JPS58216471A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS58216471A JPS58216471A JP9881382A JP9881382A JPS58216471A JP S58216471 A JPS58216471 A JP S58216471A JP 9881382 A JP9881382 A JP 9881382A JP 9881382 A JP9881382 A JP 9881382A JP S58216471 A JPS58216471 A JP S58216471A
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- JP
- Japan
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- region
- semiconductor layer
- avalanche multiplication
- bias voltage
- charge
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- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000001550 time effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/864—Transit-time diodes, e.g. IMPATT, TRAPATT diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置に関し、とくに発振機能を有する半
導体装置に関する。
導体装置に関する。
ガンダイオード、インバットダイオード等の２端子素子
はマイクロ波固体発振素子として超高周波では依然主流
を占めている。トランジスタ等の３端子素子を用いた発
振装置が基本的には外部回路によってその発振周波数が
定まるのに対し、上記ダイオードの発振周波数はダイオ
ード自身によってハを丁決まってしまう。詳しくは半導
体層の不純物濃度プロファイルによって発振周波数が決
まる。特にインバットダイオードについてはその発振周
波数をｆとすると ’＝Ｕｓ／２Ｗ である。
はマイクロ波固体発振素子として超高周波では依然主流
を占めている。トランジスタ等の３端子素子を用いた発
振装置が基本的には外部回路によってその発振周波数が
定まるのに対し、上記ダイオードの発振周波数はダイオ
ード自身によってハを丁決まってしまう。詳しくは半導
体層の不純物濃度プロファイルによって発振周波数が決
まる。特にインバットダイオードについてはその発振周
波数をｆとすると ’＝Ｕｓ／２Ｗ である。
ここでＷはなだれ増倍によって生じた電荷パルスが走行
する空乏層領域長でＵＳは電荷の飽和速度である。Ｗは
なだれ増倍が起きる為の電圧、つまシブレークダウン電
圧時の空乏層長にはは等しいからこれは半導体層の不純
物プロファイルで定まる。またＵｓは半導体の種類によ
って定まる定数と考えてよいため、結局、上記のように
インバットダイオードの発振周波数は半導体層の不純物
プロファイルによって一意に決まってしまう。従って、
これら２端子素子は発振周波数の変更が困難であるとい
う欠点があった。
する空乏層領域長でＵＳは電荷の飽和速度である。Ｗは
なだれ増倍が起きる為の電圧、つまシブレークダウン電
圧時の空乏層長にはは等しいからこれは半導体層の不純
物プロファイルで定まる。またＵｓは半導体の種類によ
って定まる定数と考えてよいため、結局、上記のように
インバットダイオードの発振周波数は半導体層の不純物
プロファイルによって一意に決まってしまう。従って、
これら２端子素子は発振周波数の変更が困難であるとい
う欠点があった。
本発明の目的は発振周波数の変更が容易なダイオードを
提供することにあり、外部直流バイアス電圧を変えるこ
とにより電荷の走行領域長を変えることによって発振周
波数を可変ならしめたことを特徴とする。
提供することにあり、外部直流バイアス電圧を変えるこ
とにより電荷の走行領域長を変えることによって発振周
波数を可変ならしめたことを特徴とする。
以下一実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明によるインバットダイオードの半導体層
の構造と外部回路を示しだものである。領域Ｉは高濃度
Ｎ型半導体基板、領域■はなだれ増倍によって生じた電
荷の走行領域となる低濃度Ｎ型半導体層、領域■は外部
直流バイアス電圧を与える為の極めて薄いＰ型半導体層
、領域■はなだれ増倍の起きる低濃度Ｎ型半導体層、領
域■は領域■と階段型ＰＮ傍合を形成する為の高濃度Ｐ
型層でこれはまた領域■とショットキー接合を形成する
金属であってもよい。領域１．１間には大きなインダク
タＬを介して領域Ｉを正、領域Ｉを負とする直流逆バイ
アス電圧■１が、また領域Ｉ、Ｖ間には領域Ｉを正、領
域■を負とする電圧■２が印加されている。とのときの
電界分布を第２図に示す。ただし領域１．１．Ｖ各々の
濃度及び厚さは例えば領域Ｉ；濃度１０” ｃｍ−”以
上、厚さ１００μｍ。
の構造と外部回路を示しだものである。領域Ｉは高濃度
Ｎ型半導体基板、領域■はなだれ増倍によって生じた電
荷の走行領域となる低濃度Ｎ型半導体層、領域■は外部
直流バイアス電圧を与える為の極めて薄いＰ型半導体層
、領域■はなだれ増倍の起きる低濃度Ｎ型半導体層、領
域■は領域■と階段型ＰＮ傍合を形成する為の高濃度Ｐ
型層でこれはまた領域■とショットキー接合を形成する
金属であってもよい。領域１．１間には大きなインダク
タＬを介して領域Ｉを正、領域Ｉを負とする直流逆バイ
アス電圧■１が、また領域Ｉ、Ｖ間には領域Ｉを正、領
域■を負とする電圧■２が印加されている。とのときの
電界分布を第２図に示す。ただし領域１．１．Ｖ各々の
濃度及び厚さは例えば領域Ｉ；濃度１０” ｃｍ−”以
上、厚さ１００μｍ。
領域Ｉ；濃度１０” ｃｍ−”厚さＱ、１μｍ、 領
域■：濃度Ｉ Ｑ” ｃｍ−”、厚さ１μｍのように選
ばれ、これらの領域での電位降下はほとんどないとし図
ではこれらの領域が省略されている。領域■、■の不純
物濃度を各々Ｎ、、Ｎ、領域■の長さをＬ１領域■の空
乏層長をＷｌまた領域■の最高電界つｔｂ領域■、■接
合部の電界をＥとすると、ポアソンの方程式を解くこと
により容易に以下の式が得られる。
域■：濃度Ｉ Ｑ” ｃｍ−”、厚さ１μｍのように選
ばれ、これらの領域での電位降下はほとんどないとし図
ではこれらの領域が省略されている。領域■、■の不純
物濃度を各々Ｎ、、Ｎ、領域■の長さをＬ１領域■の空
乏層長をＷｌまた領域■の最高電界つｔｂ領域■、■接
合部の電界をＥとすると、ポアソンの方程式を解くこと
により容易に以下の式が得られる。
Ｗ＝ぽｉヲ〒Ｑ、 −（ｉ）Ｅ＝（■２
’ ＋ ）／ Ｌ ＋ ｅＮ２ Ｌ ／ ２ ε（２
）上式中ε、ｅは各々半導体の誘電率、電子の電荷量を
表わす。領域１１．ＩＶ間の電界の不連続は領域量中の
蓄積電荷に相当する。（１）式よシ領域■の空乏層長は
■ボのみ依存するＶ、を固定し焉を大きくへ していき（２）式で定められるＥが領域■の濃度Ｎ。
’ ＋ ）／ Ｌ ＋ ｅＮ２ Ｌ ／ ２ ε（２
）上式中ε、ｅは各々半導体の誘電率、電子の電荷量を
表わす。領域１１．ＩＶ間の電界の不連続は領域量中の
蓄積電荷に相当する。（１）式よシ領域■の空乏層長は
■ボのみ依存するＶ、を固定し焉を大きくへ していき（２）式で定められるＥが領域■の濃度Ｎ。
で定まる破壊電界Ｅｍａｘに達すれば１．第２図中矢印
の方向Ａ、Ｃ−＋Ｂ−，Ａとなだれ増倍による直流電流
が流れる。次に上記）ｉｉｍａ ｘを与える臨界電圧■
ｔｃに重畳して周波数ｆなる交流正弦波電圧Ｕが加わっ
た場合を考える。
の方向Ａ、Ｃ−＋Ｂ−，Ａとなだれ増倍による直流電流
が流れる。次に上記）ｉｉｍａ ｘを与える臨界電圧■
ｔｃに重畳して周波数ｆなる交流正弦波電圧Ｕが加わっ
た場合を考える。
この場合Ｕの正の半周期において最大となったなだれ増
倍による電荷は、その一部は領域１ｌ−ＩＶ境界面にお
ける蓄積電荷と再結合し、第２図中矢印の方向Ａ、Ｃ，
Ｂ、Ａに電流Ｉを流す。そして他の一部はよく知られて
いるようにＵの負の半周期（＝１／２ｆ）に領域■の空
乏層ＷをＵｓ々る飽和速度で走行することにより 給２
図中Ａ→Ｃに誘導電流を流し端子Ａ、Ｃ間に負抵抗Ｕ／
１があられれる。従ってｆ＝Ｕ５／２Ｗなる共振周波数
をもつ空胴中にいれてやればこの周波数で発振する。
倍による電荷は、その一部は領域１ｌ−ＩＶ境界面にお
ける蓄積電荷と再結合し、第２図中矢印の方向Ａ、Ｃ，
Ｂ、Ａに電流Ｉを流す。そして他の一部はよく知られて
いるようにＵの負の半周期（＝１／２ｆ）に領域■の空
乏層ＷをＵｓ々る飽和速度で走行することにより 給２
図中Ａ→Ｃに誘導電流を流し端子Ａ、Ｃ間に負抵抗Ｕ／
１があられれる。従ってｆ＝Ｕ５／２Ｗなる共振周波数
をもつ空胴中にいれてやればこの周波数で発振する。
Ｂ−Ｃ間には大きなインダクタＬがはいっている為、上
記のＡ→Ｃ→Ｂ→Ａを流れる電流Ｉは直流バイてスミ流
と彦る。また実際には定電圧源ｖ２の代わシに定電流源
を入れ所要の発振出力を得ることになる。
記のＡ→Ｃ→Ｂ→Ａを流れる電流Ｉは直流バイてスミ流
と彦る。また実際には定電圧源ｖ２の代わシに定電流源
を入れ所要の発振出力を得ることになる。
上記のように発振周波数ｆは ｆ＝Ｕｓ／２Ｗとなり、
Ｗは（１１式によって与えられるから、外部バイアス電
圧■、を変えることによシ発振周波数を容易Ｋかえる、
ことができる。（１）式中、与えられたＮＩ。
Ｗは（１１式によって与えられるから、外部バイアス電
圧■、を変えることによシ発振周波数を容易Ｋかえる、
ことができる。（１）式中、与えられたＮＩ。
に対して■、は領域■９Ｍ接合部でなだれ破壊が起こら
ない程度の大きさまで加えることができる。
ない程度の大きさまで加えることができる。
また領域■の濃度Ｎ２、厚さＬはこの領域が々だれ増倍
領域となるように選ばれ例えばＮ２ ＝ １０” ｃｍ
−Ｉｆ、Ｌ ＝ １ ｐ ｍである。Ｎ！ ＝ １０”
ｃｍ−ｓとしたときＶ、ノ８■→１２５ｖの変化に対し
発振周波数は１６ＧＨｚ→４ ＧＨ２となる。
領域となるように選ばれ例えばＮ２ ＝ １０” ｃｍ
−Ｉｆ、Ｌ ＝ １ ｐ ｍである。Ｎ！ ＝ １０”
ｃｍ−ｓとしたときＶ、ノ８■→１２５ｖの変化に対し
発振周波数は１６ＧＨｚ→４ ＧＨ２となる。
以上のように本発明によるインバットダイオードは外部
バイアス電圧により容易にその発振周波数を変゛化させ
ることができる。
バイアス電圧により容易にその発振周波数を変゛化させ
ることができる。
第１図は本発明の一実施例によるダイオードの半導体層
構造と外部回路を示す構成図で、第２図はその電界分布
図である。 ■・・・・・・高濃度Ｎ型半導体基板、ト・・・・・低
濃度Ｎ型半導体層、ｌ・・・・・・低濃度Ｐ型半導体層
、■・・・・・・低濃度Ｎ型半導体層、■・・・・・・
高濃度Ｐ型半導体装置Ｌ・・・・・・インダクタ Ｖ、
、Ｖ、・・・・・・外部ノ（イアスミ圧。
構造と外部回路を示す構成図で、第２図はその電界分布
図である。 ■・・・・・・高濃度Ｎ型半導体基板、ト・・・・・低
濃度Ｎ型半導体層、ｌ・・・・・・低濃度Ｐ型半導体層
、■・・・・・・低濃度Ｎ型半導体層、■・・・・・・
高濃度Ｐ型半導体装置Ｌ・・・・・・インダクタ Ｖ、
、Ｖ、・・・・・・外部ノ（イアスミ圧。
Claims (1)
- なだれ増倍によって生じた電荷の走行時間効果を利用し
た半導体発振素子において、なだれ増倍の起きる領域と
該なだれ増倍によって生じた電荷の走行する領域の間に
、これら２つの領域と異なる導電型を有する半導体層を
設け、該半導体層に外部よりバイアス電圧を加え、前記
走行領域の長さを前記バイアス電圧によって変えること
により発振周波数を可変ならしめたことを特徴とする半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9881382A JPS58216471A (ja) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9881382A JPS58216471A (ja) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58216471A true JPS58216471A (ja) | 1983-12-16 |
Family
ID=14229761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9881382A Pending JPS58216471A (ja) | 1982-06-09 | 1982-06-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58216471A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63204760A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ホツトエレクトロンデバイス |
| EP0869560A2 (de) * | 1997-04-04 | 1998-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Leistungsdiode |
-
1982
- 1982-06-09 JP JP9881382A patent/JPS58216471A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63204760A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ホツトエレクトロンデバイス |
| JPH081951B2 (ja) * | 1987-02-20 | 1996-01-10 | 日本電信電話株式会社 | ホツトエレクトロンデバイス |
| EP0869560A2 (de) * | 1997-04-04 | 1998-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Leistungsdiode |
| EP0869560A3 (de) * | 1997-04-04 | 1999-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Leistungsdiode |
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