JP2005123385A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロ波帯域からテラヘルツ帯域での特性のバラツキが抑制されており、実装が容易で、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 半導体装置１００は、凸状部１８を有するｎ型半導体層２Ａを最上部に有する基板１と、基板１上に形成され、ｎ型半導体層２Ａの凸状部１８の上を通って延びる信号線５と、基板１上に形成され、信号線５と互いに離間して配置され、信号線５と伝送線路を構成する接地線６と、ｎ型半導体層２Ａと、信号線５および接地線６とから構成される発振素子１５と、基板１上に形成され、信号線５に接続された高周波利用回路部１１とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波帯域からミリ波帯域、さらにはテラヘルツの周波数帯域で動作する半導体装置に関する。

近年、情報通信分野における技術の進展は著しく、通信機器が扱う周波数帯域もマイクロ波帯域からミリ波帯域へと、より高い周波数帯域へと変化している。このようなマイクロ波帯からミリ波帯までの高周波帯域を扱う通信用回路などでは、高周波信号を発生する発振回路あるいは発振素子が重要な回路要素となる。従来、マイクロ波帯域での高周波信号の発生には、高周波増幅器に正帰還をかけた発振回路や、素子自体が負性抵抗特性を有する２端子素子が用いられている。このうち高周波増幅器に正帰還をかけた発振回路の出力は、ミリ波帯域から、さらに高周波帯域において高周波増幅器の周波数特性が低下するため、十分な出力が得られないことがある。このため、ミリ波帯域以上の周波数では負性抵抗特性を示す２端子素子が多用されている。

負性抵抗特性を示す２端子素子としては、代表的には、ガン効果を用いたガンダイオード、電子のなだれ現象を用いたＩＭＰＡＴＴダイオード、負性抵抗特性を用いたトンネルダイオードなどがある。このうちガンダイオードは比較的簡単な構造であり、また比較的大きな出力が得られるので有用である。

ガンダイオードは、ガン効果を利用したダイオードである。ガン効果とは、閃亜鉛構造を有する直接遷移型のｎ型半導体において電子の走行速度が電界依存性を有し、電界強度が臨界値Ｅthより小さいときに、その移動度が大きい状態にあるが、その一方で電界強度が臨界値Ｅthより大きくなると、その移動度が小さい状態に遷移するために生じる効果である。ここで、ガン効果が生じる原理を図１４および図１５を参照しながら説明する。図１４は、プレーナ型ガンダイオードにおいてガン効果が生じる原理を模式的に示す図であり、図１５は、ｎ型のＧａＡｓを用いたガンダイオードにおける、電界強度と電子の走行速度との関係を示す図である（非特許文献１を参照）。なお、図１５の横軸は電界強度を、縦軸は電子の走行速度を表す。

プレーナ型ガンダイオードは、図１４に示すように、基板１０１の最上部に形成された上述のガン効果を生じるｎ型半導体層１０２と、ｎ型半導体層１０２上に形成された１対の電極１０３とから構成される。このガンダイオードでは、上述のようなガン効果を生じるｎ型半導体層１０２に対して１対の電極１０３からＥｔｈより大きな電界を印加した場合、電界強度に対する電子の走行速度の依存性（図１５を参照のこと）に起因して、ｎ型半導体層１０２中での電子の走行速度に分布が生じる。この結果、ｎ型半導体層１０２中に電界分布が生じ、さらにｎ型半導体層１０２中に電子濃度の高くなった領域（ドメイン）１０４が生じる。ドメイン１０４が一方の電極１０３に到達すると電流ピークが生じ、さらにこのドメイン１０４が繰り返し発生、走行する。このことによって、ドメイン１０４が一方の電極１０３に到達する周期に応じて高周波信号が発生する。なお、ドメイン１０４の速度Ｖｄ（ｃｍ／ｓ）は、十分大きな電界強度において飽和した電子の走行速度と一致する。

ドメイン１０４の形成にはいくつかのモードがあり、代表的なものはドメイン１０４がｎ型半導体層１０２中に１カ所生じるダイポールモードである。ダイポールモードで生じる高周波信号の周波数の最大値ｆ０は、電極１０３の間の距離Ｌ（ｃｍ）とドメインの移動速度Ｖｄ（ｃｍ／ｓ）により決まり、下記式（１）で表される。

ｆ０＝Ｖｄ／Ｌ （Ｈｚ） … （１）

さらにガン効果では、複数のドメイン１０４が同時に生じる高次のモード（ハイブリッドモード）も存在する。ハイブリッドモードで生じる高周波信号の周波数ｆは、実験的に下記式（２）で表される関係にあることが見積もられている。

ｆ０＜ｆ＜（５０×ｆ０） … （２）

また、ｎ型半導体層１０２の不純物濃度Ｎ₀（ｃｍ^-3）と電極１０３の間の距離Ｌ（ｃｍ）として、下記式（３）を満たすことがガン効果を生じる条件とされている（非特許文献１を参照）。

Ｎ₀Ｌ＞１０¹² (ｃｍ^-2) … （３）

式（３）に示される条件は、図１６中の斜線部の領域で示される。図１６は、ガン効果が生じる条件を表す図である。

図１６から電極１０３の間の距離Ｌに対する、ガン効果が生じる不純物のドーピング濃度を見積もることができる。

また、ハイブリッドモードでガン効果が生じる条件は、ダイポールモードより高電界を印加することを前提として、下記式（４）に表される。

５×１０¹³＞Ｎ₀Ｌ＞１０¹² (ｃｍ^-2) … （４）

薄膜堆積法やエッチングによる凸状形状の通常の加工上限は1０μｍ程度である。凸状の膜厚方向に電流を流すガンダイオードを想定し、さらに式（４）に示される条件を考慮したハイブリッドモードでのガン効果が生じる範囲は、図１６中の領域Ｒで示される。また、ｎ型半導体層１０２の不純物濃度Ｎ₀は、通常１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸（ｃｍ^-3）程度であるので、電極１０３の間の距離Ｌが０．０１μｍ以上となる場合にガン効果が生じることがわかる。

図１７は、最も基本的なダイポールモードのｆ０を示している。図１７から、ドメイン１０４の速度Ｖｄの値を仮定して、電極３の間の距離Ｌに対するダイポールモードでの発信周波数ｆ０を見積もることができる。図１７では、通常Ｖｄが１×１０⁶〜１×１０⁸（ｃｍ／ｓ）であることをふまえ、実際の飽和電子速度に近い値（１×１０⁵、１×１０⁶、１×１０⁷、１×１０⁸（ｃｍ／ｓ））を用いてプロットしている。

図１７では、ダイポールモードにおける発振周波数ｆ０を示しているが、ハイブリッドモードでの最大動作周波数ｆは、ｆ０の約５０倍まで可能となることから、例えばＶｄ＝１０⁷（ｃｍ／ｓ）、Ｌ＝５（μｍ）とすることで、約１ＴＨｚの発振（ｆ０＝２０ＧＨｚ）が、またＶｄ＝１０⁷（cm/s）、Ｌ＝２．５（μｍ）とすることで、約３ＴＨｚの発振（ｆ０＝５０ＧＨｚ）が可能であることがわかる。さらにＶｄの大きな材料や、Ｌを短くすることでより高周波での動作が期待される。

従来ガンダイオードは、下記特許文献１および特許文献２に示されるようなバルク型ガンダイオードを用いて、下記特許文献３に示されるようなピル型パッケージと呼ばれる円筒状のケースに実装されることが多い。ピル型パッケージは、導波管内に配置するなど、立体回路用途に設計されたものであって、平面実装にはあまり適していない。また、高周波信号を外部に取り出すためにパッケージの電極部分にロッドを接触させる必要が生じることもあり、集積化にはあまり適していない。さらに、ピル型パッケージの３次元形状は、テラヘルツ帯域の周波数の波長と同程度となるため、テラヘルツ帯域の高周波出力を得るのが困難なこともある。

これらに対し、平面実装可能な構成としてフリップチップ実装可能なガンダイオードが下記特許文献３に示されている。この、ガンダイオードがマイクロストリップ線路を構成する平板回路基板にフリップチップ実装されている一例を、図１８を参照しながら説明する。

図１８に示すように、半絶縁性の平板基板１３１上の表面には、信号電極１３２が、また裏面に接地電極１３３が形成されている。また、平板基板１３１内には、平板基板１３１を貫通し、裏面の接地電極１３３と、表面に形成した表面接地電極１３５とを互いに接続するヴィアホール１３４が設けられており、ヴィアホール１３４にはタングステンが充填されている。

さらに、平板基板１３１の上には、ガンダイオード１１０Ａが、フェースダウン姿勢で搭載され、ガンダイオード１１０Ａのカソードバンプおよびアノードバンプが、信号電極１３２および表面接地電極１３５にそれぞれ直接接続されている。

信号電極１３２は、ガンダイオード１１０Ａにバイアス電圧を供給するバイアス電極１３２Ａと、ガンダイオード１１０Ａ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１３２Ｂと、マイクロストリップ線路を構成する信号出力電極１３２Ｃとから構成されている。
特開平６−３１４８０２号公報（第１図）。 特開平７−１１１３４８号公報（第３図）。 特開２００２−１３４８１０号公報（第１図、第３図、第９図）。 W. Alan Davis, Microwave Semiconductor Circuit Design, Chapter 15, Van Nostrand Reinhold Company Inc., New York 1984。

上述のように、平面実装されるガンダイオードに関しても、実際にはフリップチップ実装を前提としている。このとき、ガンダイオードをテラヘルツ帯域の回路で用いるためには、ガンダイオードの実装位置精度のバラツキが、目的とする周波数の波長（３ＴＨｚで３００μｍ）の１／２０程度でなくてはならない。

しかしながら、フリップチップ実装では、上記の精度でガンダイオードを実装することは非常に難しく、ガンダイオードを実装した製品のテラヘルツ帯域における特性のバラツキを抑制するのは難しい。

また、ミリ波帯域からテラヘルツ帯域にかけては、信号の伝送損失が大きい。このため、できる限り伝送線路長を短縮することが望まれる。伝送線路長を短縮するには、回路の小型薄膜化、さらには回路素子の集積化が必要であるが、従来のガンダイオードに適用されるピル型パッケージおよびフリップチップ実装共に、更なる集積化を実現することは難しい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マイクロ波帯域からテラヘルツ帯域での特性のバラツキが抑制されており、実装が容易で、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能な半導体装置を提供することにある。

本発明の第１の半導体装置は、凸状部を有するｎ型半導体層を最上部に有する基板と、上記基板上に形成され、上記ｎ型半導体層の上記凸状部の上を通って延びる信号線と、上記基板上に形成され、上記信号線と互いに離間して配置され、上記信号線と伝送線路を構成する接地線と、上記ｎ型半導体層と、上記信号線および上記接地線とから構成される発振素子と、上記基板上に形成され、上記信号線に接続された高周波利用回路部と、
を備える。

本発明の第１の半導体装置では、伝送線路を構成する信号線および接地線と、発振素子と、信号線に接続された高周波利用回路部とが、１つの基板に組み込まれる構造となっている。つまり、フリップチップ実装などによることなく、非常に高い精度で発振素子が実装された半導体装置が得られる。従って、本発明の第１の半導体装置では、テラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制される。また、発振素子をワイヤやバンプを用いて高周波利用回路に接続する必要がない。このため、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装等に比べて、伝送線路長が短縮され、ミリ波帯域からテラヘルツ帯域にかけて、信号の伝送損失を小さくすることができる。従って、高周波利用回路部を通じて、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能である。

上記ｎ型半導体層は、閃亜鉛構造を有する直接遷移型の化合物半導体で形成されており、上記発振素子は、ガンダイオードである構成とすることが好ましい。

ガンダイオードは比較的簡単な構造であり、また比較的大きな出力が得られるので、半導体装置の性能を向上することができる。

上記ｎ型半導体層は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳｅおよびＣｄＴｅからなる群から選択される１種類の化合物半導体、あるいは少なくとも２種類の化合物半導体の混晶から形成されている構成としてもよい。

上記ｎ型半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓから形成されている構成としてもよい。

上記高周波利用回路部は、パッチアンテナまたはフィルタからなる構成としてもよい。

本発明の第２の半導体装置は、凸状部を有するｎ型半導体層を最上部に有する基板と、上記基板の上面上に形成され、上記ｎ型半導体層の上記凸状部の上を通って延びる信号線と、上記基板の下面上に形成され、上記信号線と伝送線路を形成する接地線と、上記基板の上面上に上記信号線から離間して形成され、上記接地線と接続された接地電極と、上記ｎ型半導体層と、上記信号線および上記接地電極とから構成される発振素子と、上記基板上に形成され、上記信号線に接続された高周波利用回路部とを備える。

本発明の第２の半導体装置では、伝送線路を構成する信号線および接地線と、発振素子と、信号線に接続された高周波利用回路部とが、１つの基板に組み込まれる構造となっている。つまり、フリップチップ実装などによることなく、非常に高い精度で発振素子が実装された半導体装置が得られる。従って、本発明の第２の半導体装置では、テラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制される。また、発振素子をワイヤやバンプを用いて高周波利用回路に接続する必要がない。このため、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装等に比べて、伝送線路長が短縮され、ミリ波帯域からテラヘルツ帯域にかけて、信号の伝送損失を小さくすることができる。従って、高周波利用回路部を通じて、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能である。特に、本発明の第２の半導体装置では、信号線および接地線がマイクロストリップ型伝送線路を構成する。マイクロストリップ型伝送線路は、その高周波特性に関して解析が十分行われており、電磁界シミュレーションにおいても精度の高いモデルが提供されている。従って、本発明の第２の半導体装置は、高精度でマイクロストリップ型の伝送線路を設計する必要が有る場合に、特に有用である。

上記ｎ型半導体層は、閃亜鉛構造を有する直接遷移型の化合物半導体で形成されており、上記発振素子は、ガンダイオードである構成とすることが好ましい。

ガンダイオードは比較的簡単な構造であり、また比較的大きな出力が得られるので、半導体装置の性能を向上することができる。

上記ｎ型半導体層は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳｅおよびＣｄＴｅからなる群から選択される１種類の化合物半導体、あるいは少なくとも２種類の化合物半導体の混晶から形成されている構成としてもよい。

上記ｎ型半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓから形成されている構成としてもよい。

上記高周波利用回路部は、パッチアンテナまたはフィルタからなる構成としてもよい。

本発明によれば、マイクロ波帯域からテラヘルツ帯域での特性のバラツキが抑制されており、実装が容易で、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能な半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本明細書中で「高周波」との用語は、マイクロ波帯域以上（約０．８ＧＨｚ以上）の高い周波数帯を意味するものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の半導体装置を示す上面図である。図２は、図１中に示されている発振素子付近の拡大図である。図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２中の線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂおよび線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。図４は、図１中に示されている発振素子付近の斜視図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、凸状部１８を有するｎ型半導体層２Ａを最上部に有する基板１と、基板１上に形成され、ｎ型半導体層２Ａの凸状部１８の上を通って延びる信号線５と、基板１上に形成され、信号線５と互いに離間して配置され、信号線５と伝送線路を構成する接地線６と、ｎ型半導体層２Ａと、信号線５および接地線６とから構成される発振素子１５と、基板１上に形成され、信号線５に接続された高周波利用回路部１１とを備える。

具体的には、本実施形態では、Ｆｅドープの半絶縁性ＩｎＰで形成された母基板を用意し、この母基板の上にｎ型半導体層２Ａとしてエピタキシャル成長によってＳｉドープＩｎＰ薄膜が形成されたものを基板１として用いている。

信号線５および接地線６は、膜厚５μｍ程度の金属薄膜を用いて基板１上に直接形成されてコプレーナ型の伝送線路を構成しており、ｎ型半導体層２Ａにオーミック接触されている。本実施形態では、オーミック接触を、信号線５および接地線６の、ｎ型半導体層２Ａに対する接触界面にＡｕＧｅＮｉあるいはＡｕＧｅ合金を形成し、３００℃の熱処理を行なうことによって形成している。さらに本実施形態では、信号線５および接地線６にＡｕの電界メッキが施されている。

また、信号線５は、スタブ１０が接続されたバイアス線８ａを通じてバイアス端子８に接続されている。つまり、外部電源によってバイアス端子８を通じて直流電圧がｎ型半導体層２Ａに印加される構成となっており、信号線５の一端に設けられた、信号線５と接地線６とｎ型半導体層２Ａとで構成される発振素子１５が、ガンダイオードとなっている。

さらに、信号線５の他端には、高周波利用回路１１として金属薄膜で形成されたパッチアンテナが接続され、発振素子１５で発生した高周波電力が空間に放射されるよう設計されている。なお、パッチアンテナ１１の形状は、動作周波数帯域に併せて適宜変更可能である。

接地線６は、接地端子７を通じて接地されている。また、接地線６のうちの、信号線５と接地線６とで伝送線路を構成している部分では、伝送線路の接地電位を同一とするために、信号線５を跨いで接地線６を結ぶＡｕ配線からなるエアブリッジ９が形成されている。

ここで、図２〜図４を参照しながら発振素子１５をさらに説明する。

本実施形態では、発振素子１５は、図２、図３（ａ）〜（ｃ）および図４に示すように、基板１の最上部に形成されたｎ型半導体層２Ａと、信号線５と、信号線５から離間して設けられた接地線６とから構成されたガンダイオードである。特に、本実施形態では、ｎ型半導体層２Ａが、ｎ型不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁷（ｃｍ^-3）、膜厚が約０．５μｍであるｎ−半導体層２と、ｎ−半導体層２の上下に形成され、ｎ型不純物の濃度がｎ−半導体層２よりも高い（不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁹（ｃｍ^-3））ｎ＋半導体層１２ａおよび１２ｂとで構成されている。なお、このコンタクト層としてのｎ＋半導体層１２ａおよび１２ｂは、必ずしも必要ではない。図３（ｃ）に示すように、ｎ−半導体層２と、その上に形成されたｎ＋半導体層１２ａとは、凸状部１８を形成している。

さらに、信号線５および接地線６は、基板１上に直接形成されているが、特に、ｎ型半導体層２Ａが形成されている領域上では、信号線５は、ｎ＋半導体層１２ａ上に位置するように形成されており、接地線６は、ｎ＋半導体層１２ｂ上に位置するように形成されている。

また、図３（ａ）および図４に示すように、発振素子１５付近でコプレーナ伝送線路の接地電位を同一とするために、信号線５を跨いで接地線６を結ぶＡｕ配線からなるエアブリッジ９が形成されている。

ここで、図５を参照しながら発振素子１５の動作を説明する。図５は、発振素子１５の動作を模式的に示す断面図である。

発振素子１５では、バイアス端子８を通じて信号線５に印加されるバイアス電圧が正電圧である場合、ｎ−半導体層２の上面が信号線５とほぼ等電位に、ｎ−半導体層２の下面が接地線６とほぼ等電位になり、ｎ−半導体層２内にｎ−半導体層２に対して直交する電界が生じる。従って、図５に示すように、ｎ−半導体層２にｎ＋半導体層１２ｂからｎ＋半導体層１２ａに向かって移動するドメイン４が形成される。つまり、発振素子１５はガンダイオードとして機能する。

なお、発振素子１５の発振周波数は、ｎ−半導体層２の厚さＬで決まり、ここでは０．５ミクロンメートルである。ただしこれは設計事項の１つであり、０．１〜１０μｍの間で、所望の発振周波数が得られるよう適宜設計すればよい。

ここで、本実施形態の発振素子１５および半導体装置１００の特性を調べた結果を説明する。

本実施形態の発振素子（ガンダイオード）１５は、閾値電界Ｅｔｈより大きな電界において高周波発振特性を示した。また、その発振周波数は、ｎ−半導体層２の厚さＬが５μｍ以下では、単純なダイポールモードとして計算される値よりも大きなものであった。さらに、その発振周波数は、半導体装置１００のバイアス端子８に印加される直流電圧値によって若干変化し、発振周波数の調整が可能であった。また、このとき半導体装置１００では、パッチアンテナより空間に電界が放射されることが確認された。

従来、上述したように、ガンダイオードなどの発振素子は、フリップチップ実装などで実装されており、ガンダイオードをテラヘルツ帯域の回路で用いるためには、ガンダイオードの実装の際の精度のバラツキの許容範囲が、目的とする周波数の波長（３ＴＨｚで３００μｍ）と同程度となる。しかし、フリップチップ実装では、上記の精度でガンダイオードを実装することは非常に難しく、ガンダイオードを実装した製品のテラヘルツ帯域における特性のバラツキを抑制するのは難しい。

本実施形態の半導体装置１００では、伝送線路を構成する信号線５および接地線６と、発振素子１５と、信号線５に接続された高周波利用回路部（本実施形態ではパッチアンテナ）１１とが、１つの基板内に組み込まれる構造となっている。つまり、半導体装置１００では、フリップチップ実装などによることなく、上記の精度で発振素子１５が実装される。従って、本実施形態の半導体装置１００では、テラヘルツ帯域などにおける特性のバラツキが抑制される。

また、上述したように、従来のガンダイオードに適用されるピル型パッケージおよびフリップチップ実装共に、更なる集積化を実現することは難しい。特に、フリップチップ実装の際に発振素子を伝送線路に接続するために、ワイヤやバンプを用いて接続する必要が生じてくる。

一方、本実施形態の半導体装置１００では、伝送線路を構成する信号線５および接地線６と、発振素子１５と、信号線５に接続された高周波利用回路部（本実施形態ではパッチアンテナ）１１とが、１つの基板内に組み込まれる構造となっており、信号線５および接地線６が発振素子１５の電極を兼ねている。すなわち、ワイヤやバンプを用いて接続する必要がない。このため、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装等に比べて、伝送線路長が短縮され、ミリ波帯域からテラヘルツ帯域にかけて、信号の伝送損失を小さくすることができる。従って、高周波利用回路部１１を通じて、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能である。

特に本実施形態では、ｎ−半導体層２の厚さＬを適宜設計することによって、所望の発振周波数を得ることができる。一般的な半導体装置の製造プロセスにおいて、ｎ−半導体層２の厚さＬは、例えば、配線間の距離に比べて非常に小さくすることが容易であり、また１ナノメートル程度の膜厚制御性を実現することも可能である。従って、発振素子１５をより高い周波数で動作させることが容易であり、非常に高い周波数でしかも発振周波数の良好な制御性を有する半導体装置を提供することができる。

本実施形態の半導体装置１００では、発振素子１５が１つ設けられているが、これに限定されない。例えば、本実施形態の半導体装置１００には、ｎ−半導体層２の厚さＬの異なる発振素子を、発振素子１５とは基板１上の別の場所に形成することも可能である。このため、複数の異なる周波数を用いる通信方式で用いられる通信機器、あるいは複数の周波数帯域を切り替える通信機器などに、本実施形態の半導体装置１００を用いれば、通信機器を小型化できる。

また、本実施形態では、基板１として、ＩｎＰ基板上にｎ型半導体層２Ａをエピタキシャル成長したものを用いている。このため、ｎ型半導体層２Ａの結晶性が単結晶材料とほぼ同等となり、発振素子１５の特性が向上するという効果も得られる。

次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法を図６〜図８を参照しながら説明する。図６〜図８は、半導体装置１００の発振素子１５の作製方法を示す工程断面図である。

まず、図６（ａ）に示す工程で、ｎ型不純物の濃度が１×１０¹⁹（ｃｍ^-3）であるｎ＋半導体層１２ｂと、ｎ＋半導体層１２ｂの上に形成され、ｎ型不純物の濃度が１×１０¹⁷（ｃｍ^-3）であるｎ−半導体層２と、ｎ−半導体層２の上に形成され、ｎ型不純物の濃度が１×１０¹⁹（ｃｍ^-3）であるｎ＋半導体層１２ａとからなるｎ型半導体層２Ａを最上部に有する基板１を用意する。具体的には、母基板を用意し、母基板の上にエピタキシャル成長によって、ｎ＋半導体層１２ｂとｎ−半導体層２とｎ＋半導体層１２ａとを順次形成することによって、基板１を用意する。なお、母基板は半導体基板であっても、誘電体基板であってもよい。

次に、図６（ｂ）に示す工程で、ｎ＋半導体層１２ａの上にレジスト２０を堆積する。

次に、図６（ｃ）に示す工程で、レジスト２０をパターニングすることによって、レジスト２０を貫通し、ｎ＋半導体層１２ａを露出する開口部２１を形成する。

次に、図７（ａ）に示す工程で、開口部２１が形成されたレジスト２０をマスクとしてエッチングを行ない、ｎ＋半導体層１２ａおよびｎ−半導体層２をパターニングすることによって、ｎ＋半導体層１２ａおよびｎ−半導体層２を貫通し、ｎ＋半導体層１２ｂを露出する開口部２２を形成する。

次に、図７（ｂ）に示す工程で、レジスト２０を除去することによって、ｎ＋半導体層１２ａの表面および開口部２２内のｎ＋半導体層１２ｂを露出させる。

次に、図７（ｃ）に示す工程で、基板１上にレジスト２３を堆積する。

次に、図８（ａ）に示す工程で、レジスト２３をパターニングすることによって、レジスト２３を貫通し、ｎ＋半導体層１２ａを露出する開口部２４ａと、ｎ＋半導体層１２ｂを露出する開口部２４ｂとを形成する。

次に、図８（ｂ）に示す工程で、ｎ＋半導体層１２ａおよび１２ｂの露出している表面上、ならびにレジスト２３上に蒸着によって金属薄膜２５を形成する。このとき、金属薄膜２５の材料として、ｎ＋半導体層１２ａおよび１２ｂとオーミック接触を形成する材料を用いる。

次に、図８（ｃ）に示す工程で、リフトオフ法によってレジスト２３上の金属薄膜を除去し、次いでレジスト２３を除去する。なお、図示していないが、本工程と同時に、金属薄膜２５をパターニングすることによって、図１に示すように、信号線５、接地線６、バイアス線８ａ、スタブ１０および高周波利用回路部（本実施形態ではパッチアンテナ）１１を基板１上に形成する。

最後に、信号線５を跨いで接地線６を結ぶエアブリッジ９することによって、本実施形態の半導体装置１００が得られる。

次に、本実施形態１の半導体装置１００において、上述の発振素子１５の代わりに用いることができ、発振素子１５とは異なる構造を有する発振素子の例を説明する。図９、図１０および図１１は、それぞれ図２中の線Ｃ−Ｃに沿った断面図に対応している。

まず、発振素子の第１の例を図９を参照しながら説明する。図９に示すように、発振素子１５Ｂは、基板１の最上部に形成され、凸状部１８ｂを有するｎ型半導体層２Ｂと、凸状部１８ｂ上に形成された信号線５と、ｎ型半導体層２Ｂ上に形成された接地線６とから構成されたガンダイオードである。特に、本例では、ｎ型半導体層２Ｂが、ｎ型不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸（ｃｍ^-3）、凸状部の膜厚が約２．０μｍであるｎ−半導体層２で形成されている。凸状部１８ｂは、高さ（図中のＬ）０．４μｍとなっている。ｎ型半導体層２Ｂの形成は、通常のフォトリソグラフィー技術と一般的なエッチング手法によって行なわれる。なお、凸状部１８ｂの直径は、２〜２００μｍの範囲内で任意に設定してよい。

ここで、発振素子１５Ｂの動作を説明する。発振素子１５Ｂでは、バイアス端子８を通じて信号線５に印加されるバイアス電圧が正電圧である場合、凸状部１８ｂの上面が信号線５とほぼ等電位に、ｎ−半導体層２の接地線６との接触面が、接地線６とほぼ等電位になり、凸状部１８ｂ内にｎ−半導体層２の厚さ方向への電界が生じる。従って、凸状部１８ｂ内に基板１から信号線５に向かって移動するドメインが形成される。つまり、発振素子１５Ｂはガンダイオードとして機能する。

なお、発振素子１５Ｂの発振周波数は、凸状部１８ｂの高さＬで決まり、ここでは０．４μｍである。ただしこれは設計事項の１つであり、凸状部１８ｂの高さＬは、ｎ型半導体層２Ｂのエッチング深さに対応するため、約０．１〜１μｍの間で、所望の発振周波数が得られるよう適宜設計することが好ましい。

発振素子１５Ｂは、閾値電界Ｅｔｈより大きな電界において高周波発振特性を示した。また、その発振周波数は、凸状部１８ｂの高さＬが０．４μｍで、不純物濃度が５×１０¹⁷（ｃｍ^-3）以下である場合に、単純なダイポールモードとして計算されるものよりも大きなものであった。さらに、その発振周波数は、凸状部１８ｂの高さＬが１μｍでは、不純物濃度５×１０¹⁷〜１×１０¹⁸（ｃｍ^-3）の範囲において単純なダイポールモードでの発振が観測された。一方、上記発振周波数は、その発振周波数は、半導体装置１００のバイアス端子８に印加される直流電圧値によって若干変化し、発振周波数の調整が可能であった。なお、これらの動作状態では、半導体装置１００では、パッチアンテナより空間に電界が放射されることが確認された。

次に、発振素子の第２の例を図１０を参照しながら説明する。図１０に示すように、発振素子１５Ｃは、基板１の最上部に形成され、凸状部１８ｃを有するｎ型半導体層２Ｃと、凸状部１８ｃ上に形成された信号線５と、ｎ型半導体層２Ｃ上に形成された接地線６とから構成されたガンダイオードである。特に、本例では、ｎ型半導体層２Ｃが、ｎ型不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸（ｃｍ^-3）、凸状部の膜厚が約２．０μｍであるｎ−半導体層２と、ｎ−半導体層２上に形成され、ｎ型不純物の濃度がｎ−半導体層２よりも高い（不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁹（ｃｍ^-3））ｎ＋半導体層１２ｃとで構成されている。凸状部１８ｃは、高さ（図中のＬ）０．４μｍとなっている。ｎ型半導体層２Ｃの形成は、通常のフォトリソグラフィー技術と一般的なエッチング手法によって行なわれる。なお、凸状部１８ｃの直径は、２〜２００μｍの範囲内で任意に設定してよい。

ｎ＋半導体層１２ｃには、熱拡散法によって不純物であるＳｉが導入されている。信号線５および接地線６は、ｎ＋半導体層１２上に位置するように形成されている。

ここで、発振素子１５Ｃの動作を説明する。発振素子１５Ｃでは、バイアス端子８を通じて信号線５に印加されるバイアス電圧が正電圧である場合、凸状部１８ｃにおけるｎ−半導体層２の上面が信号線５とほぼ等電位に、ｎ−半導体層２の接地線６との接触面が、接地線６とほぼ等電位になり、凸状部１８ｃ内にｎ−半導体層２の厚さ方向への電界が生じる。従って、凸状部１８ｃ内に基板１から信号線５に向かって移動するドメインが形成される。つまり、発振素子１５Ｃはガンダイオードとして機能する。

なお、発振素子１５Ｃの発振周波数は、凸状部１８ｃの高さＬで決まり、ここでは０．４μｍである。ただしこれは設計事項の１つであり、凸状部１８ｃの高さＬは、ｎ型半導体層２Ｃのエッチング深さに対応するため、約０．１〜１μｍの間で、所望の発振周波数が得られるよう適宜設計することが好ましい。

次に、発振素子の第３の例を図１１を参照しながら説明する。図１１に示すように、発振素子１５Ｄは、基板１の最上部に形成され、凸状部１８ｄを有するｎ型半導体層２Ｃと、凸状部１８ｄ上に形成された信号線５と、ｎ型半導体層２Ｃ上に形成された接地線６とから構成されたガンダイオードである。特に、本例では、ｎ型半導体層２Ｄが、ｎ型不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸（ｃｍ^-3）、凸状部の膜厚が約２．０μｍであるｎ−半導体層２と、ｎ−半導体層２内に形成され、ｎ型不純物の濃度がｎ−半導体層２よりも高い（不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁹（ｃｍ^-3））ｎ＋半導体領域１２ｄとで構成されている。凸状部１８ｄは、高さが０．４μｍとなっている。また、凸状部１８ｄにおけるｎ＋半導体領域１２ｄの下面と接地線６と接触しているｎ＋半導体層１２ｄの下面との間の距離（図１１中に示すＬ）も、凸状部１８ｄの高さとほぼ同じ、０．４μｍとなっている。ｎ型半導体層２Ｃの形成は、通常のフォトリソグラフィー技術と一般的なエッチング手法によって行なわれる。なお、凸状部１８ｄの直径は、２〜２００μｍの範囲内で任意に設定してよい。

ｎ＋半導体領域１２ｄは、ｎ−半導体層２にイオン注入法によって不純物であるＳｉを導入することにより形成されている。信号線５および接地線６は、ｎ＋半導体領域１２上に位置するように形成されている。

ここで、発振素子１５Ｄの動作を説明する。発振素子１５Ｄでは、バイアス端子８を通じて信号線５に印加されるバイアス電圧が正電圧である場合、凸状部１８ｄにおけるｎ＋半導体領域１２ｄの下面が信号線５とほぼ等電位に、接地線６と接触しているｎ＋半導体層１２ｄの下面が接地線６とほぼ等電位になり、凸状部１８ｄ内にｎ−半導体層２の厚さ方向への電界が生じる。従って、凸状部１８ｄ内に基板１から信号線５に向かって移動するドメインが形成される。つまり、発振素子１５Ｄはガンダイオードとして機能する。

なお、発振素子１５Ｄの発振周波数は、凸状部１８ｄの高さ、すなわち凸状部１８ｄにおけるｎ＋半導体領域１２ｄの下面と接地線６と接触しているｎ＋半導体層１２ｄの下面との間の距離Ｌで決まり、ここでは０．４μｍである。ただしこれは設計事項の１つであり、凸状部１８ｄの高さ（すなわち凸状部１８ｄにおけるｎ＋半導体領域１２ｄの下面と接地線６と接触しているｎ＋半導体層１２ｄの下面との間の距離Ｌ）は、ｎ型半導体層２Ｄのエッチング深さに対応するため、約０．１〜１μｍの間で、所望の発振周波数が得られるよう適宜設計することが好ましい。

発振素子１５Ｃおよび１５Ｄも、上記発振素子１５Ｂと同様に、閾値電界Ｅｔｈより大きな電界において高周波発振特性を示し、発振素子１５Ｃおよび１５Ｄを組み込んだ各半導体装置１００では、パッチアンテナより空間に電界が放射されることが確認された。

（実施形態２）
本実施形態では、上記実施形態１とは異なる構造を有する半導体装置を、図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の半導体装置を示す上面図である。図１３は、図１２中の線Ｅ−Ｅに沿った断面のうち、発振素子付近を拡大して示した図である。なお、簡単のために、上記実施形態１と共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。

図１２および図１３に示すように、本実施形態の半導体装置２００は、凸状部１８ｅを有するｎ型半導体層２Ｅを最上部に有する基板１と、基板１の上面上に形成され、ｎ型半導体層２Ｅの凸状部１８ｅの上を通って延びる信号線５と、基板１の下面上に形成され、信号線５と伝送線路を形成する接地線６と、基板１の上面上に信号線５から離間して形成され、接地線６と接続された接地電極３６と、ｎ型半導体層２Ｅと、信号線５および接地電極３６とから構成される発振素子１５Ｅと、基板１上に形成され、信号線５に接続された高周波利用回路部１１とを備えている。

具体的には、本実施形態では、ノンドープの半絶縁性ＧａＡｓで形成された母基板を用意し、この母基板の上にｎ型半導体層２Ｅとしてエピタキシャル成長によってＳｉドープＧａＡｓ薄膜が形成されたものを基板１として用いている。

信号線５と接地線６とは、膜厚５μｍ程度の金属薄膜を用いて基板１上に直接形成されてマイクロストリップ型の伝送線路を構成しており、接地電極３６は、基板１を貫通するヴィアホールを埋めるコンタクトプラグ３７を通じて接地されている。

本実施形態では、オーミック接触を、信号線５および接地電極３６の、ｎ型半導体層２Ｅに対する接触界面にＡｕＧｅＮｉあるいはＡｕＧｅ合金を形成し、３００℃の熱処理を行なうことによって形成している。さらに本実施形態では、信号線５および接地電極３６にＡｕの電界メッキが施されている。

また、信号線５は、スタブ１０が接続されたバイアス線８ａを通じてバイアス端子８に接続されている。つまり、外部電源によってバイアス端子８を通じて直流電圧がｎ型半導体層２Ｅに印加される構成となっており、信号線５と接地電極３６とｎ型半導体層２Ｅとで構成される発振素子１５Ｅがガンダイオードとなっている。

さらに、信号線５の両端には、高周波利用回路１１として金属薄膜で形成されたパッチアンテナが接続され、発振素子１５Ｅで発生した高周波電力が空間に放射されるよう設計されている。なお、パッチアンテナの形状は、動作周波数帯域に併せて適宜変更可能である。

ここで、図１３を参照しながら発振素子１５Ｅをさらに説明する。

本実施形態では、発振素子１５Ｅは、図１３に示すように、ｎ型半導体層２Ｅが、ｎ型不純物であるＳｉの濃度が５×１０¹⁷（ｃｍ^-3）、膜厚が約０．２μｍであるｎ−半導体層２と、ｎ−半導体層２の上下に形成され、ｎ型不純物の濃度がｎ−半導体層２よりも高い（不純物であるＳｉの濃度が１×１０¹⁹（ｃｍ^-3））ｎ＋半導体層１２ａおよび１２ｂとで構成されている。また、図１３に示すように、ｎ−半導体層２と、その上に形成されたｎ＋半導体層１２ａとは、凸状部１８ｅを形成している。

さらに、信号線５および接地線６は、基板１上に直接形成されているが、特に、ｎ型半導体層２Ｅが形成されている領域上では、信号線５は、ｎ＋半導体層１２ａ上に位置するように形成されており、接地線６は、基板１を挟んでｎ＋半導体層１２ｂと重なる位置するように形成されている。

なお、本実施形態では、ビアホールもｎ＋半導体層１２ｂを貫通するように形成しているが、この構成に限定されない。例えば、基板１上のｎ型半導体層２Ｅが形成されていない領域にビアホールを形成し、接地電極３６と接地線６とコンタクトプラグで接続してもよい。

つまり、本実施形態の発振素子１５Ｅは、上記実施形態１で説明した発振素子１５とほぼ同じ構造であり、接地電極３６が接地線６に、基板１を貫通するヴィアホールを埋めるコンタクトプラグ３７によって接続されている点のみが異なる。

本実施形態の半導体装置２００でも、上記実施形態１と同様に、伝送線路を構成する信号線５および接地線６と、発振素子１５Ｅと、信号線５に接続された高周波利用回路部（本実施形態ではパッチアンテナ）１１とが、１つの基板に組み込まれる構造となっている。つまり、半導体装置２００では、フリップチップ実装などによることなく、上記の精度で発振素子１５Ｅ’が実装される。従って、本実施形態の半導体装置２００では、テラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制される。

また、本実施形態の半導体装置２００でも、発振素子１５Ｅをワイヤやバンプを用いて高周波利用回路１１に接続する必要がない。このため、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装等に比べて、伝送線路長が短縮され、ミリ波帯域からテラヘルツ帯域にかけて、信号の伝送損失を小さくすることができる。従って、高周波利用回路部１１を通じて、高周波信号を空間や外部回路に効率よく伝達することが可能である。

特に、マイクロストリップ型伝送線路は、その高周波特性に関して解析が十分行われており、電磁界シミュレーションにおいても精度の高いモデルが提供されている。従って、本実施形態の半導体装置２００では、高精度でマイクロストリップ型の伝送線路を設計する必要が有る場合に、非常に有用である。

さらに、特に本実施形態では、ｎ−半導体層２の厚さＬを適宜設計することによって、所望の発振周波数を得ることができる。一般的な半導体装置の製造プロセスにおいて、ｎ−半導体層２の厚さＬは、例えば、配線間の距離に比べて非常に小さくすることが容易であり、また１ナノメートル程度の膜厚制御性を実現することも可能である。従って、発振素子１５Ｅをより高い周波数で動作させることが容易であり、非常に高い周波数でしかも発振周波数の良好な制御性を有する半導体装置を提供することができる。

また、本実施形態の半導体装置２００でも、発振素子１５Ｅが１つ設けられているが、これに限定されない。例えば、本実施形態の半導体装置２００には、ｎ−半導体層２の厚さＬの異なる発振素子を、発振素子１５Ｅとは基板１上の別の場所に形成することも可能である。このため、複数の異なる周波数を用いる通信方式で用いられる通信機器、あるいは複数の周波数帯域を切り替える通信機器などに、本実施形態の半導体装置２００を用いれば、通信機器を小型化できる。

また、本実施形態において、基板１として、ＩｎＰ基板上にｎ型半導体層２Ｅをエピタキシャル成長したものを用いれば、ｎ型半導体層２Ｅの結晶性が単結晶材料とほぼ同等となり、発振素子１５Ｅの特性が向上するという効果も得られる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態において、発振素子１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄおよび１５Ｅのｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅの不純物濃度と図１６とに基づいて、ｎ−半導体層２の厚さ（発振素子１５Ｂおよび１５Ｃの場合、凸状部の高さ、発振素子１５Ｄの場合、凸状部１８ｄにおけるｎ＋半導体領域１２ｄの下面と接地線６と接触しているｎ＋半導体層１２ｄの下面との間の距離）Ｌを、０．１〜１０μｍの範囲内としているが、高周波動作を目的としない用途では、ｎ−半導体層２の厚さＬを１０μｍ以上としてもよい。

また、ダイポールモードおよびハイブリッドモードが発生する不純物濃度は、図１７に示される斜線部の領域であることが経験的に求められている。従って、図１７に基づいて、用途毎に発振素子に求められる特性に応じて、上記で挙げた発振素子１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄおよび１５Ｅのｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅの不純物濃度を適宜選択してもよい。

さらに、各実施形態の半導体装置において、発振素子１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄおよび１５Ｅのｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅは、閃亜鉛構造を有する直接遷移型の化合物半導体で、ガン効果を示すものであればいずれの材料で形成されていてもよい。具体的には、閃亜鉛構造を有する直接遷移型の化合物半導体は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ等、あるいは、これらの混晶である。なお、ｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅに導入されるｎ型不純物は、ｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２ＥがＩｎＰから形成されている場合Ｓｉ、Ｓ、Ｓｅ等を、ＧａＡｓから形成されている場合Ｓ等を用いればよい。

またさらに、各実施形態の半導体装置において、発振素子１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄおよび１５Ｅのｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅを、ガスソースＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成長によって形成されたＳｉドープＧａ_xＩｎ_(1-x)Ｎ_yＡｓ_(1-y)で形成してもよい。ここで０≦ｘ≦０．５３、０．０５≦ｙ≦０．２であり、ｎ型不純物であるＳｉのドーピング濃度は１×１０¹⁷（ｃｍ^-3）であることが好ましい。このように、ＧａＩｎＡｓ系半導体にＮを導入することによって、ＧａＩｎＡｓ中の電子の飽和速度を小さくなり、発振素子の発信周波数が若干低下するが、発振素子の動作は安定性が増す。従って、安定動作が求められる用途には、ｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅが、ガスソースＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成長によって形成されたＳｉドープＧａ_xＩｎ_(1-x)Ｎ_yＡｓ_(1-y)で形成された半導体装置１００が非常に適している。

さらにまた、上記各実施形態では、基板１として、Ｆｅドープの半絶縁性ＩｎＰ、あるいはノンドープの半絶縁性ＧａＡｓで形成された母基板を用意し、この母基板の上にｎ型半導体層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄあるいは２Ｅとしてエピタキシャル成長によってＳｉドープＩｎＰ薄膜またはＳｉドープＧａＡｓ薄膜が形成されたものを基板１として用いているが、これに限定されない。例えば、母基板として、セラミックス、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド樹脂、液晶ポリマーなどで形成された基板を用いてもよい。特に、セラミックス、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド樹脂、液晶ポリマーなどで形成された基板を母基板として用いる場合、半導体基板を母基板として用いた場合に比べて材料の入手が容易であり、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、発振素子１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄおよび１５Ｅとしてガンダイオードを用いた場合について説明したが、ガンダイオードに限られず、他の負性抵抗特性を示す２端子素子を用いることも可能である。他の負性抵抗特性を示す２端子素子としては、電子のなだれ現象を用いたＩＭＰＡＴＴダイオード、負性抵抗特性を用いたトンネルダイオードが挙げられる。

本実施形態では、半導体装置１００に高周波利用回路１１として、パッチアンテナを設けたが、これに限定されず、他の高周波動作に利用される回路、例えば、フィルタ、伝送線路、ミキサ、増幅器などを設けることも勿論可能である。

本発明は、マイクロ波帯域からミリ波帯域、さらにはテラヘルツの周波数帯域での動作が必要な高周波機器などに有用である。

図１は、半導体装置を示す上面図である。 図２は、図１中に示されている発振素子付近の拡大図である。 図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２中の線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂおよび線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 図４は、図１中に示されている発振素子付近の斜視図である。 図５は、発振素子の動作を模式的に示す断面図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の発振素子の作製方法を示す工程断面図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の発振素子の作製方法を示す工程断面図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の発振素子の作製方法を示す工程断面図である。 図９は、発振素子の断面図である。 図１０は、発振素子の断面図である。 図１１は、発振素子の断面図である。 図１２は、半導体装置を示す上面図である。 図１３は、図１２中の線Ｅ−Ｅに沿った断面のうち、発振素子付近を拡大して示した図である。 図１４は、プレーナ型ガンダイオードにおいてガン効果が生じる原理を模式的に示す図である。 図１５は、ｎ型のＧａＡｓを用いたガンダイオードにおける、電界強度と電子の走行速度との関係を示す図である。 図１６は、ガン効果が生じる条件を表す図である。 図１７は、最も基本的なダイポールモードのｆ０を示す図である。 図１８は、ガンダイオードがマイクロストリップ線路を構成する平板回路基板にフリップチップ実装されている例を表す図である。

符号の説明

１ 基板
２ ｎ−半導体層
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ ２Ｅ ｎ型半導体層
４ ドメイン
５ 信号線
６ 接地線
７ 接地端子
８ バイアス端子
８ａ バイアス線
９ エアブリッジ
１０ スタブ
１１ 高周波利用回路部（パッチアンテナ）
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ ｎ＋半導体層
１２ｄ ｎ＋半導体領域
１５、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ 発振素子
１８、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ
２０ レジスト
２１ 開口部
２２ 開口部
２３ レジスト
２４ａ、２４ｂ 開口部
２５ 金属薄膜
３６ 接地電極
３７ コンタクトプラグ
１００、２００ 半導体装置

Claims (10)

1. 凸状部を有するｎ型半導体層を最上部に有する基板と、
   上記基板上に形成され、上記ｎ型半導体層の上記凸状部の上を通って延びる信号線と、
   上記基板上に形成され、上記信号線と互いに離間して配置され、上記信号線と伝送線路を構成する接地線と、
   上記ｎ型半導体層と、上記信号線および上記接地線とから構成される発振素子と、
   上記基板上に形成され、上記信号線に接続された高周波利用回路部と、
   を備える、半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   上記ｎ型半導体層は、閃亜鉛構造を有する直接遷移型の化合物半導体で形成されており、
   上記発振素子は、ガンダイオードである、半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、
   上記ｎ型半導体層は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳｅおよびＣｄＴｅからなる群から選択される１種類の化合物半導体、あるいは少なくとも２種類の化合物半導体の混晶から形成されている、半導体装置。
4. 請求項２に記載の半導体装置において、
   上記ｎ型半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓから形成されている、半導体装置。
5. 請求項１に記載の半導体装置において、
   上記高周波利用回路部は、パッチアンテナまたはフィルタからなる、半導体装置。
6. 凸状部を有するｎ型半導体層を最上部に有する基板と、
   上記基板の上面上に形成され、上記ｎ型半導体層の上記凸状部の上を通って延びる信号線と、
   上記基板の下面上に形成され、上記信号線と伝送線路を形成する接地線と、
   上記基板の上面上に上記信号線から離間して形成され、上記接地線と接続された接地電極と、
   上記ｎ型半導体層と、上記信号線および上記接地電極とから構成される発振素子と、
   上記基板上に形成され、上記信号線に接続された高周波利用回路部と、
   を備える、半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   上記ｎ型半導体層は、閃亜鉛構造を有する直接遷移型の化合物半導体で形成されており、
   上記発振素子は、ガンダイオードである、半導体装置。
8. 請求項７に記載の半導体装置において、
   上記ｎ型半導体層は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳｅおよびＣｄＴｅからなる群から選択される１種類の化合物半導体、あるいは少なくとも２種類の化合物半導体の混晶から形成されている、半導体装置。
9. 請求項７に記載の半導体装置において、
   上記ｎ型半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓから形成されている、半導体装置。
10. 請求項６に記載の半導体装置において、
    上記高周波利用回路部は、パッチアンテナまたはフィルタからなる、半導体装置。

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