SU1676402A1

SU1676402A1 - Gunn diode

Info

Publication number: SU1676402A1
Application number: SU894755425A
Authority: SU
Inventors: Г.Ф. Караваев; Е.А. Ткаченко; Е.В. Уйманов
Original assignee: Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов; Сибирский Физико-Технический Институт Им.В.М.Кузнецова
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1992-07-23

Abstract

Изобретение относитс к диодам Ганна и может быть использовано при конструировании полупроводниковых СВЧ-генораторов. Цель изобретени - повышение выходной СВЧ-мощности и частоты колебаний. Диод Ганна содержит активную и две контактные области , причем в активной области сформированы слои повышенной концентрации примеси. Эти слои привод т к частичной релаксации на них домена сильного пол . 1 j.n. ф-лы.The invention relates to Gunn diodes and can be used in the design of semiconductor microwave generators. The purpose of the invention is to increase the output microwave power and oscillation frequency. The Gunn diode contains an active and two contact regions, and layers of increased impurity concentration are formed in the active region. These layers result in partial relaxation of the strong-field domain on them. 1 j.n. f-ly.

Description

Изобретение относитс к производству полупроводниковых приборов, а именно СВЧ-приборов на гор чих электронах с междолинным переходом носителей зар да, и может быть использовано дл увеличени частоты колебаний и выходной мощности,а также дл получени сложного СВЧ-сигнала заданной формы.The invention relates to the production of semiconductor devices, namely, microwave devices based on hot electrons with an inter-valley transfer of charge carriers, and can be used to increase the oscillation frequency and output power, as well as to produce a complex microwave signal of a given shape.

Цель изобретени - повышение частоты генерации в N+1) раз без уменьшени длины активной области и повышение выходной мощности прибора за счет увеличени длины активной части диода Ганна (ДГ).The purpose of the invention is to increase the generation frequency by N + 1) times without reducing the length of the active region and increasing the output power of the device by increasing the length of the active part of the Gunn diode (DG).

В активном слое эпитаксиальной структуры диода с уровнем легировани N формируетс N () одинаковых слоев с повышенной концентрацией легирующей примеси, равномерно разнесенных по толщине активного сло и имеющих концентрацию п06д, удовлетвор ющую условию In the active layer of the epitaxial structure of the diode with the N doping level, N () is formed of identical layers with an increased concentration of the doping impurity, uniformly spaced along the thickness of the active layer and having a concentration n06d satisfying the condition

1 noM/nЈ2,1 noM / nЈ2,

Достигаютс указанные цели за счет наличи в активном слое эпнтаксиаль- ной структуры диода областей с повышенной концентрацией легирующей примеси , размер и уровень легировани которых не приводит к полной релаксации на них домена сильного пол (ДСП).These goals are achieved due to the presence in the active layer of the epnaxial structure of the diode of areas with an increased concentration of dopant, the size and level of doping of which does not lead to complete relaxation of the strong field domain (DSP) on them.

Домен в такой структуре, двига сь от катода к аноду, будет Проходить области с пониженным сопротивлением (повышенной концентрацией примеси) и частично релаксировать (падение напр жени на ДСП будет уменьшатьс ),- что приведет к росту электрического тока через диод. МИНОРЗВ область повышенного уровн легировани , домен вновь попадает- в область повышенного сопротивлени (пониженной концентрации легирующей примеси) и будет де- формирорлтьг Спадение напг жсни наA domain in such a structure, moving from the cathode to the anode, will pass areas with reduced resistance (increased impurity concentration) and partially relax (the voltage drop on the particle board will decrease), which will lead to an increase in the electric current through the diode. MINORZV area of increased doping level, the domain again falls into the area of increased resistance (low concentration of doping impurity) and will be deformed and collapses.

СОWITH

оэ Joe j

II

ьэuh

316316

нем будет расти), что прнредет уменьшению тока через прибор. В результате описанный процесс движени ДСП в активном слое с модулированной концентрацией легирующей примеси приведет к сложной зависимости тока от иременн. Манипулиру количеством, местоположением, размером и уровнем (формой) легировани областей (области ) п активном слое прибора, можно управл ть этой зависимостью и, например , добитьс выделени практически всей выходной мощности на определенной гармонике, Очевидно, что при наличии о активной части прибора одной, двух н т.д. равномерно распределенных по длине активной частиit will grow), which will decrease the current through the device. As a result, the described process of DSP motion in an active layer with a modulated concentration of dopant will lead to a complex dependence of current and time. By manipulating the amount, location, size and level (shape) of doping areas (regions) in the active layer of the device, you can control this dependence and, for example, achieve the selection of almost the entire output power at a certain harmonic. Obviously, if there is one two n evenly distributed along the length of the active part

зависимости тска от времени, который соответствует прохождению ДСП над ступенькой. Период колебаний при этом не измен етс , но возрастает амплитуда второй гармоники. При увеличении высоты ступеньки до величины п амплитуды токовых нмпуль- Loa, соотвггствуккцих прохожленню ДСПdepending on the time, which corresponds to the passage of chipboard above the step. The oscillation period does not change, but the amplitude of the second harmonic increases. When increasing the height of the step to the value n of the amplitude of the current nmpul-Loa, corresponding to the passageway of the chipboard

прибора областей повышенной концен- ступеньки приводит к по влению до- трации примеси (при надлежащем выбо- 20 полпителыюго (по сравнению со слу- ре размеров и уровн легировани ) чаем без ступеньки) максимуму на практически вс мощность будет выдел тьс соответственно на второй, третьей и т.д. гармониках, т.е. при одинаковой длине активной части прибора 5 I, н прочих равных услови х насто щий диод будет генерировать СВЧ-сиг- нал практически той же мощности, но с частотой D 2; 3 н т.д. раз выше, чемthe device of areas of higher concentration leads to the appearance of the impurity fraction (with proper selection of politelaya (compared to the size and doping level) with tea without a step) to a maximum of almost all power will be allocated, respectively, to the second, third etc. harmonics, i.e. with the same length of the active part of the device 5 I, and all other things being equal, the present diode will generate a microwave signal of almost the same power, but with a frequency D 2; 3 n times higher than

сигнал, генерируемый ДГ с той же L, Q ад ступенькой и уходу домена в но без областей с повышенным уровнем анод, практически сравниваютс , т.е. легироланнл, работающим на основной частоте.the signal generated by the FG with the same L, Q hell step and the care of the domain in but without areas with an increased anode level are practically compared, i.e. Legirolnnl operating at the main frequency.

Поскольку в насто щих ДГ, по tpas- пению с ДГ, работающими на основной частоте, частота генерации определ етс уже не длиной активной области L, а периодом неоднородности ее легировани , то,увеличива длину активной области, но оставл период неоднородности профил легировани рав35Since in present GDs, in terms of tpas- with GHs operating at the fundamental frequency, the generation frequency is no longer determined by the length of the active region L, but by the period of heterogeneity of its doping, it increases the length of the active region, but leaves a period of heterogeneity of the doping profile equal to 35

практически вс выходна мощность будет выдел тьс на второй гармонике.virtually all of the output power will be at the second harmonic.

Таким образом, име в активной области одну ступеньку, удалось получить максимальную мощность генерации на частоте второй гармоники. При этом ограничени на величину ра-г бочего напр жени такие же, как и 4Q дл , прибора без ступеньки, поскольку длина активной области не уменьным прежней длине активной области, шилась. Следовательно, не уменьша на выходе можно получить СВЧ-сигнал величину рабочего напр жени и гене- той же частоты, но гораздо большей рируемую мощность, удалось вдвоеThus, having one step in the active region, we managed to get the maximum output power at the second harmonic frequency. At the same time, the limitations on the magnitude of the operating voltage are the same as 4Q for the device without a step, because the length of the active region is not the same as the length of the active region, it was extended. Consequently, without reducing the output of the microwave signal, the magnitude of the operating voltage and the same frequency, but a much higher output power, was doubled.

мощности. Т.е. дл увеличени выход- увеличить частоту генерации.power. Those. to increase output, increase the frequency of generation.

ной мощности толщина активного сло насто щего диода L должна удовлетвор ть условиюpower, the thickness of the active layer of the present diode L must satisfy the condition

L(NH} ц, L,L (NH} C, L,

где L - толщина однородного активногоwhere L is the thickness of the uniform active

сло ,lay,

т.е. толщина активного сло ДГ без ступенек.those. thickness of the active layer of DG without steps.

5050

С другой стороны, данный прибор может работать на тех же частотах, что н приборы без ступеньки, но при этом иметь более длинную активную область, а следовательно, н большие рабочее напр жение и генерируемую мощность.On the other hand, this device can operate at the same frequencies as devices without a step, but at the same time have a longer active region and, therefore, n large operating voltages and generated power.

Таким образом, дл фиксированной частоты прибор со ступенькой буПринеденные выше рассуждени на дет иметь большие рабочее напр жение основе физических представлений были 5 и генерируемую мощность, чем прибор проверены расчетным путем, а именно методом макрочастиц с имитацией ак- топ рассе ни с помощью процедурыThus, for a fixed frequency, a device with a step above the reasoning for children to have greater operating voltage, the basis of the physical representations were 5 and the generated power than the device was verified by calculation, namely, by the method of particulates with imitation of scatters

без ступеньки.without a step.

Что касаетс предельных значений прот женности (толлцшы) сло повышенWith regard to the limiting values of the thickness (toltsshy) layer increased

Монтг Мрло. Моделировалагь работа n-n-п -структур из GaAs в одномерном координатном пространстве, длина п -слоев бралась больше длины обеднени , распределение носителей на границах расчетной области полагалось равновесным максвелловским, концентраци носителей - равной концентрации ионизированной примеси. Рабочее напр жение составл ло 3 В, температура решетки 77 К.Montg Mrlo. The work of n-n-n structures of GaAs in one-dimensional coordinate space was modeled, the length of the n-layers was taken longer than the depletion length, the distribution of carriers at the boundaries of the computational domain was assumed to be Maxwell equilibrium, the carrier concentration was equal to the concentration of ionized impurity. The operating voltage was 3 V, the grid temperature was 77 K.

Расчеты показали, что диод без ступеньки генерирует сигнал с частотой ГГц, соответствующей обратному времени пробега домена через прибор /virr c. Наличие в активной области прибора центральнойCalculations have shown that a diode without a step generates a signal with a GHz frequency corresponding to the inverse domain running time through the device / virr c. The presence in the active area of the central

ступеньки приводит к по влению до- полпителыюго (по сравнению со слу- чаем без ступеньки) максимуму на steps leads to the appearance of an additional (compared with the case without a step) maximum

ад ступенькой и уходу домена в анод, практически сравниваютс , т.е. the hell is a step and the domain goes to the anode is practically compared, i.e.

Таким образом, име в активной области одну ступеньку, удалось получить максимальную мощность генерации на частоте второй гармоники. При этом ограничени на величину ра-г бочего напр жени такие же, как и дл , прибора без ступеньки, поскольку длина активной области не умень0Thus, having one step in the active region, we managed to get the maximum output power at the second harmonic frequency. In this case, the limitations on the magnitude of the operating voltage of the bogey voltage are the same as for the device without a step, since the length of the active region does not decrease.

Таким образом, дл фиксированной частоты прибор со ступенькой будет иметь большие и генерируемую моThus, for a fixed frequency, a device with a step will have large and generated

без ступеньки.without a step.

дет иметь большие рабочее напр жение и генерируемую мощность, чем прибор Children have greater operating voltage and generated power than the instrument.

ной концентрации н уропн легнропч- нн ступенек, то к к показывают расчеты, можно утверждать, что дл нполной релаксации ДСП на ступеньке перепал напр женности электрического пол на ней не должен быть больше 2, т.е. и перепад концентрации также не должен быть больше 2.the concentration of the uropn of the light-emitting steps, then k to show calculations, it can be argued that for the complete relaxation of the chipboard on the step the voltage of the electric field on it should not be greater than 2, i.e. and the concentration difference should also not be greater than 2.

На прот жрнног.ть и форму ступенек никаких жестких условий не налагаетс .No harsh conditions are imposed on the shape of the steps.

Claims

1. A Gunn diode containing a semiconductor structure including an active layer of thickness L with a non-uniform 5

G, /, 02l

The profile of kmnirntltsin ln gnrukchly impurity and the day of contact globally, about tl i ch and yu gp yi ya ya three, that, c. n contains N (N f 1) identical OH. MGTPY with ponpoenlsh-mg. impurity impurity impurities, p 6 /), p dimensionally of thickness NR with the thickness

To p / n 22. DIODE I .iMH.T rtn P. 1, O T L N a and y i and i that, with the aim of 5 increasing the power, the thickness of the active layer is pi I, and

ъ Lo