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JP2002134808A - Indium phosphorus gunn diode - Google Patents

Indium phosphorus gunn diode

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Publication number
JP2002134808A
JP2002134808A JP2000318840A JP2000318840A JP2002134808A JP 2002134808 A JP2002134808 A JP 2002134808A JP 2000318840 A JP2000318840 A JP 2000318840A JP 2000318840 A JP2000318840 A JP 2000318840A JP 2002134808 A JP2002134808 A JP 2002134808A
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JP
Japan
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electrode
semiconductor layer
gun diode
indium
concentration
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JP2000318840A
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Japanese (ja)
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Tadayoshi Deguchi
忠義 出口
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New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heat dissipation, yields, and mountability on a plane circuit, etc., of an indium phosphorus Gunn diode. SOLUTION: Boron ions are implanted into a multilayer semiconductor section 13 and 14 to form a high resistance region 17 to separately form a section working as a Gunn diode, and a low resistance layer section working as a path for applying voltage to a first contact layer 12 of the Gunn diode section from outside. Electrodes 15 and 16 for applying voltage to the section working as a Gunn diode are provided on the upper face of a second contact layer 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波の発振用として使用されるインジウム燐(InP)ガ
ンダイオードに係り、特に放熱性の向上、歩留まり向
上、平面回路への実装容易性等を実現したインジウム燐
ガンダイオードに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an indium phosphide (InP) gun diode used for microwave or millimeter wave oscillation, and more particularly to improvement of heat radiation, improvement of yield, ease of mounting on a planar circuit, and the like. The present invention relates to an indium phosphorus gun diode realizing the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波やミリ波の発振用のガンダイ
オードは、通常ガリウム砒素(GaAs)やインジウム
燐(InP)のような化合物半導体で形成されている。
これらの化合物半導体では、低電界では電子の移動度が
数千cm2/V・secと大きいのに対し、高電界が加わると加
速された電子が有効質量の大きいバンドに遷移してその
移動度が低下し、バルク内に負性微分移動度が生じ、結
果的に電流電圧特性の負性微分コンダクタンスが現れ、
熱力学的不安定が生じる。このため、ドメインが発生
し、カソード側からアノード側へ走行する。これが繰り
返される結果、振動電流(発振)が得られる。
2. Description of the Related Art A gun diode for oscillating microwaves or millimeter waves is usually formed of a compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP).
In these compound semiconductors, the mobility of electrons is as high as several thousand cm 2 / V · sec in a low electric field, but when a high electric field is applied, the accelerated electrons transition to a band with a large effective mass and the mobility is increased. And negative differential mobility occurs in the bulk, resulting in a negative differential conductance of the current-voltage characteristic,
Thermodynamic instability occurs. For this reason, a domain is generated and travels from the cathode side to the anode side. As a result of repeating this, an oscillating current (oscillation) is obtained.

【0003】マイクロ波領域においては、発振周波数f
tは走行距離Lと電子の平均ドリフト速度Vdとから求
められ、ft=Vd/Lとなる。ミリ波帯域では、Γ谷で
電子がエネルギーを増減させるために必要な時間等から
なるエネルギー緩和時間が、発振周波数の上限を決める
主要因となっている。ガリウム砒素の緩和時間定数はイ
ンジウム燐の2倍であり、ガリウム砒素とインジウム燐
のカットオフ周波数はそれぞれ100GHz、200G
Hzであると報告されている(M.A.di Forte-Poisson e
t al.:Proc.IPRM'89,p.551(1989))。ガリウム砒素ガン
ダイオードの発振周波数の上限は実用レベルでは60G
Hz〜70GHzであり、自動車レーダーに使用されて
いる77GHz帯等の高い周波数帯には、インジウム燐
ガンダイオードが適している。
In the microwave region, the oscillation frequency f
t is obtained from the traveling distance L and the average drift velocity Vd of electrons, and ft = Vd / L. In the millimeter wave band, the energy relaxation time, which is the time required for electrons to increase or decrease the energy in the valley, is the main factor that determines the upper limit of the oscillation frequency. The relaxation time constant of gallium arsenide is twice that of indium phosphide, and the cutoff frequencies of gallium arsenide and indium phosphide are 100 GHz and 200 G, respectively.
Hz (MAdi Forte-Poisson e
tal .: Proc. IPRM'89, p. 551 (1989)). The upper limit of the oscillation frequency of gallium arsenide gun diode is 60G at practical level
Hz to 70 GHz, and an indium phosphorus gun diode is suitable for a high frequency band such as a 77 GHz band used for automotive radar.

【0004】ミリ波用のガンダイオードの場合、前記ド
メインの走行距離を1〜2μmと極めて短くする必要が
ある。しかも、十分な発振効率を得るためには、ドメイ
ンの走行空間(活性層)の不純物濃度と厚さの積を所定
の値(例えば、1×1012/cm2)に設定する必要があ
り、また発振周波数は一義的に活性層の厚みで決まるた
め、ミリ波のような高周波帯では活性層の不純物濃度は
かなり高くなる。そして、動作状態での電流密度は活性
層の不純物濃度と飽和電子速度との積により決まり、ミ
リ波帯では電流密度の増大により活性層の温度が上昇
し、発振効率が低下してしまう。
In the case of a millimeter-wave gun diode, it is necessary to make the traveling distance of the domain as short as 1 to 2 μm. Moreover, in order to obtain a sufficient oscillation efficiency, it is necessary to set the product of the impurity concentration and the thickness of the traveling space (active layer) of the domain to a predetermined value (for example, 1 × 10 12 / cm 2 ). Since the oscillation frequency is uniquely determined by the thickness of the active layer, the impurity concentration of the active layer is considerably high in a high frequency band such as a millimeter wave. The current density in the operating state is determined by the product of the impurity concentration of the active layer and the saturation electron velocity. In the millimeter wave band, the temperature of the active layer increases due to the increase in the current density, and the oscillation efficiency decreases.

【0005】そこで、このような問題を解消するため
に、従来のミリ波用ガンダイオードでは、メサ型構造を
とることによって、活性層を含めた素子の大きさを数1
0μm直径程度と極めて小さく形成すると共に、最も重
要な性能指数を左右する発熱効率に大きな影響を及ぼす
放熱効率の良い銅製等の放熱部を備えたピル型パッケー
ジ内に組み立てられていた。
In order to solve such a problem, a conventional millimeter-wave gun diode employs a mesa structure to reduce the size of an element including an active layer to several tens.
It was formed in a pill-shaped package having a very small diameter of about 0 μm and provided with a heat-dissipating portion made of copper or the like having good heat-dissipating efficiency, which has a great influence on the heat-generating efficiency that determines the most important figure of merit.

【0006】図9に、従来のメサ型構造のインジウム燐
ガンダイオード100の断面図を示す。n+型(n型高
濃度、以下同じ)インジウム燐からなる半導体基板10
1上に、MOCVD法により、n+型インジウム燐から
なる第1のコンタクト層102、n型(n型低濃度、以
下同じ)インジウム燐からなる活性層103、n+型イ
ンジウム燐からなる第2のコンタクト層104が順次積
層され、電子の走行空間の面積を小さくするため、メサ
型構造がとられている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional indium phosphorus gun diode 100 having a mesa structure. Semiconductor substrate 10 made of n + type (n type high concentration, hereinafter the same) indium phosphide
1, a first contact layer 102 made of n + -type indium phosphide, an active layer 103 made of n-type (n-type low concentration, the same applies hereinafter) indium phosphide, and a second contact made of n + -type indium phosphide by MOCVD. The layers 104 are sequentially stacked, and have a mesa structure in order to reduce the area of the electron traveling space.

【0007】その後、半導体基板101の裏面を薄層化
し、その半導体基板101の裏面にカソード電極105
を形成すると共に、第2のコンタクト層104の表面に
AuGe系金属で構成されるアノード電極106を形成
してから、素子分離を行い、ガンダイオード素子として
完成させる。
After that, the back surface of the semiconductor substrate 101 is thinned, and the cathode electrode 105 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101.
Is formed, and an anode electrode 106 made of AuGe-based metal is formed on the surface of the second contact layer 104, followed by element isolation to complete a Gunn diode element.

【0008】このように形成されたガンダイオード10
0は、図10に示すようなピル型パッケージ110内に
組み立てられる。このピル型パッケージ110は、放熱
基台電極111と、ガンダイオード100を取り囲む外
囲器としてのガラスやセラミックスからなる円筒112
とを有し、この円筒112は放熱基台電極111に硬ロ
ウ付けされた構造となっている。ガンダイオード100
は、図示しないサファイア材等のボンデングツールにて
静電吸着され、放熱基台電極111に接着される。
The thus formed Gunn diode 10
0 is assembled in a pill package 110 as shown in FIG. The pill type package 110 includes a radiation base electrode 111 and a cylinder 112 made of glass or ceramic as an envelope surrounding the gun diode 100.
The cylinder 112 has a structure in which the heat radiation base electrode 111 is hard-brazed. Gun diode 100
Is electrostatically attracted by a bonding tool such as a sapphire material (not shown), and is adhered to the radiation base electrode 111.

【0009】さらに、金リボン113によりガンダイオ
ード100と円筒112の先端に設けられた金属層とが
熱圧着等により接続される。金リボン113の接続を行
った後、円筒112上に蓋状の金属ディスク114をロ
ウ付けし、ピル型パッケージ110への組み立てが終了
する。
Further, the gun diode 100 and the metal layer provided at the tip of the cylinder 112 are connected by a gold ribbon 113 by thermocompression bonding or the like. After the connection of the gold ribbon 113, the lid-shaped metal disk 114 is brazed onto the cylinder 112, and the assembly into the pill type package 110 is completed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インジウム燐ガンダイオード100は、前記したメサ型
構造とするために、通常、ホトレジストをエッチングマ
スクとして使用し、化学的な湿式エッチングによる方法
で形成されるが、このエッチング方法では、深さ方向だ
けでなく、横方向にも同時にエッチングが進行し、電子
の走行空間(活性層)の制御が非常に難しいという製造
上の難点があり、ガンダイオードの素子特性がばらつく
という問題があった。
However, the conventional indium phosphorus gun diode 100 is usually formed by a chemical wet etching method using a photoresist as an etching mask in order to obtain the aforementioned mesa structure. However, in this etching method, etching proceeds simultaneously not only in the depth direction but also in the lateral direction, and it is very difficult to control the electron traveling space (active layer). There has been a problem that device characteristics vary.

【0011】また、インジウム燐のメサ表面が不安定で
あるために、そのメサ表面への電流集中によりガンダイ
オードが焼損してしまう恐れがあるという問題もあっ
た。
In addition, since the mesa surface of indium phosphide is unstable, there is also a problem that a current concentration on the mesa surface may cause burnout of the gun diode.

【0012】さらに、ピル型パッケージ110に組み立
てる際には、放熱基台電極111にガンダイオード10
0を接着する時、前記ボンデイングツールが視野を遮
り、放熱基台電極111を直接視認することが困難とな
り、組立作業効率が非常に悪いという問題もあった。
Further, when assembling into the pill type package 110, the gun diode 10
When bonding 0, the bonding tool obstructs the field of view, making it difficult to directly see the radiation base electrode 111, and there is also a problem that the efficiency of assembly work is very poor.

【0013】本発明の目的は、上記した製造上、信頼性
上、組立上、実装上の問題点を解消したインジウム燐ガ
ンダイオードを提供することである。
An object of the present invention is to provide an indium phosphorus gun diode which has solved the above-mentioned problems in manufacturing, reliability, assembly, and mounting.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】このために第1の発明
は、インジウム燐からなる半導体基板上に、高濃度n型
インジウム燐からなる第1の半導体層、低濃度n型イン
ジウム燐からなる活性層及び高濃度n型インジウム燐か
らなる第2の半導体層が順に積層されたインジウム燐ガ
ンダイオードにおいて、前記第2の半導体層の上面に第
1の電極と第2の電極を離して形成し、該両電極の離間
領域の上面から、最小深さが前記活性層に届き最大深さ
が前記第1の半導体層に届くまでの間の任意の深さに、
イオン注入により高抵抗領域を形成し、且つ前記第1の
電極をほぼ15μm又はそれより若干小さい直径とし、
前記第2の電極を前記第1の電極よりも大きな面積とし
て構成した。
For this purpose, a first aspect of the present invention is to provide a first semiconductor layer made of high-concentration n-type indium phosphide and an active layer made of low-concentration n-type indium phosphide on a semiconductor substrate made of indium phosphide. A first electrode and a second electrode separated from each other on an upper surface of the second semiconductor layer in an indium phosphorus gun diode in which a layer and a second semiconductor layer made of high-concentration n-type indium phosphorus are sequentially stacked; From the upper surface of the separation region between the two electrodes, at an arbitrary depth until the minimum depth reaches the active layer and the maximum depth reaches the first semiconductor layer,
Forming a high resistance region by ion implantation and making the first electrode approximately 15 μm or slightly smaller in diameter;
The second electrode was configured to have a larger area than the first electrode.

【0015】第2の発明は、第1の発明において、前記
第2の半導体層を、高濃度n型インジウムガリウム砒素
からなる半導体層に置換して構成した。
According to a second aspect, in the first aspect, the second semiconductor layer is replaced with a semiconductor layer made of high-concentration n-type indium gallium arsenide.

【0016】第3の発明は、第1の発明において、前記
第2の半導体層の上層に、高濃度n型インジウムガリウ
ム砒素からなる第3の半導体層を更に積層し、該第3の
半導体層の上面に前記第1の電極及び前記第2の電極を
形成して構成した。
In a third aspect based on the first aspect, a third semiconductor layer made of high-concentration n-type indium gallium arsenide is further laminated on the second semiconductor layer, The first electrode and the second electrode are formed on the upper surface of the substrate.

【0017】第4の発明は、第1乃至第3の発明のいず
れか1つにおいて、前記第1の半導体層を、高濃度n型
インジウムガリウム砒素からなる半導体層に置換して構
成した。
According to a fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the first semiconductor layer is replaced with a semiconductor layer made of high-concentration n-type indium gallium arsenide.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態のイン
ジウム燐ガンダイオード10Aの構造を示す図で、その
(a)は平面図、(b)は断面図である。図2は製造工程図で
ある。
FIG. 1 is a view showing the structure of an indium phosphorus gun diode 10A according to an embodiment of the present invention.
(a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view. FIG. 2 is a manufacturing process diagram.

【0019】まず、図2の内容に従って製造工程を説明
する。不純物濃度が3〜8×1018atom/cm2のn+型イン
ジウム燐からなる半導体基板11上に、MOCVD法に
より、不純物濃度が2×1018atom/cm2で厚さ0.5μmのn
+型インジウム燐からなる第1のコンタクト層(第1の
半導体層)12、不純物濃度が1.5×1016atom/cm2で厚
さ1.3μmのn型インジウム燐からなる活性層13、及び
不純物濃度が2×1018atom/cmで厚さ0.3μmのn+型イ
ンジウム燐からなる第2のコンタクト層(第2の半導体
層)14を順次積層した半導体基板を用意する(図2の
(a))。
First, the manufacturing process will be described with reference to FIG. On a semiconductor substrate 11 made of n + -type indium phosphide having an impurity concentration of 3 to 8 × 10 18 atom / cm 2, an n-type semiconductor having an impurity concentration of 2 × 10 18 atom / cm 2 and a thickness of 0.5 μm is formed by MOCVD.
A first contact layer (first semiconductor layer) 12 made of + -type indium phosphorus, an active layer 13 made of n-type indium phosphorus having an impurity concentration of 1.5 × 10 16 atom / cm 2 and a thickness of 1.3 μm, and an impurity concentration A semiconductor substrate is prepared in which a second contact layer (second semiconductor layer) 14 of 2 × 10 18 atom / cm and a thickness of 0.3 μm made of n + -type indium phosphide is sequentially laminated (see FIG. 2).
(a)).

【0020】次に、第2のコンタクト層14上に、カソ
ード電極及びアノード電極の形成予定領域を開口するよ
うホトレジストをパターニングし、第2のコンタクト層
14とオーミック接触するAuGe、Ni、Au等から
なる金属膜(下地電極層)を蒸着する。ホトレジストを
除去した後、加熱処理(アニール)を行い、その第2の
コンタクト層14上にカソード電極15及びアノード電
極16をD=10μmだけ分離した形で形成する(図2
の(b))。ここで、カソード電極15の直径はほぼ15
μm又はそれより若干小さくする。なお、図1に示した
ように、アノード電極16の平面形状は縁が方形、カソ
ード電極15の平面形状は円形であるが、いずれも楕円
形、略正方形等を選択することもできる。また、カソー
ド電極15の数は、所望の電流を得るために、図示のよ
うに2個又はそれ以上の複数個形成してもよい。
Next, a photoresist is patterned on the second contact layer 14 so as to open regions where cathode electrodes and anode electrodes are to be formed, and AuGe, Ni, Au or the like which makes ohmic contact with the second contact layer 14 is formed. A metal film (underlying electrode layer) is deposited. After removing the photoresist, heat treatment (annealing) is performed to form a cathode electrode 15 and an anode electrode 16 on the second contact layer 14 in a form separated by D = 10 μm (FIG. 2).
(B)). Here, the diameter of the cathode electrode 15 is approximately 15
μm or slightly smaller. In addition, as shown in FIG. 1, the planar shape of the anode electrode 16 is a square edge, and the planar shape of the cathode electrode 15 is a circle. However, an elliptical shape, a substantially square shape, or the like can be selected. The number of cathode electrodes 15 may be two or more as shown in the figure in order to obtain a desired current.

【0021】次に、カソード電極15及びアノード電極
16をマスクとして使用し、加速エネルギー30、10
0及び200KeVで、それぞれドーズ量を7×1
12、1×1013及び2×1013/cm2の条件として
ボロン(B)を注入し、400℃の熱処理により第2の
コンタクト層14の上面から活性層13の底面までの領
域を高抵抗化(絶縁化)して高抵抗領域(絶縁領域)1
7を形成する(図2の(c))。この高抵抗領域17は上
記したカソード電極15とアノード電極16との間隙D
=10μmの下層部分に形成される。ボロン(B)の代
わりに、酸素(O)、鉄(Fe)、水素(H)等をイオ
ン注入して高抵抗化しても良い。
Next, using the cathode electrode 15 and the anode electrode 16 as masks,
At 0 and 200 KeV, the dose amount is 7 × 1 respectively.
Boron (B) is implanted under the conditions of 0 12 , 1 × 10 13 and 2 × 10 13 / cm 2 , and the region from the top surface of the second contact layer 14 to the bottom surface of the active layer 13 is raised by heat treatment at 400 ° C. High resistance area (insulation area) by resistance (insulation) 1
7 is formed (FIG. 2C). The high resistance region 17 is formed by the gap D between the cathode electrode 15 and the anode electrode 16 described above.
= 10 μm. Instead of boron (B), oxygen (O), iron (Fe), hydrogen (H), or the like may be ion-implanted to increase the resistance.

【0022】次に、カソード電極15及びアノード電極
16の各々の表面の一部が開口するようにホトレジスト
をパターンニングし、その開口内に電解メッキ法あるい
は無電解メッキ法により、カソード電極15とアノード
電極16を下地電極としてAu等からなる導電性突起部
であるカソードバンプ18とアノードバンプ19を析出
形成する(図2の(d))。
Next, a photoresist is patterned so that a part of the surface of each of the cathode electrode 15 and the anode electrode 16 is opened, and the cathode electrode 15 and the anode electrode are formed in the openings by electrolytic plating or electroless plating. Using the electrode 16 as a base electrode, a cathode bump 18 and an anode bump 19, which are conductive projections made of Au or the like, are deposited and formed (FIG. 2 (d)).

【0023】カソード電極15が接続される活性層13
の面積(カソード電極16の面積)は、ガンダイオード
としての所定の動作電流が得られる面積(横方向断面
積)に設定される。つまり、ガンダイオードとして機能
可能な面積に設定される。このカソード電極15の直径
は前記したように、ほぼ15μm又は若干それより小さ
くし、所望の電流が得られない場合は、カソード電極1
5を複数個設ける。一方、アノード電極16が接続され
る活性層13の面積は、カソード電極15が接続される
活性層13の面積より充分大きくして、アノード電極1
6の下方の半導体積層部の電気抵抗をカソード電極15
下方の半導体積層部の電気抵抗より充分小さくすること
で、この部分をガンダイオードとしては機能させず、実
質的に低い値の抵抗部分として機能させ、アノード電極
16を実質的直接的に第1のコンタクト層12に接続さ
せる。
Active layer 13 to which cathode electrode 15 is connected
(The area of the cathode electrode 16) is set to an area (cross-sectional area in the lateral direction) where a predetermined operating current as a Gunn diode can be obtained. In other words, the area is set to an area that can function as a gun diode. As described above, the diameter of the cathode electrode 15 is approximately 15 μm or slightly smaller, and if a desired current cannot be obtained, the cathode electrode 1
5 are provided. On the other hand, the area of the active layer 13 to which the anode electrode 16 is connected is sufficiently larger than the area of the active layer 13 to which the cathode electrode 15 is connected.
The electrical resistance of the semiconductor lamination below 6 is reduced by the cathode electrode 15.
By making the electrical resistance sufficiently lower than the lower semiconductor laminated portion, this portion does not function as a Gunn diode, but functions as a substantially low-resistance portion, and the anode electrode 16 is substantially directly connected to the first electrode. It is connected to the contact layer 12.

【0024】次に、通常のガンダイオードの製造工程に
従い、ガンダイオード全体の厚さが100μm程度となるよ
うに、半導体基板11の裏面を研磨し薄層化する。その
後に、必要に応じて、半導体基板11の裏面に、半導体
基板11とオーミック接触するAuGe、Ni、Au、
Ti、Pt等からなる金属膜(メタル)20を蒸着し、
加熱処理(アニール)を行う(図2の(d))。この半導
体基板11の裏面に形成する金属膜20は必ずしも必要
ないが、アノード電極16の下方の半導体積層部の電気
抵抗をより小さくできる。
Next, the back surface of the semiconductor substrate 11 is polished and thinned so that the entire gun diode has a thickness of about 100 μm in accordance with the usual manufacturing process of a gun diode. Thereafter, if necessary, AuGe, Ni, Au, which is in ohmic contact with the semiconductor substrate 11,
A metal film (metal) 20 made of Ti, Pt, etc. is deposited,
A heat treatment (annealing) is performed ((d) in FIG. 2). Although the metal film 20 formed on the back surface of the semiconductor substrate 11 is not always necessary, the electric resistance of the semiconductor laminated portion below the anode electrode 16 can be further reduced.

【0025】以上のようにして形成される本実施形態の
ガンダイオード10Aは、ガンダイオードとして機能す
るインジウム燐からなる活性領域13が、エッチングに
よるメサ形成ではなく、イオン注入による高抵抗化によ
り他から分離独立して形成されるので、表面が不安定で
あるためにメサ表面への電流集中によりガンダイオード
が焼損してしまうという従来のメサ型の問題は起こらな
い。
In the Gunn diode 10A of the present embodiment formed as described above, the active region 13 made of indium phosphide, which functions as a Gunn diode, is not formed by mesa formation by etching but by high resistance by ion implantation. Since they are formed independently of each other, the conventional mesa-type problem that the gun diode is burned out due to current concentration on the mesa surface because the surface is unstable does not occur.

【0026】図3は中央にカソード電極15のカソード
バンプ18、両側にアノード電極16のアノードバンプ
19が形成された図1のガンダイオード10Aを、マイ
クロストリップ線路30を構成する平板回路基板31に
実装した構造の一例を示す図である。窒化アルミニウム
(AlN)のように比抵抗が106Ω・cm以上、熱電導率
が170W/mK以上で良好な半絶縁性の平板基板31の表
面に信号電極32が、また裏面全面に接地電極33が形
成されている。34はタングステンを充填したヴィアホ
ールであり、裏面の接地電極33と表面に形成した表面
接地電極35を電気的に接続している。
FIG. 3 shows that the Gunn diode 10A of FIG. 1 in which the cathode bump 18 of the cathode electrode 15 is formed at the center and the anode bump 19 of the anode electrode 16 is formed on both sides is mounted on the flat circuit board 31 constituting the microstrip line 30. It is a figure which shows an example of the structure made. A signal electrode 32 is provided on the surface of a semi-insulating flat substrate 31 having a specific resistance of at least 10 6 Ω · cm and a thermal conductivity of at least 170 W / mK, such as aluminum nitride (AlN), and a ground electrode on the entire back surface. 33 are formed. Numeral 34 denotes a via hole filled with tungsten, which electrically connects the ground electrode 33 on the back surface to the front ground electrode 35 formed on the front surface.

【0027】ガンダイオード10Aは中央のカソードバ
ンプ18が中央の信号電極32に接着され、両側のアノ
ード電極16のアノードバンプ19が両側の表面接地電
極35に接着されている。32Aはガンダイオード10
Aにバイアス電圧を供給するバイアス電極、32Bはガ
ンダイオード10Aを含むマイクロストリップ線路によ
る共振器を構成する電極、32Cはマイクロストリップ
線路による信号出力電極である。
In the gun diode 10A, the central cathode bump 18 is bonded to the central signal electrode 32, and the anode bumps 19 of the anode electrodes 16 on both sides are bonded to the surface ground electrodes 35 on both sides. 32A is Gunn diode 10
B is a bias electrode for supplying a bias voltage to A, 32B is an electrode constituting a microstrip line resonator including the Gunn diode 10A, and 32C is a microstrip line signal output electrode.

【0028】ガンダイオード10Aとこの実装構造によ
り構成した発振器は、共振器長(電極32B部分の長
さ)が400μmのとき、発振周波数77GHzで60
mWの発信出力が得られている。
When the resonator length (length of the electrode 32B) is 400 μm, the oscillator constituted by the Gunn diode 10A and this mounting structure has an oscillation frequency of 77 GHz and a frequency of 60 GHz.
An output power of mW is obtained.

【0029】この実装構造では、ガンダイオード10A
をフェースダウン姿勢にして、カソードバンプ18を信
号電極32に、アノードバンプ19を表面接地電極35
に直接接続し、金リボンを使用しないので、金リボンの
接続に起因し発生していた寄生インダクタンスの発生が
なくなり、特性のばらつきの少ない発振器を実現するこ
とが可能になる。
In this mounting structure, the gun diode 10A
In a face-down position, the cathode bump 18 is used as the signal electrode 32, and the anode bump 19 is used as the surface ground electrode 35.
And no gold ribbon is used, so that the occurrence of the parasitic inductance caused by the connection of the gold ribbon is eliminated, and an oscillator with less variation in characteristics can be realized.

【0030】また、ガンダイオード10Aに発生する熱
がカソードバンプ18、アノードバンプ19を介してヒ
ートシンクとしても機能する基板31に放散されるの
で、放熱効果も高くなる。さらに、このようなガンダイ
オード10Aの実装状態では、カソード電極15のカソ
ードバンプ18の両側にアノード電極16のアノードバ
ンプ19が位置するので、小面積のカソード電極15に
過度の加重が加わることが防止される。
Further, since the heat generated in the gun diode 10A is dissipated to the substrate 31 functioning as a heat sink via the cathode bumps 18 and the anode bumps 19, the heat radiation effect is enhanced. Further, in such a mounted state of the gun diode 10A, since the anode bumps 19 of the anode electrode 16 are located on both sides of the cathode bumps 18 of the cathode electrode 15, it is possible to prevent an excessive load from being applied to the cathode electrode 15 having a small area. Is done.

【0031】さらに、本実施形態のガンダイオード10
Aは、カソード電極15の直径をほぼ15μm又はそれ
より若干小さくしたことによって、ブレークダウンを防
ぐことができる。図4にカソード電極15の直径を46
μm、33μm、23μm、19μm、15μmと変え
たときの電流−電圧特性を示す。例として、77GHz
帯で発振させる場合、バイアス電圧は約6Vであるた
め、ブレークダウンを防ぐには、カソード電極径を15
μm以下又はそれより小さくすることが必要であること
が分かる。これはイオン注入後に発生するディープレベ
ル及び表面のピニングレベルを介した電流が少なくなる
ためと考えられる。
Further, the gun diode 10 of the present embodiment
A can prevent the breakdown by making the diameter of the cathode electrode 15 approximately 15 μm or slightly smaller. FIG. 4 shows that the diameter of the cathode electrode 15 is 46
The current-voltage characteristics when changing to μm, 33 μm, 23 μm, 19 μm, and 15 μm are shown. For example, 77 GHz
When oscillating in the band, the bias voltage is about 6 V.
It can be seen that it is necessary to be less than or equal to μm. This is presumably because the current flowing through the deep level and the surface pinning level generated after the ion implantation is reduced.

【0032】図5は別の実施形態のガンダイオード10
Bの断面を示す図であり、第2のコンタクト層14に代
えて、n+型のIn0.53Ga0.47Asからなる厚さ0.
2μmのインジウムガリウム砒素(InGaAs)の第
2のコンタクト層14’を使用したものであり、図1の
ガンダイオード10Aと同様に動作する。
FIG. 5 shows a gun diode 10 according to another embodiment.
4B is a diagram showing a cross section of the second contact layer 14, wherein the second contact layer 14 is replaced with an n + -type In 0.53 Ga 0.47 As having a thickness of 0.1 mm .
The second contact layer 14 'made of 2 μm indium gallium arsenide (InGaAs) is used, and operates similarly to the Gunn diode 10A of FIG.

【0033】図6も別の実施形態のガンダイオード10
Cの断面を示す図であり、第1のコンタクト層12に代
えて、n+型のIn0.53Ga0.47Asからなる厚さ0.
5μmのインジウムガリウム砒素(InGaAs)の第
1のコンタクト層12’を使用したものであり、図1の
ガンダイオード10Aと同様に動作する。
FIG. 6 also shows a gun diode 10 according to another embodiment.
FIG. 4C is a diagram showing a cross section of the first contact layer 12, which is made of n + -type In 0.53 Ga 0.47 As instead of the first contact layer 12.
The first contact layer 12 'of 5 μm indium gallium arsenide (InGaAs) is used, and operates similarly to the Gunn diode 10A of FIG.

【0034】図7も別の実施形態のガンダイオード10
Dの断面を示す図であり、第2のコンタクト層14の上
面に、n+型のIn0.53Ga0.47Asからなる厚さ0.
2μmのインジウムガリウム砒素(InGaAs)の第
3のコンタクト層14”を積層したものであり、図1の
ガンダイオード10Aと同様に動作する。
FIG. 7 also shows a Gunn diode 10 according to another embodiment.
FIG. 4D is a diagram showing a cross section of FIG. 3D, in which an upper surface of the second contact layer 14 is made of n + -type In 0.53 Ga 0.47 As and has a thickness of 0.
A third contact layer 14 ″ of 2 μm indium gallium arsenide (InGaAs) is laminated, and operates similarly to the Gunn diode 10A of FIG.

【0035】図8も別の実施形態のガンダイオード10
Eの断面を示す図であり、ボロン(B)のイオン注入に
よる高抵抗領域17の深さを活性層13の上面に届くま
でとしたものであり、このように少なくとも第2のコン
タクト層14と活性層13の界面の深さまでイオン注入
により高抵抗化した高抵抗領域17を形成すれば、ガン
ダイオードとして機能する部分がカソード電極15によ
って区画分離されるようになる。
FIG. 8 also shows a gun diode 10 according to another embodiment.
FIG. 4E is a diagram showing a cross section of FIG. 4C, in which the depth of the high-resistance region 17 by boron (B) ion implantation reaches the upper surface of the active layer 13, and thus at least the second contact layer 14 is formed. By forming the high resistance region 17 having a high resistance by ion implantation up to the depth of the interface of the active layer 13, the portion functioning as a Gunn diode is partitioned by the cathode electrode 15.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように本発明のガンダイオ
ードは、ガンダイオードとして機能するインジウム燐か
らなる活性領域がエッチングによるメサ形成ではなく、
高抵抗領域により分離区画され形成されるので、メサ表
面への電流集中による焼損を防ぐことができる。
As described above, in the Gunn diode of the present invention, the active region made of indium phosphide, which functions as a Gunn diode, does not form a mesa by etching.
Since it is separated and formed by the high resistance region, it is possible to prevent burning due to current concentration on the mesa surface.

【0037】また、高抵抗領域を形成する際のイオン注
入領域はカソード電極とアノード電極をマスクとした自
己整合的に決定されるため、ガンダイオードの特性のば
らつきを少なくすることができる。
Further, since the ion-implanted region in forming the high-resistance region is determined in a self-aligned manner using the cathode electrode and the anode electrode as masks, variations in the characteristics of the Gunn diode can be reduced.

【0038】また、カソード電極の直径をほぼ15μm
又はそれより若干小さくしたことによって、動作時のブ
レークダウンを防止することができる。
The diameter of the cathode electrode is approximately 15 μm.
Or, by making it slightly smaller, breakdown during operation can be prevented.

【0039】また、カソード電極とアノード電極が同じ
面に設けられるので、そこにバンプを設けるとき、それ
らのバンプ高さを同じレベルにすることができるため、
その実装姿勢をフェースダウンで実現できる。このた
め、従来のようなピル型パッケージに組み立てる必要が
なく、平板基板への組み立てが容易に可能であり組み立
て上の利点が大きい。
Further, since the cathode electrode and the anode electrode are provided on the same surface, when the bumps are provided thereon, the heights of the bumps can be set to the same level.
The mounting posture can be realized face down. For this reason, it is not necessary to assemble into a conventional pill type package, and it is easy to assemble on a flat board, which has a great advantage in assembling.

【0040】さらに、実装時に金リボン等によって微小
電極と接続する必要がないため、寄生インダクタンスの
発生がなく、金リボンの長さのばらつきなどに起因する
回路特性のばらつきをなくすことができる。
Further, since it is not necessary to connect the micro-electrodes with a gold ribbon or the like at the time of mounting, no parasitic inductance is generated, and variations in circuit characteristics due to variations in the length of the gold ribbon can be eliminated.

【0041】さらに、実質的にガンダイオードとして機
能するカソード電極を複数個に分離して構成することに
より、放熱効率が格段に良くなり、発振効率や発振電力
を大幅に向上させることができる。
Further, by arranging the cathode electrode, which substantially functions as a Gunn diode, into a plurality of parts, the heat radiation efficiency is remarkably improved, and the oscillation efficiency and oscillation power can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施形態のインジウム燐ガンダイオ
ードを示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。
FIG. 1 is a view showing an indium phosphorus gun diode according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view.

【図2】 図1のインジウム燐ガンダイオードの製造方
法の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the indium phosphorus gun diode of FIG.

【図3】 図1のインジウム燐ガンダイオードの実装構
造の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a mounting structure of the indium phosphorus gun diode of FIG. 1;

【図4】 図1のインジウム燐ガンダイオードのカソー
ド電極の径を変化させたときの電流−電圧特性図であ
る。
4 is a current-voltage characteristic diagram when the diameter of a cathode electrode of the indium phosphorus gun diode of FIG. 1 is changed.

【図5】 図1のインジウム燐ガンダイオードの変形例
の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a modified example of the indium phosphorus gun diode of FIG. 1;

【図6】 図1のインジウム燐ガンダイオードの変形例
の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a modified example of the indium phosphorus gun diode of FIG. 1;

【図7】 図1のインジウム燐ガンダイオードの変形例
の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a modified example of the indium phosphorus gun diode of FIG. 1;

【図8】 図1のインジウム燐ガンダイオードの変形例
の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a modified example of the indium phosphorus gun diode of FIG. 1;

【図9】 従来のメサ型構造のインジウム燐ガンダイオ
ードの断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a conventional indium phosphorus gun diode having a mesa structure.

【図10】 図9のメサ型構造のインジウム燐ガンダイ
オードをピル型パッケージに組み込んだ断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view in which the indium phosphorus gun diode having the mesa structure of FIG. 9 is incorporated in a pill type package.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A,10B,10C,10D,10E:インジウム
燐ガンダイオード 11:半導体基板、12:第1のコンタクト層、13:
活性層、14:第2のコンタクト層、15:カソード電
極、16:アノード電極、17:イオン注入による高抵
抗領域、18:カソードバンプ、19:アノードバン
プ、20:金属膜30:マイクロストリップ線路、3
1:平板基板、32:信号電極、33:接地電極、3
4:ヴィアホール、35:表面接地電極 100:従来のガンダイオード、101:半導体基板、
102:第1のコンタクト層、103:活性層、10
4:第2のコンタクト層、105:カソード電極、10
6:アノード電極 110:ピル型パッケージ、111:放熱基台電極、1
12:円筒、113:金リボン、114:金属ディスク
10A, 10B, 10C, 10D, 10E: indium phosphorus gun diode 11: semiconductor substrate, 12: first contact layer, 13:
Active layer, 14: second contact layer, 15: cathode electrode, 16: anode electrode, 17: high resistance region by ion implantation, 18: cathode bump, 19: anode bump, 20: metal film 30, microstrip line, 3
1: plate substrate, 32: signal electrode, 33: ground electrode, 3
4: Via hole, 35: Surface ground electrode 100: Conventional Gunn diode, 101: Semiconductor substrate,
102: first contact layer, 103: active layer, 10
4: second contact layer, 105: cathode electrode, 10
6: anode electrode 110: pill type package, 111: heat dissipation base electrode, 1
12: cylinder, 113: gold ribbon, 114: metal disk

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】インジウム燐からなる半導体基板上に、高
濃度n型インジウム燐からなる第1の半導体層、低濃度
n型インジウム燐からなる活性層及び高濃度n型インジ
ウム燐からなる第2の半導体層が順に積層されたインジ
ウム燐ガンダイオードにおいて、 前記第2の半導体層の上面に第1の電極と第2の電極を
離して形成し、該両電極の離間領域の上面から、最小深
さが前記活性層に届き最大深さが前記第1の半導体層に
届くまでの間の任意の深さに、イオン注入により高抵抗
領域を形成し、 且つ前記第1の電極をほぼ15μm又はそれより若干小
さい直径とし、前記第2の電極を前記第1の電極よりも
大きな面積としたことを特徴とするインジウム燐ガンダ
イオード。
A first semiconductor layer made of high-concentration n-type indium phosphide, an active layer made of low-concentration n-type indium phosphide, and a second semiconductor layer made of high-concentration n-type indium phosphide. In an indium phosphorus gun diode in which semiconductor layers are sequentially stacked, a first electrode and a second electrode are formed on an upper surface of the second semiconductor layer so as to be separated from each other by a minimum depth from an upper surface of a separation region between the two electrodes. Forming a high resistance region by ion implantation at an arbitrary depth before reaching the active layer and reaching a maximum depth to the first semiconductor layer, and forming the first electrode at approximately 15 μm or more. An indium phosphorus gun diode having a slightly smaller diameter and a second electrode having a larger area than the first electrode.
【請求項2】前記第2の半導体層を、高濃度n型インジ
ウムガリウム砒素からなる半導体層に置換したことを特
徴とする請求項1に記載のインジウム燐ガンダイオー
ド。
2. The indium phosphorus gun diode according to claim 1, wherein said second semiconductor layer is replaced with a semiconductor layer made of high-concentration n-type indium gallium arsenide.
【請求項3】前記第2の半導体層の上層に、高濃度n型
インジウムガリウム砒素からなる第3の半導体層を更に
積層し、該第3の半導体層の上面に前記第1の電極及び
前記第2の電極を形成したことを特徴とする請求項1に
記載のインジウム燐ガンダイオード。
3. A third semiconductor layer made of high-concentration n-type indium gallium arsenide is further laminated on the second semiconductor layer, and the first electrode and the first electrode are formed on an upper surface of the third semiconductor layer. The indium phosphorus gun diode according to claim 1, wherein a second electrode is formed.
【請求項4】前記第1の半導体層を、高濃度n型インジ
ウムガリウム砒素からなる半導体層に置換したことを特
徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のインジ
ウム燐ガンダイオード。
4. The indium phosphorus gun diode according to claim 1, wherein said first semiconductor layer is replaced with a semiconductor layer made of high-concentration n-type indium gallium arsenide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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