層、
カソード側のn+ 型層及びアノード側のn+ 型層の伝導
電子濃度を縦軸に、カソード電極とカソード側のn+
層の接合面を原点とし、アノード電極とアノード側のn
+ 型層の接合面方向に進む距離を横軸に示している。図
3から明らかな様に、ノッチ層を有する本発明のガンダ
イオードは従来のノッチ層を有しないガンダイオードと
比べて上述したデッドゾーン (図中Aで示す領域) が小
さくなっていることがわかる。
FIG. 3 is a diagram simulating the above-described movement of the gun domain by a computer experiment.
3A shows the case of the Gunn diode of the present invention having a notch layer, and FIG. 3B shows the case of a conventional Gunn diode having no notch layer. Note that an n-type layer, an n - type layer,
Conduction electron concentration on the cathode side of the n + -type layer and the anode side of the n + -type layer on the vertical axis, the joint surfaces of the cathode electrode and the cathode side of the n + -type layer as the origin, the anode electrode and the anode side n
The horizontal axis indicates the distance that the + -type layer advances in the direction of the bonding surface. As is clear from FIG. 3, the above-described dead zone (the area indicated by A in the figure) of the Gunn diode of the present invention having the notch layer is smaller than that of the conventional Gunn diode having no notch layer. .

【0028】このことは、以下の理由によるものであ
る。
This is due to the following reasons.

【0029】図4は、図3のデッドゾーン付近のドナー
不純物濃度、伝導電子濃度、電界強度を示した図であ
り、ドナー不純物濃度及び伝導電子濃度または電界強度
を縦軸に、デッドゾーン付近のカソード側からアノード
側に進む距離を横軸に示している。尚、図4 (a) は、
ノッチ層を有する本発明のガンダイオードの場合、図4
(b) は、ノッチ層を有しない従来のガンダイオードの
場合であり、それぞれにおいて、太い実線はドナー不純
物濃度を、細い実線は伝導電子濃度、破線は電界強度を
示している。
FIG. 4 is a graph showing the donor impurity concentration, the conduction electron concentration, and the electric field intensity near the dead zone in FIG. 3. The vertical axis represents the donor impurity concentration, the conduction electron concentration, or the electric field intensity. The horizontal axis indicates the distance from the cathode side to the anode side. In addition, FIG.
In the case of the gun diode of the present invention having a notch layer, FIG.
(b) shows the case of a conventional Gunn diode having no notch layer. In each case, the thick solid line indicates the donor impurity concentration, the thin solid line indicates the conduction electron concentration, and the broken line indicates the electric field intensity.

【0030】図4において、従来のガンダイオードと比
べて本発明のガンダイオードにおけるドナー不純物濃度
(図中太い実線) と伝導電子濃度 (図中細い実線) のず
れが大きく、かつ、ずれている距離も長いことがわか
る。距離が約0.5μm〜0.9μmの範囲である。こ
れは、図4 (a) に示す本発明のガンダイオードでは、
ノッチ層を設けたことで、n+ 型層 (距離が約0.5μ
m以下の範囲) とn- 型層 (距離が約0.5μm〜0.
9μmの範囲) の境界 (距離が約0.5μmの箇所) 、
及び、n型層 (距離が約0.9μm以上の範囲) とn-
型層の境界 (距離が約0.9μmの箇所) でドナー不純
物濃度が急激に変化するのに対して、伝導電子濃度がド
ナー不純物濃度の急激な変化に追随できないことによる
ものである。
In FIG. 4, the donor impurity concentration in the gun diode of the present invention is larger than that of the conventional gun diode.
(Thick solid line in the figure) and the conduction electron concentration (thin solid line in the figure) show a large shift, and the shift distance is long. The distance ranges from about 0.5 μm to 0.9 μm. This is because the gun diode of the present invention shown in FIG.
By providing the notch layer, the n + type layer (a distance of about 0.5 μ
m or less) and the n - type layer (the distance is about 0.5 μm to 0.1 μm).
Boundary (range of about 9 μm) (at a distance of about 0.5 μm),
And n-type layer (distance in the range of about 0.9 μm or more) and n
This is because while the donor impurity concentration rapidly changes at the boundary of the mold layer (at a distance of about 0.9 μm), the conduction electron concentration cannot follow the sudden change in the donor impurity concentration.

【0031】また、一般に、ドナー不純物濃度をN、伝
導電子濃度をn、電界強度をEとすると、電界強度E
と、ドナー不純物濃度と伝導電子濃度の差N−nの間に
はポアッソン方程式による次の関係、
Generally, assuming that the donor impurity concentration is N, the conduction electron concentration is n, and the electric field intensity is E, the electric field intensity E
And the difference N−n between the donor impurity concentration and the conduction electron concentration is expressed by the Poisson equation:

【数1】 がある。尚、xは距離、qは電子の電荷量、εは誘電率
とする。
(Equation 1) There is. In addition, x is a distance, q is an electron charge amount, and ε is a dielectric constant.

【0032】式 (3) によれば、伝導電子濃度 (図中細
い実線) がドナー不純物濃度 (図中太い実線) より大き
い領域では電界強度 (図中破線) が増加し、逆の領域で
は減少し、また、ドナー不純物濃度と伝導電子濃度の差
が大きいほど電界強度の変化が大きくなることとなる。
According to equation (3), the electric field strength (dashed line in the figure) increases in the region where the conduction electron concentration (thin solid line in the figure) is higher than the donor impurity concentration (thick solid line in the diagram), and decreases in the opposite region. In addition, the larger the difference between the donor impurity concentration and the conduction electron concentration, the larger the change in the electric field intensity.

【0033】従って、本発明のガンダイオードでは従来
のガンダイオードと比べて、ノッチ層を設けたことによ
り上述したドナー不純物濃度と伝導電子濃度のずれを大
きくし、かつ、ずれている距離を長くするので、式
(3) によりデッドゾーン付近の電界強度を大きくする
ことができる。
Therefore, in the Gunn diode of the present invention, by providing the notch layer, the difference between the above-mentioned donor impurity concentration and the conduction electron concentration is increased, and the shifted distance is lengthened, as compared with the conventional Gunn diode. So the expression
According to (3), the electric field strength near the dead zone can be increased.

【0034】一方、デッドゾーンは上述したように、伝
導電子が電界からエネルギーを得て、負性微分抵抗の性
質を持つことができるようになるまで活性層内を伝導電
子が走行する距離であるので、本発明のガンダイオード
では、デッドゾーン付近の電界強度を大きくすることが
できることから、伝導電子は従来よりも少ない走行距離
で負性微分抵抗の性質を持つのに十分なエネルギーを電
界から得ることができるのである。従って、デッドゾー
ンを短くすることができるのである。
On the other hand, as described above, the dead zone is the distance traveled by the conduction electrons in the active layer until the conduction electrons obtain energy from the electric field and have the property of negative differential resistance. Therefore, in the Gunn diode of the present invention, since the electric field strength near the dead zone can be increased, the conduction electrons obtain sufficient energy from the electric field to have the property of negative differential resistance with a shorter traveling distance than before. You can do it. Therefore, the dead zone can be shortened.

【0035】以上説明したように、本発明のガンダイオ
ードは、ノッチ層を設けることにより、上述のデッドゾ
ーンを減少させ、ガンダイオードの変換効率を向上させ
ることができるのである。
As described above, in the Gunn diode of the present invention, by providing the notch layer, the dead zone described above can be reduced and the conversion efficiency of the Gunn diode can be improved.

【0036】次に、上述したノッチ層の幅の最適化につ
いて説明する。
Next, optimization of the width of the notch layer will be described.

【0037】図5は、図3のデッドゾーン付近のドナー
不純物濃度、伝導電子濃度、電界強度を示した図であ
り、ドナー不純物濃度及び伝導電子濃度または電界強度
を縦軸に、デッドゾーン付近のカソード側からアノード
側に進む距離を横軸に示している。また、図5 (a)
は、ノッチ層の幅が最適値より小さい本発明のガンダイ
オードの場合であり、図5 (b) は、ノッチ層の幅が最
適値より大きい本発明のガンダイオードの場合であり、
それぞれの図において、太い実線はドナー不純物濃度
を、細い実線は伝導電子濃度、破線は電界強度を示して
いる。尚、ここでは、図4 (a) に示す特性がノッチ層
の幅が最適となっている場合とする。
FIG. 5 is a graph showing the donor impurity concentration, the conduction electron concentration, and the electric field intensity near the dead zone in FIG. 3. The vertical axis indicates the donor impurity concentration, the conduction electron concentration, or the electric field intensity. The horizontal axis indicates the distance from the cathode side to the anode side. In addition, FIG.
FIG. 5B shows the case of the Gunn diode of the present invention in which the width of the notch layer is smaller than the optimum value, and FIG. 5B shows the case of the Gunn diode of the present invention in which the width of the notch layer is larger than the optimum value;
In each figure, the thick solid line indicates the donor impurity concentration, the thin solid line indicates the conduction electron concentration, and the broken line indicates the electric field intensity. Here, it is assumed that the characteristic shown in FIG. 4A has the optimum width of the notch layer.

【0038】図5 (a) に示すように、ノッチ層の幅が
小さい場合には、図4 (a) に示す特性がノッチ層の幅
が最適となっている場合と比べて、ドナー不純物濃度
(図中太い実線) と伝導電子濃度 (図中細い実線) のず
れている距離が短く、電界強度(図中破線) の増加がす
ぐに終わっていることがわかる。
As shown in FIG. 5A, when the width of the notch layer is small, the characteristics shown in FIG. 4A show that the donor impurity concentration is lower than when the width of the notch layer is optimum.
It can be seen that the distance between the (solid thick line in the figure) and the conduction electron concentration (thin solid line in the figure) is short, and the increase in the electric field strength (dashed line in the figure) ended immediately.

【0039】また、図5 (b) に示すように、ノッチ層
の幅が大きい場合には、ドナー不純物濃度 (図中太い実
線) の変化に伝導電子濃度 (図中細い実線) が十分追随
することができてしまい、電界強度 (図中破線) の変化
が緩やかになってしまう。このため、電界強度の最高値
は図4 (a) に示す最適な場合と同程度であるが、最高
値になるまでの距離が長くなってしまい、デッドゾーン
の減少にはあまり効果がない。このように、ノッチ層の
幅には最適値があり、その最適値よりも大きくても小さ
くてもノッチ層を設けた効果は小さくなってしまうので
ある。従って、ノッチ層を設けるだけではなく、ノッチ
層の幅の最適化も必要なのである。
As shown in FIG. 5B, when the width of the notch layer is large, the change in the donor impurity concentration (thick solid line in the figure) is sufficiently followed by the conduction electron concentration (thin solid line in the figure). And the change of the electric field strength (broken line in the figure) becomes slow. For this reason, the maximum value of the electric field strength is almost the same as the optimal case shown in FIG. 4A, but the distance until the maximum value becomes long, and there is not much effect on the reduction of the dead zone. As described above, there is an optimum value for the width of the notch layer, and the effect of providing the notch layer is reduced if the width is larger or smaller than the optimum value. Therefore, it is necessary not only to provide the notch layer but also to optimize the width of the notch layer.

【0040】本発明は、ノッチ層の最適な幅を求めるこ
とに特徴があるのである。以下に説明する。
The present invention is characterized by finding the optimum width of the notch layer. This will be described below.

【0041】図6は、数値実験による、本発明のガンダ
イオードにおけるノッチ層の幅と変換効率の関係を示し
た図であり、変換効率を縦軸に、ノッチ層の幅を横軸に
示してある。図6 (a) は、活性層の不純物濃度 (以下
A と記す) とノッチ層の不純物濃度 (以下Nn と記
す) の比NA /Nn が1.6の場合、図6 (b) は、N
A /Nn が2.0の場合、図6 (c) は、NA /Nn
2.4の場合を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the width of the notch layer and the conversion efficiency in the Gunn diode of the present invention by a numerical experiment. The conversion efficiency is shown on the vertical axis, and the width of the notch layer is shown on the horizontal axis. is there. FIG. 6A shows the case where the ratio N A / N n of the impurity concentration of the active layer (hereinafter referred to as N A ) and the impurity concentration of the notch layer (hereinafter referred to as N n ) is 1.6. ) Is N
If A / N n is 2.0, FIG. 6 (c), N A / N n indicates the case 2.4.

【0042】図6 (a) に示すように、活性層の不純物
濃度とノッチ層の不純物濃度の比NA /Nn が1.6の
場合には、ノッチ層がないとき (ノッチ層の幅が0μm
の箇所) と比べて少なくとも30%変換効率を上げるた
めには、ノッチ層の幅が0.26μm以上0.50μm
以下 (図中Aで示す範囲) であることが必要である。ま
た、少なくとも50%変換効率を上げるためには、0.
33μm以上0.43μm以下 (図中Bで示す範囲) で
あることが必要である。更に、最も変換効率が上がる最
適値は0.36μmである。
As shown in FIG. 6A, when the ratio N A / N n of the impurity concentration of the active layer to the impurity concentration of the notch layer is 1.6, when there is no notch layer (the width of the notch layer). Is 0 μm
In order to increase the conversion efficiency by at least 30% as compared with (), the width of the notch layer is 0.26 μm or more and 0.50 μm or more.
It is necessary to be below (the range indicated by A in the figure). Further, in order to increase the conversion efficiency by at least 50%, it is necessary to use 0.1.
It is necessary that the thickness be 33 μm or more and 0.43 μm or less (range indicated by B in the drawing). Further, the optimum value that maximizes the conversion efficiency is 0.36 μm.

【0043】図6 (b) に示すように、NA /Nn
2.0の場合には、ノッチ層がないときと比べて少なく
とも30%変換効率を上げるためには、ノッチ層の幅が
0.14μm以上0.54μm以下 (図中Aで示す範
囲) であることが必要である。また、少なくとも50%
変換効率を上げるためには、0.18μm以上0.47
μm以下 (図中Bで示す範囲) であることが必要であ
る。更に、最も変換効率が上がる最適値は0.28μm
である。
As shown in FIG. 6B, when N A / N n is 2.0, in order to increase the conversion efficiency by at least 30% as compared with the case where there is no notch layer, the width of the notch layer is required. Is required to be not less than 0.14 μm and not more than 0.54 μm (the range indicated by A in the figure). Also, at least 50%
To increase the conversion efficiency, 0.18 μm or more and 0.47
μm or less (the range indicated by B in the figure). Further, the optimum value at which the conversion efficiency is highest is 0.28 μm.
It is.

【0044】図6 (c) に示すように、NA /Nn
2.4の場合には、ノッチ層がないときと比べて少なく
とも30%変換効率を上げるためには、ノッチ層の幅が
0.07μm以上0.49μm以下 (図中Aで示す範
囲) であることが必要である。また、少なくとも50%
変換効率を上げるためには、0.11μm以上0.44
μm以下 (図中Bで示す範囲) であることが必要であ
る。更に、最も変換効率が上がる最適値は0.20μm
である。
As shown in FIG. 6C, when N A / N n is 2.4, the width of the notch layer is required to increase the conversion efficiency by at least 30% as compared with the case where the notch layer is not provided. Must be 0.07 μm or more and 0.49 μm or less (in the range indicated by A in the figure). Also, at least 50%
In order to increase the conversion efficiency, 0.11 μm or more and 0.44
μm or less (the range indicated by B in the figure). Further, the optimum value at which the conversion efficiency is highest is 0.20 μm.
It is.

【0045】上述の結果から、活性層の不純物濃度とノ
ッチ層の不純物濃度の比NA /Nnをxとすると、ノッ
チ層の厚みを 0.156x2 −0.862x+1.24 (μm) 以上、 −0.281x2 +1.11x−0.56 (μm) 以下とすることで、ノッチ層がないときと比べて少なく
とも30%変換効率を上げることができる。
[0045] From the above results, when the ratio N A / N n impurity concentration of the impurity concentration and the notch layer of the active layer and x, the thickness of the notch layer 0.156x 2 -0.862x + 1.24 (μm) or more , -0.281x 2 + 1.11x-0.56 (μm) or less, the conversion efficiency can be increased by at least 30% as compared with the case where the notch layer is not provided.

【0046】また、ノッチ層の厚みを 0.250x2 −1.28x+1.73 (μm) 以上、 −0.219x2 +0.888x−0.43 (μm) 以下とすることで、ノッチ層がないときと比べて少なく
とも50%変換効率を上げることができる。
[0046] Further, the thickness of the notch layer 0.250x 2 -1.28x + 1.73 (μm) or more, is set to be lower than or equal -0.219x 2 + 0.888x-0.43 (μm ), there is no notch layer The conversion efficiency can be increased by at least 50% as compared with the case where it is.

【0047】次に、上述した数値計算により最適化され
たノッチ層に基づき作製したガンダイオードの実施例を
図面を参照して説明する。図7は、本実施例のガンダイ
オードの断面図である。図7を用いて、本実施例のガン
ダイオードの製造法を説明する。尚、本実施例は、図6
(b) に示すNA /Nn が2.0の場合に相当し、ノッ
チ層の幅は最も変換効率が上がると計算された0.28
μmを採用している。
Next, an embodiment of a Gunn diode manufactured based on the notch layer optimized by the above numerical calculation will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view of the Gunn diode of the present embodiment. With reference to FIG. 7, a method for manufacturing the gun diode of the present embodiment will be described. In this embodiment, FIG.
(b) corresponds to the case where N A / N n is 2.0, and the width of the notch layer is 0.28, which is calculated to be the highest conversion efficiency.
μm is adopted.

【0048】まず、n+ 型GaAs基板701 (ドーパ
ント:Si、不純物濃度:1×1018cm-3) の一主面上
に、n+ 型GaAs層703 (ドーパント:Si、不純
物濃度:1×1018cm-3、幅:1.0μm) 、n型Ga
As活性層705 (ドーパント:Si、不純物濃度:1
×1016cm-3、幅:1.6μm) 、n- 型GaAsノッ
チ層707 (ドーパント:Si、不純物濃度:0.5×
1016cm-3、幅:0.28μm) 、n+ 型GaAs層7
09 (ドーパント:Si、不純物濃度:1×1018c
m-3、幅:0.3μm) をMBE法 (分子線エピタキシ
ー成長法) によってエピタキシャル成長させる。
First, an n + -type GaAs layer 703 (dopant: Si, impurity concentration: 1 ×) is formed on one main surface of an n + -type GaAs substrate 701 (dopant: Si, impurity concentration: 1 × 10 18 cm −3 ). 10 18 cm −3 , width: 1.0 μm), n-type Ga
As active layer 705 (dopant: Si, impurity concentration: 1
× 10 16 cm −3 , width: 1.6 μm), n -type GaAs notch layer 707 (dopant: Si, impurity concentration: 0.5 ×
10 16 cm −3 , width: 0.28 μm), n + type GaAs layer 7
09 (dopant: Si, impurity concentration: 1 × 10 18 c
m −3 , width: 0.3 μm) is epitaxially grown by MBE (molecular beam epitaxy).

【0049】そして、前記n+ 型GaAs基板701の
他の主面上に電極金属711 (Au−Ge−Ni) を、
前記n+ 型GaAs層709上に電極金属713 (Au
−Ge−Ni) を形成すれば、図7に示すようなガンダ
イオードが得られる。
Then, an electrode metal 711 (Au-Ge-Ni) is deposited on the other main surface of the n + -type GaAs substrate 701.
On the n + -type GaAs layer 709, an electrode metal 713 (Au
-Ge-Ni), a Gunn diode as shown in FIG. 7 is obtained.

【0050】次に、上述した製造方法により作製したガ
ンダイオードで発振実験を行った。結果は、変換効率が
5.2%、出力が81mWであった。比較例として、上
述した製造方法において、n- 型GaAsノッチ層70
7を形成せずに、n型GaAs活性層705の幅をノッ
チ層707の幅 (0.28μm) 分だけ大きくした、ノ
ッチ層のないガンダイオードも作製し同様に発振実験を
行った。結果は、変換効率が2%、出力が52mWであ
った。従って、160%変換効率を上げることができ
た。
Next, an oscillation experiment was performed using the Gunn diode manufactured by the above-described manufacturing method. As a result, the conversion efficiency was 5.2% and the output was 81 mW. As a comparative example, the n -type GaAs notch layer 70
7 was formed, a Gunn diode without a notch layer in which the width of the n-type GaAs active layer 705 was increased by the width of the notch layer 707 (0.28 μm) was also manufactured, and an oscillation experiment was performed in the same manner. As a result, the conversion efficiency was 2%, and the output was 52 mW. Therefore, the conversion efficiency was increased by 160%.

【0051】従って、以上の結果から、ノッチ層を有す
るガンダイオードにおいて、活性層の不純物濃度とノッ
チ層の不純物濃度の比NA /Nn をxとしたときに、ノ
ッチ層の幅を、0.156x2 −0.862x+1.2
4 (μm) 以上−0.281x2 +1.11x−0.5
6 (μm) 以下とすることで、デッドゾーンを減少させ
て少なくとも30%変換効率を向上させることができ
る。また、ノッチ層の幅を、0.250x2 −1.28
x+1.73 (μm) 以上−0.219x2 +0.88
8x−0.43 (μm) 以下とすることで、デッドゾー
ンを減少させて少なくとも50%変換効率を向上させる
ことができる。また、n+ nn+ 構造を保持しているの
で電極金属との接合も十分なオーミック接合となり、信
頼性を損なうことはない。
Accordingly, from the above results, in the Gunn diode having the notch layer, when the ratio N A / N n of the impurity concentration of the active layer to the impurity concentration of the notch layer is x, the width of the notch layer is set to 0. .156x 2 -0.862x + 1.2
4 ([mu] m) or more -0.281x 2 + 1.11x-0.5
When the thickness is 6 (μm) or less, the dead zone can be reduced and the conversion efficiency can be improved by at least 30%. Also, the width of the notch layer, 0.250x 2 -1.28
x + 1.73 (μm) or more−0.219 × 2 + 0.88
By setting it to 8 × −0.43 (μm) or less, the dead zone can be reduced and the conversion efficiency can be improved by at least 50%. Further, since the n + nn + structure is maintained, the junction with the electrode metal becomes a sufficient ohmic junction, and the reliability is not impaired.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性層の一部にノッチ層を設け、その幅を最適化したた
め、デッドゾーンの発生を抑制することができ、変換効
率を顕著に向上させることができる。更に、n+ nn+
構造を保持しているので、高信頼性を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention, the notch layer is provided in a part of the active layer and the width thereof is optimized, so that the occurrence of a dead zone can be suppressed and the conversion efficiency can be significantly reduced. Can be improved. Furthermore, n + nn +
Since the structure is maintained, high reliability can be obtained.

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

【図1】本発明のガンダイオードの構造の一例を示す構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the structure of a Gunn diode of the present invention.

【図2】本発明のガンダイオードのドナー不純物濃度の
一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a donor impurity concentration of a Gunn diode of the present invention.

【図3】本発明のガンダイオードにおけるガンドメイン
を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a gun domain in the gun diode of the present invention.

【図4】本発明のガンダイオードにおけるガンドメイン
を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a gun domain in the gun diode of the present invention.

【図5】本発明のガンダイオードにおけるガンドメイン
を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a gun domain in the gun diode of the present invention.

【図6】本発明のガンダイオードにおけるノッチ層と変
換効率の関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the notch layer and the conversion efficiency in the Gunn diode of the present invention.

【図7】本発明のガンダイオードの構造の一例を示す断
面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing an example of the structure of the Gunn diode of the present invention.

【図8】GaAs内の電界強度と伝導電子の関係を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between electric field strength and conduction electrons in GaAs.

【図9】従来のガンダイオードの構造の一例を示す構成
図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of the structure of a conventional Gunn diode.

【図10】従来のガンダイオードのドナー不純物濃度の
一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a donor impurity concentration of a conventional Gunn diode.

【図11】従来のガンダイオードにおけるガンドメイン
を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a gun domain in a conventional gun diode.

【図12】他の従来のガンダイオードの構造の一例を示
す構成図である。
FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of the structure of another conventional Gunn diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、705、901、1201 n型層 (活性層) 103、105、703、709、903、905、1
203 n+ 型層 107、109、711、713、907、909、1
205、1207 電極金属 111、707 n- 型層 (低濃度層又はノッチ層) 701 GaAs基板
101, 705, 901, 1201 n-type layer (active layer) 103, 105, 703, 709, 903, 905, 1
203 n + type layers 107, 109, 711, 713, 907, 909, 1
205, 1207 Electrode metal 111, 707 n - type layer (low concentration layer or notch layer) 701 GaAs substrate

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 化合物半導体からなる活性層と、前記活
性層の一部に設けられた低濃度層と、前記活性層を挟む
電極とを有するガンダイオードで構成された半導体装置
において、 前記活性層の濃度と前記低濃度層の濃度の比をxとする
と、前記低濃度層の幅が、 0.156x2 −0.862x+1.24 (μm) 以上 −0.281x2 +1.11x−0.56 (μm) 以下 であることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising a gun diode having an active layer made of a compound semiconductor, a low-concentration layer provided on a part of the active layer, and an electrode sandwiching the active layer. When the concentration ratio of the concentration of the low concentration layer to x, the width of the low concentration layer, 0.156x 2 -0.862x + 1.24 (μm ) or more -0.281x 2 + 1.11x-0.56 (μm) or less.
【請求項2】 化合物半導体からなる活性層と、前記活
性層の一部に設けられた低濃度層と、前記活性層を挟む
電極とを有するガンダイオードで構成された半導体装置
において、 前記活性層の濃度と前記低濃度層の濃度の比をxとする
と、前記低濃度層の幅が、 0.250x2 −1.28x+1.73 (μm) 以上 −0.219x2 +0.888x−0.43 (μm) 以
下 であることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device comprising a gun diode having an active layer made of a compound semiconductor, a low-concentration layer provided on a part of the active layer, and an electrode sandwiching the active layer. When the concentration ratio of the concentration of the low concentration layer to x, the width of the low concentration layer, 0.250x 2 -1.28x + 1.73 (μm ) or more -0.219x 2 + 0.888x-0.43 (μm) or less.
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