(57)【要約】【課題】熱及び超音波併用方式のボンディングツールを用いたときであっても、発振周波数や発振出力等にバラツキが発生しないガンダイオード及びガンダイオード発振器を提供する。【解決手段】信号線路と、信号線路の両側に配置された表面接地電極とを備えた半絶縁性の平板基板にガンダイオードが接続されたガンダイオード発振器を構成する場合、ガンダイオードのバンプ電極を、絶縁領域で区画された活性層の直上を避け、周辺の絶縁領域上に配置するように構成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に活性層を含む半導体層が積層され、該半導体層の一部がガンダイオードとして機能するように絶縁領域により区画され、前記半導体層表面に、前記区画された前記活性層に電圧を印可するための第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極にそれぞれ接続する導電性突起電極とを備えたガンダイオードにおいて、
前記絶縁領域により区画された前記半導体層表面の前記第１の電極に接続する導電性突起電極は、前記絶縁領域により区画された半導体層を取り囲む前記絶縁領域上に配置されていることを特徴とするガンダイオード。
【請求項２】
第１の信号線路と、該該１の信号線路と離間して配置された第２の信号線路とを表面に備えた半絶縁性の平板基板にガンダイオードが接続されたガンダイオード発振器において、
前記ガンダイオードは、半導体基板上に活性層を含む半導体層が積層され、該半導体層の一部がガンダイオードとして機能するように絶縁領域により区画され、前記半導体層表面に、前記区画された前記活性層に電圧を印可するための第１の電極及び第２の電極と、該第１の電極及び第２の電極にそれぞれ接続する導電性突起電極とを備え、前記絶縁領域により区画された半導体層表面の前記第１の電極に接続する前記導電性突起電極は、前記絶縁領域により区画された半導体層を取り囲む前記絶縁領域上に配置され、前記第１の信号線路及び前記第２の信号線路に、それぞれ前記導電性突起電極のいずれかが接続されていることを特徴とするガンダイオード発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は実装時におけるダメージを低減し、発振周波数や発振出力等のバラツキを低減することができるガンダイオード及びそのガンダイオードを搭載したガンダイオード発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６にマイクロ波やミリ波帯のガンダイオード発振器に搭載されるガンダイオード１０Ｂを示す。図６において（ａ）はガンダイオード１０Ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ面の断面図であり、１は半導体基板、２は第１の半導体層、３は活性層、４は第２の半導体層、５は絶縁領域、６はアノード電極、７はカソード電極、８は導電性突起電極のアノードバンプ、９は導電性突起電極のカソードバンプである。
【０００３】
第２の半導体層４表面から活性層３に不純物イオンが注入され、絶縁領域５が形成されている。この絶縁領域５によって囲まれた（区画された）内側の第２の半導体層４及び活性層３によりガンダイオードの機能部が形成されている。（図６に示すガンダイオードは、６個の機能部が形成されている。）アノード電極６及びカソード電極７間に電圧を印加することにより機能部の活性層３に電圧が印可される。アノード電極６及びカソード電極７は、表面にそれぞれアノードバンプ８、カソードバンプ９が形成されている。従来のガンダイオードのアノードバンプ８は図６に示すように、アノード電極６直上に形成されていた。
【０００４】
図７は、図６に示すガンダイオード１０Ｂをマイクロストリップ線路２０に搭載して構成したガンダイオード発振器の断面図で、図８はその全体斜視図である。マイクロストリップ線路２０は、半絶縁性の平板基板１１の表面に信号線路１２とその信号線路１２の両側に２個の表面接地電極１３が形成されている。表面接地電極１３は、平板基板１１の裏面の裏面接地電極１４とヴィアホール１５を介して接続されている。また信号電極１２には、電圧印加用のバイアス電極１２Ａと、共振器を構成するオープンスタブ１２Ｂ及び発振出力取出用の出力部１２Ｃが形成されている。ガンダイオード１０Ｂは、中央のアノードバンプ８が信号電極１２に、カソードバンプ９が表面接地電極１３にそれぞれ接続するように実装される。１６は放熱基台であるが、図８では図示していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、フリップチップ型半導体素子をマイクロストリップ線路に実装する場合、熱圧着方式のボンディングツールが用いられる。しかし、ガンダイオード１０Ｂのアノードバンプ８、カソードバンプ９及び信号線路１２、表面接地電極１３は、いずれも表面が金で形成されているため、熱圧着方式では、３８０℃程度の加熱が必要となる。ガンダイオード１０Ｂにこのような温度が加わると、発振特性が劣化してしまう。
【０００６】
そこで、熱及び超音波併用方式のボンディングツールを用いることで、加熱温度を低く抑え、特性の劣化防止を図っていた。しかし、従来のガンダイオードは、アノードバンプが活性層の直上に形成されていたため、超音波を印加することによって、ガンダイオードとして機能する活性層の結晶に転位などの欠陥が誘発され、発振周波数や発振出力等にバラツキが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解消し、熱及び超音波併用方式のボンディングツールを用いたときであっても、発振周波数や発振出力等にバラツキが発生しないガンダイオード及びガンダイオード発振器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願第１の発明のガンダイオードは、半導体基板上に活性層を含む半導体層が積層され、該半導体層の一部がガンダイオードとして機能するように絶縁領域により区画され、前記半導体層表面に、前記区画された前記活性層に電圧を印可するための第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極にそれぞれ接続する導電性突起電極とを備えたガンダイオードにおいて、前記絶縁領域により区画された前記半導体層表面の前記第１の電極に接続する導電性突起電極は、前記絶縁領域により区画された半導体層を取り囲む前記絶縁領域上に配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また本願第２の発明のガンダイオード発振器は、第１の信号線路と、該該１の信号線路と離間して配置された第２の信号線路とを表面に備えた半絶縁性の平板基板にガンダイオードが接続されたガンダイオード発振器において、前記ガンダイオードは、半導体基板上に活性層を含む半導体層が積層され、該半導体層の一部がガンダイオードとして機能するように絶縁領域により区画され、前記半導体層表面に、前記区画された前記活性層に電圧を印可するための第１の電極及び第２の電極と、該第１の電極及び第２の電極にそれぞれ接続する導電性突起電極とを備え、前記絶縁領域により区画された半導体層表面の前記第１の電極に接続する前記導電性突起電極は、前記絶縁領域により区画された半導体層を取り囲む前記絶縁領域上に配置され、前記第１の信号線路及び前記第２の信号線路に、それぞれ前記導電性突起電極のいずれかが接続されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本願第１の発明のガンダイオード１０Ａを示す図で、（ａ）はガンダイオード１０Ａの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面の断面図を示す。図において１は半導体基板、２は第１の半導体層、３は活性層、４は第２の半導体層、５は絶縁領域、６は第２の半導体層４とオーミック接続するアノード電極、７は第２の半導体層とオーミック接続するカソード電極、８は導電性突起電極からなるアノードバンプ、９は導電性突起電極からなるカソードバンプである。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、第２の半導体層４表面から活性層３に不純物イオンが注入され、絶縁領域５が形成されている。この絶縁領域５によって囲まれた（区画された）内側の第２の半導体層４及び活性層３によりガンダイオードの機能部が形成されている。（図１に示すガンダイオードは、６個の機能部を備えた構造となっている。）アノード電極６及びカソード電極７間に電圧を印加することにより機能部の活性層３に電圧が印可される。アノード電極６及びカソード電極７は、表面にそれぞれアノードバンプ８、カソードバンプ９が形成されている。
【００１２】
ここで本発明のガンダイオードは、図６に示した従来のガンダイオードと比較して、アノードバンプ８の形状が異なっている。即ち、従来のアノードバンプ８はアノード電極６直上に形成されているのに対し、本願発明のアノードバンプ８は、アノード電極６に接続しつつ絶縁領域５上に形成されている点が異なる。
【００１３】
このようにアノードバンプ８をアノード電極６直上に形成しないため、後述するガンダイオード発振器を形成するためマイクロストリップ線路へ実装する際、熱及び超音波併用ボンディングツールを使用しても、アノード電極６直下の活性層３に結晶の転位などの欠陥が誘発されることがないので、発振周波数や発振出力等のバラツキを抑えることができる。
【００１４】
本発明は、アノードバンプ８をアノード電極６上に形成しなければ、所望の効果を奏するものであるから、アノードバンプ８の形状が図１に示す形状に限定されるものではない。即ち、アノードバンプ８がアノード電極６を取り囲むリング形状である必要はなく、複数のアノードバンプに分割した形状であっても良い。また、円形に限るものでもないし、アノード電極の配置や数が図１に示す配置等に限定されるものでないことは言うまでもない。また、アノード電極とカソード電極に印加される電圧を反転、即ちアノード電極とカソード電極を反転して機能させた構造であっても良い。さらに半導体基板上の形成される半導体層の構成を種々変更することも可能である。
【００１５】
なお、アノードバンプ８の高さは、カソードバンプ９の高さとほぼ同一に形成しておくと、後述するガンダイオード発振器のようにマイクロストップ線路等に実装する場合、確実に接合できるので好適である。
【００１６】
次に本願第２の発明のガンダイオード発振器について説明する。図２は、図１のガンダイオード１０Ａをマイクロストリップ線路２０に搭載して構成したガンダイオード発振器の断面図で、図３はその斜視図である。マイクロストリップ線路２０の形状は、図７で説明した従来例と同じであり、窒化アルミニウム、シリコン、シリコンカーバイド、ダイヤモンドなどのように比抵抗が１０６Ω・ｃｍ以上で、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍＫ以上の半絶縁性の平板基板の表面に信号線路１２（第１の信号線路）とその信号線路１２を両側から挟むように２個の表面接地電極１３（第２の信号線路）が形成されている。表面接地電極１３は、平板基板１１の裏面の裏面接地電極１４とタングステンを充填してなるヴィアホール１５（図示せず）を介して接続されている。また信号電極１２には、電源電圧印加用のバイアス電極１２Ａと、共振器を構成するオープンスタブ１２Ｂ及び発振出力取出用の出力部１２Ｃが形成されている。本発明のガンダイオード発振器は、図１で説明したガンダイオード１０Ａの中央に形成されているアノードバンプ８が信号電極１２に、両端に形成されているカソードバンプ９が表面接地電極１３にそれぞれ接続するように実装される。１６は放熱基台であるが、図３では放熱基台１６は図示していない。
【００１７】
ガンダイオード１０Ａをマイクロストリップ線路２０に実装する場合、熱及び超音波併用のボンディングツールを用いる。本発明のガンダイオード発振器に用いられるガンダイオード１０Ａは、アノードバンプ８がアノード電極６上に形成されていないため、アノード電極６に過度の加重が加わることを防止している。本発明のガンダイオード発振器の発振スペクトルを図４（ａ）に示す。比較のため、図４（ｂ）に従来例で説明した図８の構造のガンダイオード発振器の発振スペクトルを示す。従来ののガンダイオード発振器はその位相雑音（Ｐｈａｓｅ　Ｎｏｉｓｅ：１Ｈｚ当たりの目的信号とノイズとの比）が−６６．４５ｄＢｃ／Ｈｚであるのに対し、本発明のガンダイオード発振器ではその位相雑音が−８２．６７ｄＢｃ／Ｈｚとなっており、雑音が少なく良好な特性が得られることがわかる。
【００１８】
本発明のガンダイオードは、マイクロストリップ線路２０の形状を種々変更してガンダイオード発振器を構成することが可能である。例えば、図５に示すように、図３に示したガンダイオード発振器のショートスタブ１２Ｂに代えてオープンスタブ１２Ｄを形成し、そのオープンスタブ１２Ｄの延長線上の離れた位置にショートスタブ１２Ｅを形成する。このオープンスタブ１２Ｅは、ヴィアホールを介して裏面接地電極１４に接続される。オープンスタブ１２Ｄとショートスタブ１２Ｅの間には、バラクターダイオード３０が搭載され、ショートスタブ１２Ｅの一端に接続されたバイアス電極１２Ｆからバラクターダイオード３０のアノード・カソード電極間に印加する電圧を調整し、発振周波数を変調することができる構成としても良い。さらにマイクロストリップ線路の代わりにコプレーナ線路で構成することも可能である。
【００１９】
これらの実施形態においても、ガンダイオードをマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路に実装する場合、熱及び超音波併用のボンディングツールを用いることができる。本発明のガンダイオード発振器に用いられるガンダイオード１０Ａは、アノードバンプ８がアノード電極６上に形成されていないため、アノード電極に過度の加重が加わることがないので、良好な特性が得られる。
【００２０】
【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活性層に、実装時に過度の荷重が加わらない構造とすることによって、実装時における特性劣化を防止することができる。
【００２１】
本発明のガンダイオードを実装すると、雑音が少なく、かつ発振出力が高いガンダイオード発振器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガンダイオードの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】本発明のガンダイオードを搭載したガンダイオード発振器の断面図である。
【図３】本発明のガンダイオードを搭載したガンダイオード発振器の斜視図である。
【図４】本発明のガンダイオード発振器と従来のガンダイオード発振器の発振スペクトルを示す図である。
【図５】本発明のガンダイオードを搭載した別のガンダイオード発振器の斜視図である。
【図６】従来のガンダイオードの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図７】従来のガンダイオード発振器の断面図である。
【図８】従来のガンダイオード発振器の斜視図である。
【符号の説明】
１　半導体基板
２　第１の半導体層
３　活性層
４　第２の半導体層
５　絶縁領域
６　アノード電極
７　アノードバンプ
８　カソード電極
９　カソードバンプ
１０　ガンダイオード
２０　マイクロストリップ線路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004087821.tif 000008
【図７】
2004087821.tif 000009
【図８】
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