(57)【要約】【課題】放熱効率を向上させ、熱抵抗を低減したフリップチップ型ガンダイオードを提供する。【解決手段】アノード電極の周囲に活性層および第２のコンタクト層を貫いて形成された凹部領域上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に熱伝導率の高い材料（金、銀，銅等）を充填して形成した熱伝導層を導電性突起部（バンプ）に接合して、活性層で発生する熱を効率よく放散させている。さらに上記手段に加えて、アノード電極およびカソード電極に接続する導電性突起部（バンプ）と熱伝導層とを接合して放熱効果を向上させている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順次積層された半導体基板上に、前記第２の半導体層上に形成された第１の電極および第２の電極と、該第１の電極の周囲に前記活性層および前記第２の半導体層を貫いて形成され、前記活性層をガンダイオードとして機能する機能部に区画する凹部領域と、前記第１の電極および前記第２の電極上に形成された導電性突起電極を有するフリップチップ型ガンダイオードにおいて、
内壁面および底面が絶縁膜で覆われた前記凹部領域内に熱伝導率の高い材料を充填した熱伝導層と、該熱伝導層に接続する導電性突起電極を備えたことを特徴とするフリップチップ型ガンダイオード。
【請求項２】
前記熱伝導層が金、銀、または銅のいずれかで構成された請求項１に記載のフリップチップ型ガンダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放熱性を向上させ、熱抵抗の低減をはかったフリップチップ型ガンダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂを図３に示す。図３（ａ）はフリップチップ型ガンダイオードの平面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面図である。図４はフリップチップ型ガンダイオードの実装構造を示した断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【０００３】
フリップチップ型ガンダイオード１０Ｂの構造は図３に示すように、半導体基板３９上に第１のコンタクト層３８、活性層３７、第２のコンタクト層３６が順次積層され、第２のコンタクト層３６の表面にアノード電極３２とカソード電極３１を形成し、さらにその上に導電性突起電極であるアノードバンプ３４とカソードバンプ３３を形成したものである。アノード領域とカソード領域は、活性層３７および第２のコンタクト層３６を貫いて形成された凹部３５により分離（区画）され、ガンダイオードとして機能するように構成されている。（例えば特許文献１参照）
【０００４】
このような構造のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂをマイクロストリップ線路に実装する場合には、図４に示すようにアノードバンプ３４がマイクロストリップ線路４０の信号電極４１に、カソードバンプ３３が表面接地電極４２にそれぞれ接続され、全体がフェースダウンの姿勢で実装される。図４において、４３は半絶縁性の平面基板、４４は裏面接地電極、４５は表面接地電極４２と裏面接地電極４４を接続するヴィアホール、４６は放熱基台である。
【０００５】
このようなフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂにおいて、ガンダイオードとして機能するアノード領域の活性層３７で発生する熱は、主としてアノード電極３２とアノードバンプ３４およびカソード電極３１とカソードバンプ３３からマイクロストリップ線路４０を経由して放熱される。このとき、アノード電極３２を図３に示したように複数に分散させてマトリックス形状や、放射線形状、リング形状、その他の配置形状により複数個形成することにより、発熱個所が分散されるのでフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂの全体としての放熱量が増大し、変換効率（入力電力と出力電力の比率）や発振電力を高くすることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２２２４１号公報（図１、図１６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂでは、発熱部位となっている複数のアノード領域の周囲が空気で取り囲まれた凹部構造となっているため、活性層３７で発生した熱を必ずしも効率よく放熱できているわけではない。本発明の目的は放熱効率を向上させ、熱抵抗を低減したフリップチップ型ガンダイオードを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のフリップチップ型ガンダイオードは、上記目的を達成するために、第１の半導体層、活性層、第２の半導体層が順次積層された半導体基板上で、前記第２の半導体層上に形成された第１の電極および第２の電極と、該第１の電極の周囲に前記活性層および前記第２の半導体層を貫いて形成され、前記活性層をガンダイオードとして機能する機能部に区画する凹部領域と、前記第１の電極および前記第２の電極上に形成された導電性突起電極を有するフリップチップ型ガンダイオードにおいて、内壁面および底面が絶縁膜で覆われた前記凹部領域内に熱伝導率の高い材料を充填した熱伝導層と、該熱伝導層に接続する導電性突起電極を備えた構成としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）は本発明のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａの構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるｃ−ｃ面の断面図である。図１に示すフリップチップ型ガンダイオードは、図３に示したフリップチップ型ガンダイオードと同様、アノード領域が６個配置した構造である場合を示している。図２は図１に示すフリップチップ型ガンダイオード１０Ａの製造工程を示す説明図である。
【００１０】
図１及び図２に示す本発明のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａにおいて、半導体基板１１は不純物濃度が１〜２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ２のｎ型ガリウム砒素、第１のコンタクト層１２は不純物濃度が２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ２で厚さ１．５μｍのｎ型ガリウム砒素、活性層１３は不純物濃度が１．２×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２で厚さ１．６μｍのｎ型ガリウム砒素、第２のコンタクト層１４は不純物濃度が１×１８１８ａｔｏｍ／ｃｍ２で厚さ１．５μｍのｎ型ガリウム砒素である。
【００１１】
アノード電極１７およびカソード電極１５は第２のコンタクト層１４とオーミック接触するＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属膜からなり、アノード電極１７の周囲には活性層１３と第２のコンタクト層１４を貫いて、第１のコンタクト層１２の上部に至る凹部２２が形成され、６個のアノード電極１７が相互に分離・分割され独立している状態を示している。凹部２２の内壁面及び底面にはＳｉ３Ｎ４等の絶縁膜１６が形成され、Ａｕ、Ａｇ、またはＣｕ等の熱伝導率の高い材料で充填された熱伝導層１８が形成されている。この熱伝導層１８はアノード電極１７とともにアノードバンプ１９に接合され、効率的な放熱ルートを構成している。アノードバンプ１９は、図１に示すように、アノード電極上を覆うように全面に形成することで、より効率的に放熱を行うことができる。即ち本発明では、熱伝導層に接続する導電性突起電極とアノードバンプとを一体化することで、効率的な放熱を行っている。
【００１２】
次に、本実施形態のフリップチップ型ガンダイオードの製造工程を説明する。上記構造の半導体基板の第２のコンタクト層１４上にカソード電極およびアノード電極形成領域を開口する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）を行ない、第２のコンタクト層１４上に、カソード電極１５およびアノード電極１７を分離して形成する（図２（ａ））。カソード電極１５の平面形状は長方形、アノード電極１７の平面形状は円形であるが、楕円形、略正方形などを形状は適宜選択することができる。
【００１３】
次に、カソード電極１５およびアノード電極１７をマスクとして使用し、塩素ガスなどを用いて第２のコンタクト層１４および活性層１３を除去し、上記アノード電極１７の周辺に略メサ状の、あるいは垂直状の凹部２２を形成する（図２（ｂ））。続いて、Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁膜１６を全面に堆積させる（図２（ｃ））。
【００１４】
次に、凹部２２を開口するホトレジストをパターニングし、金，銀、または銅等の熱伝導率の高い材料を蒸着し、凹部２２内にこれらの金属を充填し、熱伝導層１８を形成する。（図２（ｄ））。次に、カソード電極１５およびアノード電極１７の表面の一部を開口するように、ホトレジストをパターニングし、Ｓｉ３Ｎ４等の絶縁膜１６をリアクティブオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングによりエッチングし（図２（ｅ））、エッチングされた開口部２４を開口するホトレジストをパターニングし、金、銀、または銅等の熱伝導率の高い材料を蒸着して電極２５を形成する（図２（ｆ））。なお、この電極２５は、必ずしも金、銀または銅等の熱伝導率の高い材料で構成する必要はない。
【００１５】
次に、カソードバンプおよびアノードバンプ領域を開口するホトレジストをパターニングし、開口内に電解メッキ法あるいは無電解メッキ法によって、金などからなるアノードバンプ及びカソードバンプ１９、２０を析出形成する。
【００１６】
本実施形態におけるフリップチップ型ガンダイオード１０Ａと従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂについて、アノード電極の数を６個、アノード電極１個当たりの凹部の面積を１０３７μｍ２、同一配置とし、最大発熱温度を熱シュミレータによるシュミレーションで比較した結果では、図３に示す従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂが１０１℃であったのに対し、図１に示す本願のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａでは８１．８℃となり、高い放熱効果が得られることがわかった。
【００１７】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更することが可能である。例えば、半導体層を構成する材料を変更することが可能であり、第２のコンタクト層１４にＩｎＰを用いることによりさらに、さらに高い放熱効果を得ることができる。また、活性層の不純物濃度を調整することにより、カソード電極とアノード電極を反転することができる。さらに、凹部内に充填される熱伝導層と接合する突起電極部をアノードバンプあるいはカソードバンプと独立に形成することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のフリップチップ型ガンダイオードによれば、主として活性層で発生した熱はアノード電極周辺に設けた凹部に充填した熱伝導層を通り、バンプを経由して外部に放出される。その結果、最大発熱温度が低下し、発振効率や発振出力の向上、信頼性改善の効果がある。
【００１９】
上記の熱放出ルートと併せて、アノード電極をＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる金属膜（下地電極層）と金、銀、銅などの熱伝導率の高い材料からなる電極を形成し、この熱伝導層をバンプに接合することにより、さらに高い放熱効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のフリップチップ型ガンダイオード１０Ａの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｃ−ｃ線断面図である。
【図２】はフリップチップ型ガンダイオードの製造工程を示す図である。
【図３】（ａ）は従来のフリップチップ型ガンダイオード１０Ｂの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるｃ−ｃ線断面図である。
【図４】従来のフリップチップ型ガンダイオードの実装構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ　本発明のフリップチップ型ガンダイオード
１０Ｂ　従来のフリップチップ型ガンダイオード
１１、３９：半導体基板
１２、３８：第１のコンタクト層
１３、３７：活性層
１４、３６：第２のコンタクト層
１５、３１：カソード電極
１６：絶縁膜
１７、３２：アノード電極
１８、２５：熱伝導層
１９、３４：アノードバンプ
２０、３３：カソードバンプ
２２、３５：凹部
２４：開口部
４０：マイクロストリップ線路
４１：信号電極
４２：表面接地電極
４３：平面基板
４４：裏面接地電極
４５：ビアホール
４６：放熱基台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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