JPH0878701A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0878701A
JPH0878701A JP6211289A JP21128994A JPH0878701A JP H0878701 A JPH0878701 A JP H0878701A JP 6211289 A JP6211289 A JP 6211289A JP 21128994 A JP21128994 A JP 21128994A JP H0878701 A JPH0878701 A JP H0878701A
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JP
Japan
Prior art keywords
active layer
high resistance
resistance region
gunn diode
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP6211289A
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English (en)
Inventor
Akihito Yokohata
彰人 横畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 作製が容易で、発振効率の高いガンダイオー
ド素子の半導体装置、及びその製造方法を提供すること
である。 【構成】 ガンダイオードを構成する活性層と、該活性
層を挟む電極とを含む半導体装置において、前記活性層
と前記電極との間に複数の高抵抗領域を設けたものであ
る。この半導体装置の製造方法は、基板上にガンダイオ
ードを構成する活性層を形成し、所定の複数の領域の前
記活性層を除いて凹部を形成し、前記凹部に高抵抗領域
を形成し、前記高抵抗領域が形成された前記凹部に良熱
伝導体を満たすようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【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
装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】InPやGaAsなどの負性抵抗を用い
た素子であるガンダイオードは、従来よりマイクロ波〜
ミリ波帯の発振素子として知られている。
【0003】このガンダイオードは、InPやGaAs
などからなる半導体基板の表面上に、活性層とそれを挟
む高濃度不純物層をエピタキシャル成長し、さらにこの
表裏両面に電極を設けて形成されるものであり、その発
振周波数は前記活性層の厚さで決定される。この活性層
の形状は、特にミリ波帯以上の高周波特性の向上のため
に寄生容量を少なくする必要があることから、小さな
(100μm以下、例えば50〜60μmの直径)のメ
サ状となっている。
【0004】一方、ガンダイオードの発振効率を十分に
得るためには、活性層の不純物濃度と活性層の厚みの積
が1×1012cm-2以上であることを要し、さらにその
値が大きいほどドメインが成長しやすくなるために発振
効率が高くなる。発振周波数は、前述したように一義的
には活性層の厚みにより決まるために、一定の発振周波
数で動作させるための構造を設計する上では、活性層の
不純物濃度と活性層の厚みの積は活性層の不純物濃度に
より決まり、発振効率を高めるためには、活性層の不純
物濃度を高くする必要がある。
【0005】しかし、動作状態での電流密度は飽和電子
速度と活性層のキャリア密度により決まるので、活性層
の不純物濃度をある程度以上高くすると、入力電力が増
加するため、活性層の温度が上昇する結果、発振効率が
低下する。即ち、発振効率は、素子温度との兼ね合いで
熱的限界がある。
【0006】従来では、ダイヤモンドなどの熱伝導率の
優れた放熱体を用いて活性層からの放熱効率を上げるこ
とで、ガンダイオードの発振効率を高めることが試みら
れている。
【0007】
【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、たとえダイヤモンドなどの熱伝導
率の優れた放熱体を用いた場合であっても、その発振効
率は十分に満足いくものではなかった。
【0008】そこで、より一層発振効率を高めるため
に、活性層の形状を円板状、メサ形状以外の例えば中心
部を繰り抜いたリング状や十字形にして放熱面積を広く
することが考えられる。
【0009】しかし、前述したように、高周波特性向上
の観点から特にミリ波帯以上に用いられるガンダイオー
ドの寄生容量を少なくしなければならず、活性層の断面
積を小さくする必要がある。そのため、一定の断面積以
下にするためにはリングの幅あるいは十字の腕の幅を1
0μm程度にまで狭くせざるを得ない。このような形状
への加工は困難であり、また、InPやGaAsは、S
iに比べ機械的にもろいため、組み立て時のボンディン
グなどの工程で圧着に必要な加重に耐えられないことに
なる。
【0010】本発明は、上述の如き従来の問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、作製が容易
で、発振効率の高いガンダイオード素子の半導体装置、
及びその製造方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明である半導体装置の特徴は、ガンダイオ
ードを構成する活性層と、該活性層を挟む電極とを含む
半導体装置において、前記活性層と前記電極との間に複
数の高抵抗領域を設けたことにある。
【0012】この各高抵抗領域は、例えばその幅が活性
層の幅よりも十分小さく設定され(2〜20%)、絶縁
膜、ショットキー電極あるいは高抵抗導電膜等を形成す
ることによって構成される。さらに、各高抵抗領域の形
状は、断面U字型、断面V字型あるいは断面平板型等の
各種が考えられ、また、その大きさは均一に分布し、且
つ全活性層の20%〜50%程度の面積を覆うことが望
ましい。
【0013】上記第1の発明において、前記高抵抗領域
の活性層の部分が良熱伝導体で満たされていることが望
ましい。良熱伝導体としては、Au(金)やAg(銀)
などの金属で電極を兼ねることが望ましい。
【0014】第2の発明である半導体装置の製造方法の
特徴は、基板上にガンダイオードを構成する活性層を形
成し、所定の複数の領域の前記活性層を除いて凹部を形
成し、前記凹部に高抵抗領域を形成し、前記高抵抗領域
が形成された前記凹部に良熱伝導体を満たすようにした
ことにある。
【0015】
【作用】上述の如き構成の第1の発明の半導体装置によ
れば、活性層と電極との間に複数の高抵抗領域を設けた
ので、同じ放熱面積で電流を低下させることができるた
め、動作温度が低下して変換効率が向上する。
【0016】また、各高抵抗領域の幅を活性層の幅より
も十分小さく(2〜20%)設定することにより、高抵
抗領域の幅が活性層の幅よりも大きすぎることで生ずる
熱的な不均一状態を回避することができ、逆に高抵抗領
域の幅が活性層の幅よりも小さすぎることで生ずる加工
の困難さを解消することができる。
【0017】さらに、各高抵抗領域の大きさを均一に分
布させることにより、熱的な不均一状態を回避すること
ができる。
【0018】上記第1の発明において、前記高抵抗領域
の活性層の部分を良熱伝導体で満たすことにより、一層
の放熱効果が得られ、また素子の機械的強度が向上す
る。
【0019】第2の発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、基板上にガンダイオードを構成する活性層を形成
し、所定の複数の領域の前記活性層を除いて凹部を形成
し、前記凹部に高抵抗領域を形成し、前記高抵抗領域が
形成された前記凹部に良熱伝導体を満たすようにしたの
で、簡単にガンダイオード素子を作製することができる
【0020】。
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明を実施したガンダイオードペレ
ットの断面図である。
【0021】このガンダイオードペレットは、直径50
〜100μmの円柱状を成すPHS(Plated H
eat Sink)構造を有し、InP基板1上に、エ
ピタキシャル成長して形成したnコンタクト層2(厚
さ:約1μm)と、n活性層3(厚さ:約2μm)と、
コンタクト層4(厚さ:約1μm)とから成る動作
層を備えている。
【0022】この動作層には、その厚さ約4μmを越え
る深さで複数の凹部が設けられ、その各凹部の内壁面に
は本発明の特徴を成す高抵抗領域(SiO2 もしくはT
i/Pt)6が形成されている。さらに、高抵抗領域6
の表面を含む動作層の全表面上にはオーミック電極(A
u−Ge)8が形成され、そのオーミック電極8の全表
面上には、前記各凹部が埋め込まれる形で金メッキ(厚
さ:5〜50μm)9が施されている。
【0023】一方、InP基板1の反対表面側には、オ
ーミック電極10が形成され、そのオーミック電極10
の表面は金メッキ11が施されている。
【0024】このように構成されたガンダイオードは、
その両電極である金メッキ9,11側に電圧を印加する
ことにより、n活性層3の厚さで決定される例えばミリ
波帯の発振周波数で、連続して発振する。
【0025】次に、上述の図1に示すガンダイオードペ
レットの製造方法を図2(a)〜(d)、図3(e)〜
(g)、及び図4(h)〜(j)の製造工程を参照しつ
つ説明する。
【0026】まず、図2(a)に示すように、InP基
板1A上に、nコンタクト層2、n活性層3、及びn
コンタクト層4を順次、1/2/1μmの厚さでエピ
タキシャル成長して動作層を形成する。
【0027】次いで、図2(b)に示すように、この動
作層を越える深さ(例えば5μm程度)で、且つ直径が
ペレットの直径の20%以下(例えば5μm程度)の凹
部5をエッチングにより動作層側にドット状に配置形成
する(図5参照)。この凹部5の形状は特に円柱状でな
くともよく、U字状あるいはV字状であってもよい。さ
らに、図2(c)に示すように、前記エッチングのマス
クを使用して、凹部5の内壁面にSiO2 あるいはTi
/Ptから成る高抵抗領域6をリフトオフし、続いて、
図2(d)に示すように、素子間を分離するためのグリ
ッド7を前記凹部5よりも深い例えば10μmの深さで
形成する。また、このグリッド7は、後述するInP基
板1Aを研磨する際の目安となるものである。
【0028】その後の図3(e)に示す工程では、この
状態のエピタキシャル基板全面にオーミック電極(Au
−Ge)8をスパッタリングにより形成し、アニール
後、図3(f)に示すように、オーミック電極(Au−
Ge)8の全表面に金メッキ9を約5〜50μmの厚さ
で形成する。その結果、前記各凹部5の部分は、この金
メッキ9でほぼ埋め込まれることになる。
【0029】そして、図3(g)に示すように、ペレッ
トを薄層化するために、前記グリッド7の裏側が露出す
るまで基板側を研磨してInP基板1Aを薄層基板1B
にする。さらに、図4(h)に示すように、その基板側
表面に、メサに対応するオーミック電極(直径50〜1
00μm)10を形成し、その上に金メッキ11を形成
する。
【0030】さらに、図4(i)に示すように、例えば
FeCl3 等の光エッチング法を用いて、InP基板1
Bをメサエッチングすることにより、ガンダイオード素
子アレイが作製され、これを図4(j)のように切り離
せば、図1に示すようなガンダイオードペレットが得ら
れる。
【0031】本実施例は次のような利点を有する。
【0032】同一直径のペレットに対して電流を20%
以上低減することができる。仮に直径50μmのペレッ
トであれば、熱抵抗はダイヤモンド放熱体上で約40℃
/Wで入力電力3.5Wのときに温度上昇は140℃に
なる。
【0033】これに対して本実施例では、入力電力は最
低でも20%減少して2.8Wとなり、112℃の温度
上昇に抑えられる。この約30℃の温度低減により、発
振効率(60GHz)が4.2%から5%近くまで上昇
することが期待できる。
【0034】また、入力電力を高抵抗領域を設けないと
きの値に保つために素子ペレットの外径直径を増加させ
ても活性層部に生ずるダイオードキャパシタンスは変わ
らない(電流の流れる部分の断面積で入力電力が決まっ
ているから)。その結果、素子全体の外径直径の増加に
よる熱抵抗の低減効果と、凹部5の放熱体の貫入による
熱抵抗の低減効果の相乗効果によって、動作層温度を低
減することができる。
【0035】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
である半導体装置は、ガンダイオードを構成する活性層
と、該活性層を挟む電極とを含む半導体装置において、
前記活性層と前記電極との間に複数の高抵抗領域を設け
たので、同じ放熱面積で電流を低下させることができ、
動作温度を下げてダイヤモンドなどの熱伝導率の優れた
放熱体を用いた場合以上に、変換効率を向上させること
が可能となる。さらに、高抵抗領域の幅を活性層の幅に
比べて適正に設定することにより、その加工を容易とす
ることができる。
【0036】上記第1の発明において、前記高抵抗領域
の活性層の部分を良熱伝導体で満たすことにより、一層
の放熱効果が得られ、また素子の機械的強度を向上させ
ることができる。
【0037】第2の発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、基板上にガンダイオードを構成する活性層を形成
し、所定の複数の領域の前記活性層を除いて凹部を形成
し、前記凹部に高抵抗領域を形成し、前記高抵抗領域が
形成された前記凹部に良熱伝導体を満たすようにしたの
で、簡単にガンダイオード素子を作製することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施したガンダイオードペレットの断
面図である。
【図2】図1のガンダイオードペレットの製造工程図で
ある(その1)。
【図3】図1のガンダイオードペレットの製造工程図で
ある(その2)。
【図4】図1のガンダイオードペレットの製造工程図で
ある(その3)。
【図5】凹部5の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
1,1A,1B InP基板 2 nコンタクト層 3 n活性層 4 nコンタクト層 5 凹部 6 高抵抗領域 7 グリッド 8 オーミック電極 9 金メッキ 10 オーミック電極 11 金メッキ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガンダイオードを構成する活性層と、該
    活性層を挟む電極とを含む半導体装置において、 前記活性層と前記電極との間に複数の高抵抗領域を設け
    たことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記高抵抗領域の活性層の部分が良熱伝
    導体で満たされていることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 基板上にガンダイオードを構成する活性
    層を形成し、 所定の複数の領域の前記活性層を除いて凹部を形成し、 前記凹部に高抵抗領域を形成し、 前記高抵抗領域が形成された前記凹部に良熱伝導体を満
    たすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP6211289A 1994-09-05 1994-09-05 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH0878701A (ja)

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JP (1) JPH0878701A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6583510B2 (en) * 2001-02-19 2003-06-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device with varying thickness gold electrode
US11195644B2 (en) 2014-03-28 2021-12-07 Regents Of The University Of Minnesota Iron nitride magnetic material including coated nanoparticles

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