JP2660808B2 - 超高周波半導体装置及び超高周波発振器 - Google Patents
超高周波半導体装置及び超高周波発振器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ミリ波よりサブミリ波
帯の波長の短い領域の送受信機等に用いる超高周波半導
体装置及び超高周波発振器に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ミリ波
帯以上の周波数の半導体発振器用のダイオードとして、
半導体ダイオードの逆方向トンネル電流とその走行時間
効果による負性抵抗ダイオードのタンネットダイオード
は逆方向のなだれ注入によるインパットダイオードより
も高周波化でき、バイアス電圧も小さくかつ低雑音とい
う優れた特徴を有している。本発明者等によりＧａＡｓ
のタンネットダイオードで、基本波の３３８ＧＨｚまで
のパルス発振、１９０ＧＨｚ程度のＣＷ発振が実現され
ている。 【０００３】本発明は、更に性能の良い新規な超高周波
半導体装置及び超高周波発振器を提供することを目的と
する。 【０００４】 【課題を解決するための手段】このため本発明は、トン
ネル注入接合を、トンネル注入の生起し易い、禁制帯幅
の小さい半導体で形成し、キャリアの走行層となる領域
の大部分はトンネル注入層よりも禁制帯幅の大きい半導
体で形成したトンネル注入型の走行時間効果による負性
抵抗ダイオードを提供することを特徴とし、更にこのダ
イオードによる発振器を提供することを特徴とする。 【０００５】 【作用】半導体材料の禁制帯幅、バンド構造、有効質量
等の物性パラメータによって、ｐｎ接合のトンネル注入
現象の生起し易さが決まる。ｐｎ接合の逆方向バイアス
を用いるタンネットダイオードでは、トンネル注入が生
起し易い材料が望ましい。禁制帯幅が小さく、有効質量
が小さくかつ直接遷移のバンド構造を有する材料がトン
ネル注入には適している。 【０００６】三角形のポテンシャルダイヤグラム（ポテ
ンシャルエネルギーと場所の函数）で、トンネル注入確
率Ｔｔは数１となる。 【０００７】 【数１】 【０００８】ここでＥｇは禁制帯幅、ｍ＊は電子の有効
質量、ｈはブランク定数を２πで除したもの、Ｅは接合
部の最大電界強度である。 【０００９】接合の電界強度を０．５ＭＶ／ｃｍから３
ＭＶ／ｃｍと変化させたときの、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、
ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂの電子の３００°ＫのＴｔ
を表１に示す。ｍｏは真空中の電子の質量である。 【００１０】 【表１】 【００１１】ＧａＡｓ、ＩｎＰよりも、禁制帯幅の小さ
いＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂの方がはるかにＴｔが
大きいことがわかる。正孔のトンネル確率も同様にして
計算できる。この場合も禁制帯幅の小さい半導体材料が
Ｔｔが大きくなる。ＧａＡｓよりもＴｔの大きい半導体
あるいは混晶によりトンネル注入接合を形成し、他の領
域をＧａＡｓ、ＩｎＰのような禁制帯幅の大きい半導体
で形成することにより、トンネル注入接合に必要な電圧
は減少し、走行領域には、なだれ注入が生起しない限界
まで、電圧をかけられるので、直流より超高周波の変換
を効率良く行うことができる。 【００１２】直流から超高周波への変換効率は、トンネ
ル注入領域及び走行領域に印加される直流バイアス電圧
をＶｔ、Ｖｄとした時にＶｄ／（Ｖｔ＋Ｖｄ）に比例す
るので、Ｖｔが小さい程良いことになる。ｐｎ接合の不
純物密度分布によって、トンネル注入層に必要な電圧は
変化するが、Ｔｔの大きい材料では、Ｖｔも小さくて済
むようになり、ＧａＡｓのような禁制帯幅の大きい半導
体によるトンネル注入接合よりも小さいＶｔで済み、変
換効率が向上する。 【００１３】 【実施例】以下図面を参照して、詳細に説明する。図１
は、本発明の従来の超高周波半導体装置のダイオードの
断面図である。 【００１４】図１（ａ）において、ｐ＋−ｎ＋接合１、
２は禁制帯幅の小さい半導体、その両側のｐ、ｐ＋層
３、５及びｎ、ｎ＋層４、６はｐ＋−ｎ＋接合よりも禁
制帯幅の大きい半導体、７、８はそれぞれｐ＋層５及び
ｎ＋層６への抵抗性接触、９、１０はｐ、ｎの電極端子
である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のダイオードに逆方
向電圧を加えてできる空乏層領域が、１、２、３、４の
各層にできたときの電界強度分布の概略図で１、２、
３、４の各層の不純物密度が一定の時のものである。 【００１５】ｐ＋−ｎ＋接合にできる電界強度がトンネ
ル注入が生起するようにし、トンネル注入した電子と正
孔は、それぞれ前記ｐ＋−ｎ＋領域のトンネル接合と禁
制帯幅の大きい半導体のｎ層４及びｐ層３を走行し、不
純物密度の高いｎ＋層６、ｐ＋層５に到達する。このと
きの走行時間効果により負性抵抗が発生する。 【００１６】禁制帯幅の小さい半導体の誘電率をεｔ、
拡散電位をＶｂｔ、ｐ＋層１の不純物密度をＮｐｔ、ｎ
＋層２の不純物密度をＮｎｔで一定としたときには、空
乏層の幅は、逆方向電圧を−Ｖａとすれば、そのときの
空乏層幅Ｗｔは数２となる。 【００１７】ｐ＋層１の空乏層の厚さＷｐ＋、Ｎ＋層２
の空乏層の厚さＷｎ＋としたときの空乏層の条件は、数
３、数４のようになる。 【００１７】ｐ＋層１の厚さＷｐ＋、Ｎ＋層２の厚さＷ
ｎ＋としたときの空乏層の条件は、数３、数４のように
なる。 【００１８】 【数３】 【００１９】 【数４】 【００２０】ＧａＡｓのｐ＋ｎ＋接合では実験の結果最
大電界強度Ｅｍａｘ≧１〜１．５ＭＶ／ｃｍでトンネル
注入特性が顕著になりこのときのトンネル注入確率Ｔｔ
は数１より１０−１３〜２×１０−８程度となってい
る。ＧａＳｂでＥが０．５ＭＶ／ｃｍではＴｔが３．７
×１０−８になっている。ＧａＳｂを用いた場合拡散電
位だけでできる接合部の最大電界強度とそのときにでき
る空乏層、Ｎｐｔ＝Ｎｎｔ＝１０１９ｃｍ−３、εｔ＝
１５．７εｏ（ここでεｏは真空の誘電率）のときに、
おおよそＷｐ＋＝Ｗｎ＋＝２１５Å、Ｗ＝４３０Åとな
りそのとき接合部の最大電界強度は約３．３×１０５ｋ
Ｖ／ｃｍとなりトンネル注入には十分である。トンネル
注入領域は薄い程良く、又最大電界強度も高い程良いの
で、数２、数３、数４で、空乏層化して、接合の電界強
度が高くなるようにすれば良い。Ｗｐ＋＝Ｗｎ＋＝１０
０Åとしたときに拡散電位分だけで空乏層化するには、
Ｎｐｔ＝Ｎｎｔ＝２．５×１０１９ｃｍ−３位にすれば
良い。トンネル注入領域が非常に薄く、殆どｐ、ｎ層が
走行領域の場合、走行領域となるｐ、ｎ層の厚さは、最
大トンネル注入位相がπ／２注入のときには、走行角を
３／２πラジアンとすれば良い。電子と正孔の飽和速度
をＶｓｎ及びＶｓｐとすれば、ｐ層３の厚さＷｐ、ｎ層
３の厚さＷｎとは次の関係がある。 【００２１】 【数５】 【００２２】ここでｆは動作周波数である。ｖｓｎ、ｖ
ｓｐを１０７ｃｍ／ｓｅｃとすれば、ｆ＝３００ＧＨ
ｚ、１０００ＧＨｚ（１ＴＨｚ）、３、１０ＴＨｚのと
きのＷｎ、Ｗｐはそれぞれ０．２５μｍ、７２８Å、２
５０Å、７３Å程度となる。 【００２３】ｐ、ｎ層の厚さが動作周波数によって数５
で決まれば、その不純物密度が一様なときのＮｐ、Ｎｎ
と空乏層化させるのに必要な電圧Ｖｐ、Ｖｎはそれぞれ
次式で求まる。 【００２４】 【数６】 【００２５】ここでεｄは、走行層となる領域の禁制帯
の大きい半導体の誘電率である。ＧａＡｓの場合、Ｎｐ
＝Ｎｎ＝１０１６ｃｍ−３でＷｎ−Ｗｐ＝１０００Åと
した場合、Ｖｐ＝Ｖｎ＝８３ｍＶとなる。又、Ｎｐ＝Ｎ
ｎ＝１０１７ｃｍ−３でＷｎ＝Ｗｐ＝１０００Åのとき
にはＶｐ＝Ｖｎ＝０．８３Ｖ程度の値となる。 【００２６】以上のように設計し、動作領域１、２、
３、４を空乏層化し、ｐ＋−ｎ＋接合で十分にトンネル
注入が生起し、なだれ注入が生じないようにすれば良
い。実施例よりわかるように、周波数が高くなるほどダ
イオードの厚さは薄くて済み、必要な外部逆バイアス電
圧が、従来のＧａＡｓのような禁制帯幅の大きい半導体
に比べて小さくて良いことがわかる。 【００２７】ｐ＋、ｎ＋層５、６は、不純物密度の高い
領域で１０１８ｃｍ−３以上とすれば良く、ｎ＋基板を
６とした場合、ｐ＋層は、放熱のためのヒートシンクに
接する面とすれば良い。その時には厚さは薄くし、望ま
しくは０．５μｍ以下とすれば良い。 【００２８】図２は、本発明の実施例である。図１に示
した装置の場合、禁制帯幅の異なる半導体では格子定数
が異なるために、格子歪による転位が発生し易くなるこ
とを緩和するのが本発明である。図中１２、１３はそれ
ぞれ禁制帯幅の小さい半導体から大きい半導体へ組成を
変えるｐ及びｎの半導体層である。このようにすること
によって、ある程度格子歪を低減することができる。 【００２９】実施例中での不純物密度分布の他に、超階
段接合等を用いることもでき、その場合も動作層を全領
域空乏層化し、トンネル注入を能率良く生起させるよう
にすれば良い。 【００３０】実施例において、トンネル注入層にＧａＳ
ｂ、走行領域にＧａＡＳを用いた。トンネル注入確率Ｔ
ｔはＴｔ∝ｅｘｐ（−ＡＥｇ ３／２）（ここでＡは定
数）となるので、禁制帯幅によって変化するので、トン
ネル注入層１、２及び走行領域は混晶を用いても良い。
例えばＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ、Ｉｎ１−ｘＧａｘＳｂ、
ＧａＳｂ１−ｙＡＳｙ等の材料にし、トンネル注入層
１、２は禁制帯幅を１ｅＶ以下とすれば効果的である。
走行領域は、トンネル注入層よりも禁制帯幅の大きい混
晶としても良い。 【００３１】実施例ではトンネル注入層と走行層をそれ
ぞれ計算したが、周波数が高くなり、トンネル注入層と
走行層の厚さが近づいたときには、当然ｐ＋−ｎ＋層
１、２中の走行時間も無視できなくなる。その場合に
は、ｐ＋−ｎ＋層１、２の厚さも考えて、走行層を設計
すれば良い。又、トンネル注入層の一部が、走行領域と
なっても大部分の走行層が禁制帯幅のより大きな半導体
となっていれば良いのである。 【００３２】図２で述べた本発明の超高周波半導体装置
を用いた超高周波発振器についての実施例を図３に示
す。導波管によるキャビティ２０の断面を示している。
２１は反射器、２２は本発明の超高周波半導体装置でｐ
側をキャビティに圧着し、ｎ側電極は、キャビティとは
絶縁されたバイアス電極２３により端子を外部に取り出
し、外部のバイアス電源２４と保護抵抗２５により、ｐ
側電極を−、ｎ側電極を＋にバイアスし、逆バイアス状
態にしていて、バイアス電源を調節し、電流を流すこと
により、しきい値電流以上で、ミリ波からサブミリ波の
発振により、電磁波２６を出力し、発振器を実現でき
る。キャビティは図示した矩形、円形以外の外部共振器
等、この周波帯で用いられているファブリペロー形、ブ
ラッグ反射による共振器等の周知のものでも良いことは
いうまでもない。バイアス電源は、直流、パルスが用い
ることができ用途に応じて選定すれば良い。 【００３３】本発明の超高周波半導体装置の製造は、以
下の方法で実施できる。図２の構造は、ｎ＋基板１上
に、ｎ＋−ｎｎ−ｎ＋ｐ＋−ｐ−ｐ−ｐ＋層を光励起分
子層あるいは分子層エピタキシャル成長法、分子線エピ
タキシャル成長法、ＭＯＣＶＤ法等により、ヘテロエピ
タキシャル成長を行う。次にｐ＋層５へ、Ａｕ−Ｚｎ、
Ａｇ−Ｚｎ、Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｕのような金属薄膜
を真空蒸着しガス中で熱処理をし抵抗性接触７を形成し
た後に、支持となる金属を電解メッキ法で形成し、ｎ＋
基板６を削ることにより１〜１０μｍ程度まで薄くし
て、ｎ＋層６へＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ−Ａｕ等の金属薄膜を
真空蒸着し、熱処理をして抵抗性接触８を形成した後
に、ワイヤソー、打ち抜き、リソグラフィーによりエッ
チングする方法等の周知の方法で、円形あるいは四角の
ダイオードペレットを形成したのちに、適当なパッケー
ジに収容し、接合面積を化学エッチングにより調節し、
表面処理をすることによって製作することができる。 【００３４】 【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の超高
周波半導体装置及び超高周波発振器は、非常に低い電圧
で高い周波数領域まで動作し、現在発振器として使える
半導体素子がタンネットダイオード以外殆どないミリ波
からサブミリ波領域で寿命の長い、小形軽量な発振器を
実現できるので、工業的に価値の高いものである。
帯の波長の短い領域の送受信機等に用いる超高周波半導
体装置及び超高周波発振器に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ミリ波
帯以上の周波数の半導体発振器用のダイオードとして、
半導体ダイオードの逆方向トンネル電流とその走行時間
効果による負性抵抗ダイオードのタンネットダイオード
は逆方向のなだれ注入によるインパットダイオードより
も高周波化でき、バイアス電圧も小さくかつ低雑音とい
う優れた特徴を有している。本発明者等によりＧａＡｓ
のタンネットダイオードで、基本波の３３８ＧＨｚまで
のパルス発振、１９０ＧＨｚ程度のＣＷ発振が実現され
ている。 【０００３】本発明は、更に性能の良い新規な超高周波
半導体装置及び超高周波発振器を提供することを目的と
する。 【０００４】 【課題を解決するための手段】このため本発明は、トン
ネル注入接合を、トンネル注入の生起し易い、禁制帯幅
の小さい半導体で形成し、キャリアの走行層となる領域
の大部分はトンネル注入層よりも禁制帯幅の大きい半導
体で形成したトンネル注入型の走行時間効果による負性
抵抗ダイオードを提供することを特徴とし、更にこのダ
イオードによる発振器を提供することを特徴とする。 【０００５】 【作用】半導体材料の禁制帯幅、バンド構造、有効質量
等の物性パラメータによって、ｐｎ接合のトンネル注入
現象の生起し易さが決まる。ｐｎ接合の逆方向バイアス
を用いるタンネットダイオードでは、トンネル注入が生
起し易い材料が望ましい。禁制帯幅が小さく、有効質量
が小さくかつ直接遷移のバンド構造を有する材料がトン
ネル注入には適している。 【０００６】三角形のポテンシャルダイヤグラム（ポテ
ンシャルエネルギーと場所の函数）で、トンネル注入確
率Ｔｔは数１となる。 【０００７】 【数１】 【０００８】ここでＥｇは禁制帯幅、ｍ＊は電子の有効
質量、ｈはブランク定数を２πで除したもの、Ｅは接合
部の最大電界強度である。 【０００９】接合の電界強度を０．５ＭＶ／ｃｍから３
ＭＶ／ｃｍと変化させたときの、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、
ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂの電子の３００°ＫのＴｔ
を表１に示す。ｍｏは真空中の電子の質量である。 【００１０】 【表１】 【００１１】ＧａＡｓ、ＩｎＰよりも、禁制帯幅の小さ
いＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＳｂの方がはるかにＴｔが
大きいことがわかる。正孔のトンネル確率も同様にして
計算できる。この場合も禁制帯幅の小さい半導体材料が
Ｔｔが大きくなる。ＧａＡｓよりもＴｔの大きい半導体
あるいは混晶によりトンネル注入接合を形成し、他の領
域をＧａＡｓ、ＩｎＰのような禁制帯幅の大きい半導体
で形成することにより、トンネル注入接合に必要な電圧
は減少し、走行領域には、なだれ注入が生起しない限界
まで、電圧をかけられるので、直流より超高周波の変換
を効率良く行うことができる。 【００１２】直流から超高周波への変換効率は、トンネ
ル注入領域及び走行領域に印加される直流バイアス電圧
をＶｔ、Ｖｄとした時にＶｄ／（Ｖｔ＋Ｖｄ）に比例す
るので、Ｖｔが小さい程良いことになる。ｐｎ接合の不
純物密度分布によって、トンネル注入層に必要な電圧は
変化するが、Ｔｔの大きい材料では、Ｖｔも小さくて済
むようになり、ＧａＡｓのような禁制帯幅の大きい半導
体によるトンネル注入接合よりも小さいＶｔで済み、変
換効率が向上する。 【００１３】 【実施例】以下図面を参照して、詳細に説明する。図１
は、本発明の従来の超高周波半導体装置のダイオードの
断面図である。 【００１４】図１（ａ）において、ｐ＋−ｎ＋接合１、
２は禁制帯幅の小さい半導体、その両側のｐ、ｐ＋層
３、５及びｎ、ｎ＋層４、６はｐ＋−ｎ＋接合よりも禁
制帯幅の大きい半導体、７、８はそれぞれｐ＋層５及び
ｎ＋層６への抵抗性接触、９、１０はｐ、ｎの電極端子
である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のダイオードに逆方
向電圧を加えてできる空乏層領域が、１、２、３、４の
各層にできたときの電界強度分布の概略図で１、２、
３、４の各層の不純物密度が一定の時のものである。 【００１５】ｐ＋−ｎ＋接合にできる電界強度がトンネ
ル注入が生起するようにし、トンネル注入した電子と正
孔は、それぞれ前記ｐ＋−ｎ＋領域のトンネル接合と禁
制帯幅の大きい半導体のｎ層４及びｐ層３を走行し、不
純物密度の高いｎ＋層６、ｐ＋層５に到達する。このと
きの走行時間効果により負性抵抗が発生する。 【００１６】禁制帯幅の小さい半導体の誘電率をεｔ、
拡散電位をＶｂｔ、ｐ＋層１の不純物密度をＮｐｔ、ｎ
＋層２の不純物密度をＮｎｔで一定としたときには、空
乏層の幅は、逆方向電圧を−Ｖａとすれば、そのときの
空乏層幅Ｗｔは数２となる。 【００１７】ｐ＋層１の空乏層の厚さＷｐ＋、Ｎ＋層２
の空乏層の厚さＷｎ＋としたときの空乏層の条件は、数
３、数４のようになる。 【００１７】ｐ＋層１の厚さＷｐ＋、Ｎ＋層２の厚さＷ
ｎ＋としたときの空乏層の条件は、数３、数４のように
なる。 【００１８】 【数３】 【００１９】 【数４】 【００２０】ＧａＡｓのｐ＋ｎ＋接合では実験の結果最
大電界強度Ｅｍａｘ≧１〜１．５ＭＶ／ｃｍでトンネル
注入特性が顕著になりこのときのトンネル注入確率Ｔｔ
は数１より１０−１３〜２×１０−８程度となってい
る。ＧａＳｂでＥが０．５ＭＶ／ｃｍではＴｔが３．７
×１０−８になっている。ＧａＳｂを用いた場合拡散電
位だけでできる接合部の最大電界強度とそのときにでき
る空乏層、Ｎｐｔ＝Ｎｎｔ＝１０１９ｃｍ−３、εｔ＝
１５．７εｏ（ここでεｏは真空の誘電率）のときに、
おおよそＷｐ＋＝Ｗｎ＋＝２１５Å、Ｗ＝４３０Åとな
りそのとき接合部の最大電界強度は約３．３×１０５ｋ
Ｖ／ｃｍとなりトンネル注入には十分である。トンネル
注入領域は薄い程良く、又最大電界強度も高い程良いの
で、数２、数３、数４で、空乏層化して、接合の電界強
度が高くなるようにすれば良い。Ｗｐ＋＝Ｗｎ＋＝１０
０Åとしたときに拡散電位分だけで空乏層化するには、
Ｎｐｔ＝Ｎｎｔ＝２．５×１０１９ｃｍ−３位にすれば
良い。トンネル注入領域が非常に薄く、殆どｐ、ｎ層が
走行領域の場合、走行領域となるｐ、ｎ層の厚さは、最
大トンネル注入位相がπ／２注入のときには、走行角を
３／２πラジアンとすれば良い。電子と正孔の飽和速度
をＶｓｎ及びＶｓｐとすれば、ｐ層３の厚さＷｐ、ｎ層
３の厚さＷｎとは次の関係がある。 【００２１】 【数５】 【００２２】ここでｆは動作周波数である。ｖｓｎ、ｖ
ｓｐを１０７ｃｍ／ｓｅｃとすれば、ｆ＝３００ＧＨ
ｚ、１０００ＧＨｚ（１ＴＨｚ）、３、１０ＴＨｚのと
きのＷｎ、Ｗｐはそれぞれ０．２５μｍ、７２８Å、２
５０Å、７３Å程度となる。 【００２３】ｐ、ｎ層の厚さが動作周波数によって数５
で決まれば、その不純物密度が一様なときのＮｐ、Ｎｎ
と空乏層化させるのに必要な電圧Ｖｐ、Ｖｎはそれぞれ
次式で求まる。 【００２４】 【数６】 【００２５】ここでεｄは、走行層となる領域の禁制帯
の大きい半導体の誘電率である。ＧａＡｓの場合、Ｎｐ
＝Ｎｎ＝１０１６ｃｍ−３でＷｎ−Ｗｐ＝１０００Åと
した場合、Ｖｐ＝Ｖｎ＝８３ｍＶとなる。又、Ｎｐ＝Ｎ
ｎ＝１０１７ｃｍ−３でＷｎ＝Ｗｐ＝１０００Åのとき
にはＶｐ＝Ｖｎ＝０．８３Ｖ程度の値となる。 【００２６】以上のように設計し、動作領域１、２、
３、４を空乏層化し、ｐ＋−ｎ＋接合で十分にトンネル
注入が生起し、なだれ注入が生じないようにすれば良
い。実施例よりわかるように、周波数が高くなるほどダ
イオードの厚さは薄くて済み、必要な外部逆バイアス電
圧が、従来のＧａＡｓのような禁制帯幅の大きい半導体
に比べて小さくて良いことがわかる。 【００２７】ｐ＋、ｎ＋層５、６は、不純物密度の高い
領域で１０１８ｃｍ−３以上とすれば良く、ｎ＋基板を
６とした場合、ｐ＋層は、放熱のためのヒートシンクに
接する面とすれば良い。その時には厚さは薄くし、望ま
しくは０．５μｍ以下とすれば良い。 【００２８】図２は、本発明の実施例である。図１に示
した装置の場合、禁制帯幅の異なる半導体では格子定数
が異なるために、格子歪による転位が発生し易くなるこ
とを緩和するのが本発明である。図中１２、１３はそれ
ぞれ禁制帯幅の小さい半導体から大きい半導体へ組成を
変えるｐ及びｎの半導体層である。このようにすること
によって、ある程度格子歪を低減することができる。 【００２９】実施例中での不純物密度分布の他に、超階
段接合等を用いることもでき、その場合も動作層を全領
域空乏層化し、トンネル注入を能率良く生起させるよう
にすれば良い。 【００３０】実施例において、トンネル注入層にＧａＳ
ｂ、走行領域にＧａＡＳを用いた。トンネル注入確率Ｔ
ｔはＴｔ∝ｅｘｐ（−ＡＥｇ ３／２）（ここでＡは定
数）となるので、禁制帯幅によって変化するので、トン
ネル注入層１、２及び走行領域は混晶を用いても良い。
例えばＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ、Ｉｎ１−ｘＧａｘＳｂ、
ＧａＳｂ１−ｙＡＳｙ等の材料にし、トンネル注入層
１、２は禁制帯幅を１ｅＶ以下とすれば効果的である。
走行領域は、トンネル注入層よりも禁制帯幅の大きい混
晶としても良い。 【００３１】実施例ではトンネル注入層と走行層をそれ
ぞれ計算したが、周波数が高くなり、トンネル注入層と
走行層の厚さが近づいたときには、当然ｐ＋−ｎ＋層
１、２中の走行時間も無視できなくなる。その場合に
は、ｐ＋−ｎ＋層１、２の厚さも考えて、走行層を設計
すれば良い。又、トンネル注入層の一部が、走行領域と
なっても大部分の走行層が禁制帯幅のより大きな半導体
となっていれば良いのである。 【００３２】図２で述べた本発明の超高周波半導体装置
を用いた超高周波発振器についての実施例を図３に示
す。導波管によるキャビティ２０の断面を示している。
２１は反射器、２２は本発明の超高周波半導体装置でｐ
側をキャビティに圧着し、ｎ側電極は、キャビティとは
絶縁されたバイアス電極２３により端子を外部に取り出
し、外部のバイアス電源２４と保護抵抗２５により、ｐ
側電極を−、ｎ側電極を＋にバイアスし、逆バイアス状
態にしていて、バイアス電源を調節し、電流を流すこと
により、しきい値電流以上で、ミリ波からサブミリ波の
発振により、電磁波２６を出力し、発振器を実現でき
る。キャビティは図示した矩形、円形以外の外部共振器
等、この周波帯で用いられているファブリペロー形、ブ
ラッグ反射による共振器等の周知のものでも良いことは
いうまでもない。バイアス電源は、直流、パルスが用い
ることができ用途に応じて選定すれば良い。 【００３３】本発明の超高周波半導体装置の製造は、以
下の方法で実施できる。図２の構造は、ｎ＋基板１上
に、ｎ＋−ｎｎ−ｎ＋ｐ＋−ｐ−ｐ−ｐ＋層を光励起分
子層あるいは分子層エピタキシャル成長法、分子線エピ
タキシャル成長法、ＭＯＣＶＤ法等により、ヘテロエピ
タキシャル成長を行う。次にｐ＋層５へ、Ａｕ−Ｚｎ、
Ａｇ−Ｚｎ、Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｕのような金属薄膜
を真空蒸着しガス中で熱処理をし抵抗性接触７を形成し
た後に、支持となる金属を電解メッキ法で形成し、ｎ＋
基板６を削ることにより１〜１０μｍ程度まで薄くし
て、ｎ＋層６へＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ−Ａｕ等の金属薄膜を
真空蒸着し、熱処理をして抵抗性接触８を形成した後
に、ワイヤソー、打ち抜き、リソグラフィーによりエッ
チングする方法等の周知の方法で、円形あるいは四角の
ダイオードペレットを形成したのちに、適当なパッケー
ジに収容し、接合面積を化学エッチングにより調節し、
表面処理をすることによって製作することができる。 【００３４】 【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の超高
周波半導体装置及び超高周波発振器は、非常に低い電圧
で高い周波数領域まで動作し、現在発振器として使える
半導体素子がタンネットダイオード以外殆どないミリ波
からサブミリ波領域で寿命の長い、小形軽量な発振器を
実現できるので、工業的に価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超高周波半導体装置である。
【図２】本発明の超高周波半導体装置の実施例である。
【図３】本発明の超高周波半導体発振器の実施例であ
る。
る。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．禁制帯幅の小さい半導体によるｐ ＋ −ｎ ＋ 接合部に
よるトンネル注入領域、走行領域となる禁制帯幅の大き
いｎ及びｐ領域から走行領域を具備し、前記ｐ＋−ｎ＋
トンネル注入領域と前記ｎ、ｐの走行層の間に、前記ト
ンネル注入領域及び前記走行領域の混晶からなるｎ及び
ｐ領域を備えたことを特徴とする超高周波半導体装置。 ２．禁制帯幅の小さい半導体によるｐ＋−ｎ＋接合部に
よるトンネル注入領域、走行領域となる禁制帯幅の大き
いｎ、ｐ領域から走行領域を具備し、前記ｐ＋−ｎ＋ト
ンネル注入領域と走行層の間に、前記トンネル注入領域
及び前記走行領域の混晶からなるｎあるいはｐ領域を備
えたことを特徴とする超高周波半導体装置、バイアス電
極、ミリ波帯以下の波長の共振器、短絡器、出力取り出
し口より構成される超高周波発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13236994A JP2660808B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13236994A JP2660808B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62014792A Division JPH0783130B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0779118A JPH0779118A (ja) | 1995-03-20 |
| JP2660808B2 true JP2660808B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=15079771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13236994A Expired - Lifetime JP2660808B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2660808B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-09 JP JP13236994A patent/JP2660808B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0779118A (ja) | 1995-03-20 |
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Legal Events
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