JPS63122179A - 超高周波半導体装置及び超高周波発振器の製造方法 - Google Patents
超高周波半導体装置及び超高周波発振器の製造方法Info
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- JPS63122179A JPS63122179A JP61268448A JP26844886A JPS63122179A JP S63122179 A JPS63122179 A JP S63122179A JP 61268448 A JP61268448 A JP 61268448A JP 26844886 A JP26844886 A JP 26844886A JP S63122179 A JPS63122179 A JP S63122179A
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Landscapes
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- Electrodes Of Semiconductors (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ミリ波よりサブミリ波帯の送受信機等に用い
る超高周波半導装置及び超高周波発振器の製造方法に関
する。
る超高周波半導装置及び超高周波発振器の製造方法に関
する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕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降伏電流とその走行時間効
果による負性抵抗ダイオードとして、なだれ降伏による
インバットダイオードとトンネル注入によるタンネット
ダイオードが知られている。
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降伏電流とその走行時間効
果による負性抵抗ダイオードとして、なだれ降伏による
インバットダイオードとトンネル注入によるタンネット
ダイオードが知られている。
タンネットダイオードは、逆方向のトンネル降伏を用い
るために、高周波電圧に対する応答時間が短いことによ
りインバットダイオードよりも発振周波数が上昇し、か
つ低雑音であるという大きな特徴を有している。
るために、高周波電圧に対する応答時間が短いことによ
りインバットダイオードよりも発振周波数が上昇し、か
つ低雑音であるという大きな特徴を有している。
現状ではインバットダイオードのうち、S目ζよるもの
はGa Asのインバットよりも雑音が大きく、受信機
の局部発振器には適さない。又Gaんのガンダイオード
は発振周波数が100GHz程度と低い。
はGa Asのインバットよりも雑音が大きく、受信機
の局部発振器には適さない。又Gaんのガンダイオード
は発振周波数が100GHz程度と低い。
Ga As のこれらの負性抵抗ダイオードでは、トン
ネル注入あるいはトンネル注入となだれ注入の混在した
ダイオードが雑音が小さく、実用化が望まれる。
ネル注入あるいはトンネル注入となだれ注入の混在した
ダイオードが雑音が小さく、実用化が望まれる。
本発明は、前記ダイオードによる、連続波発振を可能と
する新規な超高周波半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
する新規な超高周波半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
〔問題#、!、@i矢するkめの斗段〕このため本発明
は、熱抵抗、接触抵抗の低減化、及び直列抵抗を減少さ
せる素子厚みを減少するときに導入される機械歪を極力
減少させるよう1ζ再現性良く化学研磨する工程、パッ
ケージにマウントし、接合面積を調節する化学エツチン
グの後に、表面安定化の為に熱処理を行なうことを特徴
とし、又これらのダイオードを不活性ガスで封入した発
振器を提供することを特徴としている。
は、熱抵抗、接触抵抗の低減化、及び直列抵抗を減少さ
せる素子厚みを減少するときに導入される機械歪を極力
減少させるよう1ζ再現性良く化学研磨する工程、パッ
ケージにマウントし、接合面積を調節する化学エツチン
グの後に、表面安定化の為に熱処理を行なうことを特徴
とし、又これらのダイオードを不活性ガスで封入した発
振器を提供することを特徴としている。
エピタキシャル成長後、基板を薄くして、直列抵抗を極
力減少させる工程において、あらか。
力減少させる工程において、あらか。
しめエピタキシャル成長層をフォトリングラフィ工程に
より、化学エツチング停止のためのマーカーとなる金属
層を、形成し、基板の裏面側を機械研磨した後に、その
加工歪を防去する化学エツチングをし、前記マーカー層
で化学エツチングを停止することによりウェハを薄膜化
し、オーミック電極形成後、パッケージにマウントし、
表面に自然酸化膜が残るように化学エツチングし、水洗
、乾燥後、ガス雰囲気中で熱処理することによって表面
リークの極めて少ない発振用ダイオードが製造できる。
より、化学エツチング停止のためのマーカーとなる金属
層を、形成し、基板の裏面側を機械研磨した後に、その
加工歪を防去する化学エツチングをし、前記マーカー層
で化学エツチングを停止することによりウェハを薄膜化
し、オーミック電極形成後、パッケージにマウントし、
表面に自然酸化膜が残るように化学エツチングし、水洗
、乾燥後、ガス雰囲気中で熱処理することによって表面
リークの極めて少ない発振用ダイオードが製造できる。
このようにして製造したダイオードをさらに不活性ガス
で封入した発振器を構成することによって安定な発振器
を実現でき容易に安価に、性能の良い超高周波半導体発
振器を実現できる。
で封入した発振器を構成することによって安定な発振器
を実現でき容易に安価に、性能の良い超高周波半導体発
振器を実現できる。
以下図面を参照して、詳細に説明する。第1図は、本発
明のダイオードの製造方法を説明するもので、半導体ウ
ェハの断面図である。第1図(allζおいて1はGa
Asのn子基板、2はエピタキシャル成長層で、基板
側からみてn” −n’″−n+ p+構造を有する
2〜4層成長させ、その製造方法は、本発明者等の特開
昭56−112761号rm−v半導体装置の製造方法
」で開示した墨 蒸気圧制御された温度差による液相成長法によって製作
したものである。
明のダイオードの製造方法を説明するもので、半導体ウ
ェハの断面図である。第1図(allζおいて1はGa
Asのn子基板、2はエピタキシャル成長層で、基板
側からみてn” −n’″−n+ p+構造を有する
2〜4層成長させ、その製造方法は、本発明者等の特開
昭56−112761号rm−v半導体装置の製造方法
」で開示した墨 蒸気圧制御された温度差による液相成長法によって製作
したものである。
不純物密度と厚さによりなだれ注入によるインバットダ
イオード、トンネル注入によるタンネットダイオード、
あるいはそれらの混在したダイオードが製造できる。p
+層の不純物密度はl x IQ”cII−” 〜1Q
20c11−3、n+基板側のn+層を1Q18〜10
tsaw−s、走行領域とナルn−層は、1o15〜5
×l Q ”as−”、n+層はl Q 17〜IQ
19 c!ll−3の値として、逆方向バイアス時に形
成される、空乏層の厚みをなだれ注入では走行角が0.
5π〜π、トンネル注入ではV2πラジアン位とすれば
良く、100GHz以上の発振を得るときには、おおよ
そ0.75〜0.5μmとすれば良い。p+層に隣接す
るn中層はトンネル注入では不純物密度を5 X 10
17α−3以上として約0.1μm以下にすれば良く、
なだれ注入では不純物密度を5XIO17cIl−3以
下で厚さは比較的厚り0.1〜0.2μmに選べば良く
、目的に応じて設計すれば良い。
イオード、トンネル注入によるタンネットダイオード、
あるいはそれらの混在したダイオードが製造できる。p
+層の不純物密度はl x IQ”cII−” 〜1Q
20c11−3、n+基板側のn+層を1Q18〜10
tsaw−s、走行領域とナルn−層は、1o15〜5
×l Q ”as−”、n+層はl Q 17〜IQ
19 c!ll−3の値として、逆方向バイアス時に形
成される、空乏層の厚みをなだれ注入では走行角が0.
5π〜π、トンネル注入ではV2πラジアン位とすれば
良く、100GHz以上の発振を得るときには、おおよ
そ0.75〜0.5μmとすれば良い。p+層に隣接す
るn中層はトンネル注入では不純物密度を5 X 10
17α−3以上として約0.1μm以下にすれば良く、
なだれ注入では不純物密度を5XIO17cIl−3以
下で厚さは比較的厚り0.1〜0.2μmに選べば良く
、目的に応じて設計すれば良い。
第1図(blにおいて、フォトリングラフィ法にし溝を
形成する工程、第1図(dlは前記溝部に、電解メッキ
法によりマーカーとなるAu層を形成する工程、次にホ
トレジスト層を除去し、エピタキシャル層の表面p十層
を表面処理した後に、p中層へのオーミック電極5を形
成する工程(第1図Te1) 、次に基板の裏面側を研
磨材を用いて機械研磨する工程(第1図(f))の後暮
こ、化学エツチングをしてマーカーが目視で見えるまで
行ない、特別な膜厚モニタを用いないで薄くできるとい
う特徴がある工程(第1図(gl)、最後にn+十層ヘ
オーミック電極6を形成し、金メッキ層7を1〜5μm
形成し、ウニハエ程は終了する(第1図(h))。
形成する工程、第1図(dlは前記溝部に、電解メッキ
法によりマーカーとなるAu層を形成する工程、次にホ
トレジスト層を除去し、エピタキシャル層の表面p十層
を表面処理した後に、p中層へのオーミック電極5を形
成する工程(第1図Te1) 、次に基板の裏面側を研
磨材を用いて機械研磨する工程(第1図(f))の後暮
こ、化学エツチングをしてマーカーが目視で見えるまで
行ない、特別な膜厚モニタを用いないで薄くできるとい
う特徴がある工程(第1図(gl)、最後にn+十層ヘ
オーミック電極6を形成し、金メッキ層7を1〜5μm
形成し、ウニハエ程は終了する(第1図(h))。
次にこのようにして形成したウェハのダイオード部を1
00μm口あるいは100μm−に、ウイヤソー、サン
ドブラスト、襞間等の方法で切り出し素子ベレット20
を作り金メッキ層11を有する銅あるいはダイヤモンド
ヒートシンク10へ素子ベレット20をポンディングし
、 Cr−金のメタライズ層12を有する石英台13と
、素子ペレット上部のp中層上のAu層7へ金リボン1
4を熱圧着した後に、適当な化学エツチング後で、接合
面積の調整をすると同時に、半導体表面へ、自然酸化膜
21を形成する。(第1図(i))。このようにして形
成したダイオードを良く水洗し、メタノール洗浄の後に
電気炉に入れ、水素雰囲気中で、100〜200°Cで
10分〜1時間位熱処理することによって、表面安定化
された、超高周波用ダイオードが製造できた。
00μm口あるいは100μm−に、ウイヤソー、サン
ドブラスト、襞間等の方法で切り出し素子ベレット20
を作り金メッキ層11を有する銅あるいはダイヤモンド
ヒートシンク10へ素子ベレット20をポンディングし
、 Cr−金のメタライズ層12を有する石英台13と
、素子ペレット上部のp中層上のAu層7へ金リボン1
4を熱圧着した後に、適当な化学エツチング後で、接合
面積の調整をすると同時に、半導体表面へ、自然酸化膜
21を形成する。(第1図(i))。このようにして形
成したダイオードを良く水洗し、メタノール洗浄の後に
電気炉に入れ、水素雰囲気中で、100〜200°Cで
10分〜1時間位熱処理することによって、表面安定化
された、超高周波用ダイオードが製造できた。
p中層のオーミック電極としては、Ag−Zn合金(Z
n : 10重量9り)あるいはAg/Zn/Agの順
に連続蒸着した後に450〜500°CIO分間水素中
でシンターシた工程、あるいはCr −Au %Ti
−Au。
n : 10重量9り)あるいはAg/Zn/Agの順
に連続蒸着した後に450〜500°CIO分間水素中
でシンターシた工程、あるいはCr −Au %Ti
−Au。
Ti−Pt−Auを連続蒸着する工程によって形成でき
る。
る。
基板の化学エツチングする厚さは、研磨材の粒径によっ
ても多少異なるが、機械歪みを除去す菖厚さ以上の10
0〜150μm程度が望ましく、厚さの均一性を得るの
には、バブルエツチングによる化学エツチングが有効で
あるし、厚さの検出には、膜厚計、分光器、FTIRに
よる赤外線の反射による計測も併用すればより精度は向
上する。
ても多少異なるが、機械歪みを除去す菖厚さ以上の10
0〜150μm程度が望ましく、厚さの均一性を得るの
には、バブルエツチングによる化学エツチングが有効で
あるし、厚さの検出には、膜厚計、分光器、FTIRに
よる赤外線の反射による計測も併用すればより精度は向
上する。
n+層のオーミック電極は、Au−Ge合金を、500
〜1000人蒸着し、Au、あるいはNi −Au 層
を多層蒸着し、水素あるいは窒素中で30秒から2分位
シンターすれば良好なオーミック接触を形成できる。
〜1000人蒸着し、Au、あるいはNi −Au 層
を多層蒸着し、水素あるいは窒素中で30秒から2分位
シンターすれば良好なオーミック接触を形成できる。
最終の接合面積を調整し、自然酸化膜を形成する化学エ
ツチング液としては、ブロムメタノール、硫酸と過酸化
水素水と水の混液、酒石酸あるいはリン酸と過酸化水素
水との混液等周知のエツチング液が用いることができる
。
ツチング液としては、ブロムメタノール、硫酸と過酸化
水素水と水の混液、酒石酸あるいはリン酸と過酸化水素
水との混液等周知のエツチング液が用いることができる
。
表面安定化の為の熱処理工程は水素の他に酸素、窒素、
アルゴン等の不活性ガスあるいはそれらの混合気体でも
良いことはいうまでもない。
アルゴン等の不活性ガスあるいはそれらの混合気体でも
良いことはいうまでもない。
以上の実施例はGa Asのダイオードの場合であるが
、Ge、Siのような単元素半導体InP、InSbの
ような■−■族間半導体!nGaP、 GaAlAsの
ような■−v族間温間混晶むヘテロ接合、■−■族間孔
間化合物半導体適用可能である。
、Ge、Siのような単元素半導体InP、InSbの
ような■−■族間半導体!nGaP、 GaAlAsの
ような■−v族間温間混晶むヘテロ接合、■−■族間孔
間化合物半導体適用可能である。
このようにして製作したタソネットダイオードを110
〜170 GHzの矩形導波管共振器にそう人し、10
0〜180 GHzの連続発振を得た。又、170〜2
60 GHzの矩形導波管共振器にそう人したときには
最高190 GHzの連続発振を得ることができた。
〜170 GHzの矩形導波管共振器にそう人し、10
0〜180 GHzの連続発振を得た。又、170〜2
60 GHzの矩形導波管共振器にそう人したときには
最高190 GHzの連続発振を得ることができた。
これらの導波管回路と、発振用の電気路図を第2図(a
l、(blに示す。31は矩形又は円形の導波管共振器
、32はステム、33は石英台、34は本発明のダイオ
ード、35は石英台と本発明のダイオード34とを接続
する金リボン、36は導波管31とfi絡しないように
絶縁されたバイアス電極、37は短絡器、38はバイア
ス回路、40は単向管(アイソレータ)、41はE−H
チューナ、42は出力端子、43は可変定電流源、44
は電流計、45はダイオード保護用抵抗で5〜1000
位のもの、47は本発明のダイオードパッケージ、48
は電圧計である。
l、(blに示す。31は矩形又は円形の導波管共振器
、32はステム、33は石英台、34は本発明のダイオ
ード、35は石英台と本発明のダイオード34とを接続
する金リボン、36は導波管31とfi絡しないように
絶縁されたバイアス電極、37は短絡器、38はバイア
ス回路、40は単向管(アイソレータ)、41はE−H
チューナ、42は出力端子、43は可変定電流源、44
は電流計、45はダイオード保護用抵抗で5〜1000
位のもの、47は本発明のダイオードパッケージ、48
は電圧計である。
何も表面処理をしないときにくらべて、本発明の超高周
波発振器は室内放置しておいても、表面リークがなくな
り、再現性の良い、連続発振特性を得ることができた。
波発振器は室内放置しておいても、表面リークがなくな
り、再現性の良い、連続発振特性を得ることができた。
次に本発明の別の実施例について述べる。
更に長期的な安定性を確保するために、第1図の実施例
で述べたダイオードを不活性ガスを封入できるダイオー
ドの製造方法である。
で述べたダイオードを不活性ガスを封入できるダイオー
ドの製造方法である。
第3図がその実施例で、50が本発明のダイオード、5
1はダイヤモンドヒートシンク、52は銅ステム、53
は石英ないしはセラミックリングで両面をメタライズし
たものでステムへ適当なソルダー54で半田付をして、
ステム1こ融着し、55の金リボンによりその上部へ接
続した後に、適当な窒素等の不活性ガス56雰囲気で金
属製のふた57を適当なソルダーでシールをしたもので
第3図+a+はふた57をはずしたときの上面図、第3
図(blはその断面図である。
1はダイヤモンドヒートシンク、52は銅ステム、53
は石英ないしはセラミックリングで両面をメタライズし
たものでステムへ適当なソルダー54で半田付をして、
ステム1こ融着し、55の金リボンによりその上部へ接
続した後に、適当な窒素等の不活性ガス56雰囲気で金
属製のふた57を適当なソルダーでシールをしたもので
第3図+a+はふた57をはずしたときの上面図、第3
図(blはその断面図である。
このようにすることによって更に安定なダイオードを形
成できた。
成できた。
次に、第1図及び第3図の実施例で示したダイオードに
より安定な発振器を製作した実施例について述べる。第
4図がその構成で、第2図と同じ部分の説明は省略する
が、60と61.62.63はOリングシール、半田等
そしてマイカ板のシール材を用いたシール部でそれぞれ
、バイアス電極、短路器、ステム部、出力部へのシール
を示し、56は不活性ガスである。所望の発振特性を得
るようにダイオード、バイアス電極の調整を行なった後
に、不活性ガス中で各部のシール工程を行なうことによ
り不活性ガスを封入した発振器が製造できる。半田とし
てはSn −Pb合金、Au−5n 、 Au −St
、 Au−Ge合金を用いることができる。
より安定な発振器を製作した実施例について述べる。第
4図がその構成で、第2図と同じ部分の説明は省略する
が、60と61.62.63はOリングシール、半田等
そしてマイカ板のシール材を用いたシール部でそれぞれ
、バイアス電極、短路器、ステム部、出力部へのシール
を示し、56は不活性ガスである。所望の発振特性を得
るようにダイオード、バイアス電極の調整を行なった後
に、不活性ガス中で各部のシール工程を行なうことによ
り不活性ガスを封入した発振器が製造できる。半田とし
てはSn −Pb合金、Au−5n 、 Au −St
、 Au−Ge合金を用いることができる。
以上の実施例では、pnダイオードについて述べてきた
が、ショットキーバリアダイオード、ガンダイオード、
トランジスタ等、発光ダイオード、レーザダイオード等
にも実施できることはいうまでもない。
が、ショットキーバリアダイオード、ガンダイオード、
トランジスタ等、発光ダイオード、レーザダイオード等
にも実施できることはいうまでもない。
以上説明してきたように、本発明の超高周波半導体素子
及び超高周波発振器は、簡単な処理之、熱処理により表
面リークのないダイオードが実現でき、絶縁物により表
面保護膜を形成すると寄生容量が増大する欠点や、接合
の露出部にのみ付むさせ電極部だけ付着しないようにす
る為の工程が不要で、簡単に安価に超高周波用ダイオー
ドの表面安定化と、安定性、信頼性の高い超高周波発振
器を実現でき、工業的に価値の高いものである。
及び超高周波発振器は、簡単な処理之、熱処理により表
面リークのないダイオードが実現でき、絶縁物により表
面保護膜を形成すると寄生容量が増大する欠点や、接合
の露出部にのみ付むさせ電極部だけ付着しないようにす
る為の工程が不要で、簡単に安価に超高周波用ダイオー
ドの表面安定化と、安定性、信頼性の高い超高周波発振
器を実現でき、工業的に価値の高いものである。
第1図、第3図は本発明の超高周波半導体素子の製造方
法の実施例、第2図、第4図は本発明の超高周波半導体
発振器の実施例である。 20・・−0濱酸化膜、 56・・・不活性ガス(b) (C) (改 ) m1図 (e ) ダ M/図 (cL) (し ) l!JII1 第4図
法の実施例、第2図、第4図は本発明の超高周波半導体
発振器の実施例である。 20・・−0濱酸化膜、 56・・・不活性ガス(b) (C) (改 ) m1図 (e ) ダ M/図 (cL) (し ) l!JII1 第4図
Claims (3)
- (1)半導体基板の動作層表面に一部所定の溝部を設け
、溝部だけに金属を付着させる工程、溝部とは反対側の
主表面を前記溝部の金属層まで適当なエッチング液で削
る工程、前記動作層表面及び削った面の両表面に電極を
形成する工程、所定の大きさに前記のウェハを切り出し
た後、マウントボンディングする工程、前記の組立られ
たダイオードを所定の面積に化学エッチングした後に、
ガス中で熱処理をして表面安定化したことを特徴とする
超高周波半導体装置の製造方法。 - (2)前記ダイオードを更に不活性ガス中で封入する工
程を含むことを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記
載の超高周波半導体装置の製造方法。 - (3)半導体基板の動作層表面に一部所定の溝部を設け
、溝部だけに金属を付着させる工程、溝部とは反対側の
主表面を前記溝部の金属層まで適当なエッチング液で削
る工程、前記動作層表面及び削った面の両表面に電極を
形成する工程、所定の大きさに前記のウェハを切り出し
た後、マウントボンディングする工程、前記の組立てら
れたダイオードを所定の面積に化学エッチングした後に
、ガス中で熱処理をして表面安定化した後、導波管、短
路器、出力端子、バイアス電極、ダイオードそう入部を
有する回路に前記ダイオードをリークのないようにダイ
オードそう入部に封入し、不活性ガス中で、短路器、出
力端子、バイアス電極部を不活性ガスが封入されるよう
にシール部を形成したことを特徴とする超高周波発振器
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61268448A JPS63122179A (ja) | 1986-11-11 | 1986-11-11 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61268448A JPS63122179A (ja) | 1986-11-11 | 1986-11-11 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63122179A true JPS63122179A (ja) | 1988-05-26 |
Family
ID=17458648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61268448A Expired - Lifetime JPS63122179A (ja) | 1986-11-11 | 1986-11-11 | 超高周波半導体装置及び超高周波発振器の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63122179A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9018672B2 (en) | 2012-11-26 | 2015-04-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device comprising a semiconductor element having two electrodes |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5135288A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-25 | Hitachi Ltd | |
JPS53103382A (en) * | 1977-02-21 | 1978-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | Production of semiconductor device |
-
1986
- 1986-11-11 JP JP61268448A patent/JPS63122179A/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5135288A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-25 | Hitachi Ltd | |
JPS53103382A (en) * | 1977-02-21 | 1978-09-08 | Mitsubishi Electric Corp | Production of semiconductor device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9018672B2 (en) | 2012-11-26 | 2015-04-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device comprising a semiconductor element having two electrodes |
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