(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が導電性の基体の前記表面に、薄膜半導体の第１のｎ＋型層、ｎ型層および第２のｎ＋型層と電極層とを順次積層して成る複数個のガンダイオード素子の前記第１のｎ＋型層が接合されており、前記基体の熱伝導率が前記薄膜半導体の熱伝導率よりも高いことを特徴とするガンダイオード。
【請求項２】
前記電極層はアノード電極層とカソード電極層とから成るとともに、前記アノード電極層が形成された前記ガンダイオード素子と前記カソード電極層が形成された前記ガンダイオード素子とはそれぞれ独立に前記基体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のガンダイオード。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガンダイオードが、誘電体基板に形成された共振器上に実装されていることを特徴とするミリ波発振器。
【請求項４】
基板上に選択除去層と薄膜半導体の第２のｎ＋型層、ｎ型層および第１のｎ＋型層とを順次エピタキシャル成長させる工程と、前記第２のｎ＋型層、ｎ型層および第１のｎ＋型層の所定領域を前記選択除去層が露出するまで除去して複数個の薄膜半導体部を形成する工程と、前記薄膜半導体部の前記第１のｎ＋型層を、表面が導電性を有するとともに前記薄膜半導体部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を持つ基体の前記表面に接合する工程と、前記選択除去層を除去して前記基板を前記薄膜半導体部から分離する工程と、前記薄膜半導体部の前記第２のｎ＋型層上に電極層を形成する工程とを順次行なうことを特徴とするガンダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば衛星通信や地上での極短距離通信、あるいは車載用の追突防止レーダ装置等に使用されるミリ波発振器に用いられるガンダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のガンダイオードは、例えば図６（ａ）に平面図で、図６（ｂ）にそのＢ−Ｂ’線断面図で示すように、半導体から成る基体11の表面に薄膜半導体の第１のｎ＋型層12ａ、ｎ型層12ｂおよび第２のｎ＋型層12ｃと電極層13とを順次積層して成る複数個のガンダイオード素子14が、基体11の表面と第１のｎ＋型層12ａとの界面の結晶格子が整合した状態で形成されて構成されていた。
【０００３】
また、この構成において、電極層13は、同一平面上に形成されたアノード電極13ａおよびカソード電極層13ｂから構成されていた。これによって、ミリ波発振器の基板へのフリップチップ実装を可能とするものである。
【０００４】
また、このような構成の従来のガンダイオードは、例えば基板上に薄膜半導体の第１のｎ＋型層12ａ、ｎ型層12ｂおよび第２のｎ＋型層12ｃを順次エピタキシャル成長させる工程と、この薄膜半導体の第２のｎ＋型層12ｃ上に電極層13ａ，13ｂを形成する工程と、これら電極層13ａ，13ｂが形成された領域を除く第１のｎ＋型層12ａ、ｎ型層12ｂおよび第２のｎ＋型層12ｃの所定領域を除去して複数個の薄膜半導体部12ｄ，12ｅを形成する工程とを順次行なうといった製造方法で作製されていた。
【０００５】
そして、このガンダイオードは、例えば図７（ａ）に一部を透視した上面図で、図７（ｂ）にそのＣ−Ｃ’線断面図で示すようなミリ波発振器の構成要素として用いられていた。
【０００６】
図７に示すミリ波発振器は第１の半導体層（図示せず）、ガンダイオード活性層（図示せず）および第２の半導体層（図示せず）が順に積層されて作製されたガンダイオード101を、信号電極103および一対の接地電極104を形成し、ミリ波共振器が形成された半絶縁性の平板基板102上に、導体バンプ105および106を介してフリップチップボンディングすることによって実装するといった構成のものとして作製されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
このような構成の従来のガンダイオードを用いたミリ波発振器によれば、フェースダウン姿勢にして、導体バンプ105および106を信号電極103および接地電極104に直接接続しており、ガンダイオード101と信号電極103および接地電極104との接続に金リボンを使用しないので、金リボンによる接続に起因して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ミリ波発振器を実現することが可能になるというものである。
【０００８】
また、図６に示す従来のガンダイオードでは、図７に示すように、ガンダイオード101を半絶縁性の平板基板102上に、導体バンプ105および106を介してフリップチップボンディングすることによって実装する構成であることから、導体バンプ105および106の熱抵抗のために平板基板102側への熱放散が不十分となっている。この構成では、平板基板102側にしか熱を逃さない構造となっているが、その熱放散が不十分なので、ガンダイオード101で発生した熱を実装時に上側に位置する基体11の表面（上面）からも効率良く放散することが特に重要となる。
【０００９】
一方、これと同様の課題を解決しようとするものとして、従来から、例えばレーザダイオードのような駆動時に高温となる半導体素子では、発生する熱を効率よく逃がし、半導体素子の温度上昇を抑制するため、構造面で工夫がなされてきた。例えば、フリップチップ実装する誘電体基板に対して材料の高熱伝導率化やサーマルビア構造を設けるといった工夫をする一方で、ガンダイオード側の工夫としては、半導体素子形成用の基板として熱伝導に優れた半導体基板の上面に単結晶膜を付着した膜付基板を用いることが知られている。
【００１０】
このような膜付基板をガンダイオードの作製に使用した従来のガンダイオードの製造方には、例えば、膜付基板としてＳｉＣから成る単結晶基板の上面に砒化ガリウム（ＧａＡｓ）系の半導体単結晶膜である、例えば、アルミニウム・ガリウム・砒素（ＡｌＧａＡｓ）単結晶膜を被着させたものを用いて、この膜付基板のＡｌＧａＡｓ単結晶膜上に複数の単結晶半導体膜を積層し、さらにこの複数の単結晶半導体膜上にアノード電極およびカソード電極を形成するといった例がある。
【００１１】
また、特許文献２には、異種基板を接合（貼り合わせ）することによって、膜付基板を作製する方法が提案されている。この方法を適用した従来のガンダイオードの製造方法には、例えば、
（１）まずＧａＡｓ単結晶膜を格子定数がそれと同じであるＧａＡｓ単結晶から成る第１基板の上面にエピタキシャル成長させ、
（２）次に、ＧａＡｓ単結晶膜の上面に、炭化硅素（ＳｉＣ）から成る第２基板を貼り合わせるとともに、これらを600℃〜1000℃の温度で熱処理することによって、ＧａＡｓ単結晶膜が形成されたＧａＡｓ単結晶から成る第１基板にＳｉＣから成る第２基板を固着し、
（３）最後に、ＧａＡｓ単結晶から成る第１基板をエッチング除去する、
といった例がある。
【００１２】
また、この従来のガンダイオードの製造方法においては、上記製造工程の（２）および（３）において、第１および第２基板同士を貼り合わせた後、両者を熱処理する前に第１基板を完全に除去するといった他の例もある。
【特許文献１】特開2000−22241号公報
【特許文献２】特開平６−90061号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図６に示したような従来のガンダイオードにおいては、基体11の材質が、複数個のガンダイオード素子14と同種のものまたは格子定数が整合した一部ものに限られているため、基体11に対して望まれている特性である、熱伝導特性，電気伝導特性および機械的特性を考慮に入れたガンダイオードを得ることが困難であるという問題点があった。
【００１４】
また、通常は、ガンダイオード101を構成する半導体基板の放熱性が悪く、動作中にガンダイオード活性層の温度が130℃程度にまで上昇してしまうという問題点があった。これは、ガンダイオード101に発生する熱の一部は、導体バンプ105および106を介してヒートシンクとしても機能する平板基板102に放散され、その他のものは半導体基板に伝達し空気中へ放散されるが、平板基板102と半導体基板内での熱伝導が低いことによるものである。
【００１５】
そして、このようにガンダイオード活性層の温度が130℃程度にまで上昇すると、図８にガンダイオード活性層の温度Ｔ（単位：Ｋ）を横軸に、電子の移動度μＨｎ（単位：ｃｍ２／Ｖ・ｓ）を縦軸にとった線図で示すように、ガンダイオード活性層の内部における電子のドリフト速度が10４ｃｍ２／Ｖ・ｓ以下にまで著しく減少する。その結果、発振周波数は電子のドリフト速度に比例するため、発振可能な周波数帯域のうち最も発振出力が大きくなる中心周波数が低周波数側へ移動する。従って、外部に共振器構造があり発振周波数が固定されている場合には、共振器によって決められる周波数とガンダイオードの中心周波数とがずれていくことで、ミリ波出力が著しく低下してしまうという問題点があった。また、発振出力を一定にするには、注入電力を増加させる必要があるが、その場合には、発熱量がさらに大きくなり、ガンダイオード101が破壊することがあるという問題点もあった。
【００１６】
また、前述のような、結晶成長によって単結晶膜を被着させた膜付基板を用いた従来のガンダイオードの製造方法においては、通常、膜付基板を構成する単結晶基板と単結晶膜との間でそれぞれの格子定数が大きく異なっており（例えば、ＳｉＣ単結晶基板とＡｌＧａＡｓ単結晶膜との間では、ＡｌＧａＡｓ単結晶膜の格子定数はＳｉＣ単結晶基板の格子定数と比べて約30％大きい。）、そのような条件では、単結晶基板上に単結晶膜をエピタキシャル成長させることは極めて困難であるという問題点があった。
【００１７】
また、特許文献２に開示されている技術を用いた従来のガンダイオードの製造方法の例においては、第１基板と第２基板との間で熱膨張係数に大きな差があることから、熱処理後の冷却中に発生する大きな熱応力により、得られた膜付基板が反ってしまうという問題点があった。例えば、ＳｉＣ基板とＧａＡｓ半導体膜との組み合わせでは、２インチサイズの基板で200μｍ以上の反りが発生する。
【００１８】
また、特許文献２に開示されている技術を用いた従来のガンダイオードの製造方法の他の例においては、熱処理前に第１基板を完全に除去することから、熱処理後に発生する熱応力により膜付基板が反るという問題点は解決されるものの、単結晶半導体膜の形成時に単結晶半導体膜の内部に蓄積された応力が、第１基板の除去に伴って第１基板側の表面で一度に開放されてしまうため、この応力開放時の反動に伴って単結晶半導体膜に割れ等が生じ、場合によっては単結晶半導体膜が粉々に破壊されてしまうという問題点があった。
【００１９】
本発明は上記事情に鑑み完成されたものであり、その目的は、良質な薄膜単結晶から成るガンダイオード素子を、その薄膜単結晶とは元は別である基体上に接合させることによって、基体として望まれている熱伝導特性，電気伝導特性および機械的特性等を考慮に入れることが可能であり、基体の材質の選択の自由度が高くて、例えば、基体に熱伝導率の高いものを選択して、動作中に発生した熱を、外部へ放熱することができ、ガンダイオード活性層の温度上昇を抑制してミリ波出力の強度を安定させることができ、しかもミリ波変換効率が高く高出力であるため注入電力を低く抑えることができ、その結果、ガンダイオード素子の結晶に欠陥発生を抑制できる、長期間動作の信頼性も高いガンダイオードおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のガンダイオードは、表面が導電性の基体の前記表面に、薄膜半導体の第１のｎ＋型層、ｎ型層および第２のｎ＋型層と電極層とを順次積層して成る複数個のガンダイオード素子の前記第１のｎ＋型層が接合されており、前記基体の熱伝導率が前記薄膜半導体の熱伝導率よりも高いことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明のガンダイオードは、上記構成において、前記電極層はアノード電極層とカソード電極層とから成るとともに前記アノード電極層が形成された前記ガンダイオード素子と前記カソード電極層が形成された前記ガンダイオード素子とはそれぞれ独立に前記基体に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明のミリ波発振器は、上記ガンダイオードが、誘電体基板に形成された共振器上に実装されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明のガンダイオードの製造方法は、基板上に選択除去層と薄膜半導体の第２のｎ＋型層、ｎ型層および第１のｎ＋型層とを順次エピタキシャル成長させる工程と、前記第２のｎ＋型層、ｎ型層および第１のｎ＋型層の所定領域を前記選択除去層が露出するまで除去して複数個の薄膜半導体部を形成する工程と、前記薄膜半導体部の前記第１のｎ＋型層を、表面が導電性を有するとともに前記薄膜半導体部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を持つ基体の前記表面に接合する工程と、前記選択除去層を除去して前記基板を前記薄膜半導体部から分離する工程と、前記薄膜半導体部の前記第２のｎ＋型層上に電極層を形成する工程とを順次行なうことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のガンダイオードによれば、表面が導電性の基体のその表面に、薄膜半導体の第１のｎ＋型層、ｎ型層および第２のｎ＋型層と電極層とを順次積層して成る複数個のガンダイオード素子の第１のｎ＋型層が接合されていることから、基体の材質の選択の自由度が高くなるため、基体として、例えば熱伝導性として放熱性が、電気伝導特性として導電性が、および機械的特性として応力に対する強度がいずれも最適になるような基体を選択することができるものとなる。また、ガンダイオードにおいては、ガン効果を生じさせる主要部であるガンダイオード活性層となるｎ型層がコンタクト層である第１のｎ＋型層上にあり、この第１のｎ＋型層によってｎ型層が保護されるものとなる。しかも、この第１のｎ＋型層自体は高い導電性を有しており、基体に接合された場合にもその導電性が損なわれるようなことはないので、ガンダイオード素子の第１のｎ＋型層を基体に接合しても、そのガンダイオード素子において良好な発振特性を得ることができる。
【００２５】
また、本発明のガンダイオードによれば、基体の熱伝導率が薄膜半導体の熱伝導率よりも高いときには、基体によって、発熱部であるガンダイオード活性層からの熱を周囲に効率よく伝導して放散させることができるものとなるので、基体はガンダイオード素子に対して良好な放熱体として働き、ガンダイオード活性層の温度上昇を良好に抑制することができ、ミリ波出力の安定化および高出力化を行なうことができるものとなる。さらに、ミリ波変換効率が高く高出力であるため注入電力を低く抑えることができ、その結果、ガンダイオード素子の結晶における欠陥発生を抑制できるので、ガンダイオードの長期間の動作について高信頼性を得ることができるものとなる。
【００２６】
また、本発明のガンダイオードによれば、電極層はアノード電極層とカソード電極層とから成るとともにアノード電極層が形成されたガンダイオード素子とカソード電極層が形成されたガンダイオード素子とはそれぞれ独立に基体に電気的に接続されているときには、アノード電極層が形成されたガンダイオード素子とカソード電極層が形成されたガンダイオード素子とは、基体によってアノード電極層とカソード電極層との間に電気的に直列接続されるとともに、同一平面上にアノード電極層およびカソード電極層が位置することとなり、このガンダイオードをミリ波発振器を構成する平板基板上にフェースダウン姿勢で容易に実装できる。しかも、基体に脆性の低い材質を選ぶことにより、実装の際もしくは実装後に、基体のガンダイオード素子との接合部またはガンダイオード素子間に応力がかかりやすくなるのに対して、それらの部位を壊れにくくすることができるものとなる。さらに、アノード電極層とカソード電極層との間には、電流が基体を通して流れるため、ガンダイオード素子の動作に必要な領域以外の半導体薄膜領域での発熱を抑制でき、ミリ波出力の安定化および高出力化を行なうことが可能となり、さらにはガンダイオードの長期間の動作について高信頼性が得られることができるものとなる。
【００２７】
また、本発明のガンダイオードの製造方法によれば、基板上に選択除去層と薄膜半導体の第２のｎ＋型層、ｎ型層および第１のｎ＋型層とを順次エピタキシャル成長させる工程
と、第２のｎ＋型層、ｎ型層および第１のｎ＋型層の所定領域を選択除去層が露出するまで除去して複数個の薄膜半導体部を形成する工程と、薄膜半導体部の第１のｎ＋型層を、表面が導電性を有するとともに前記薄膜半導体部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を持つ基体のその表面に接合する工程と、選択除去層を除去して基板を薄膜半導体部から分離する工程と、薄膜半導体部の第２のｎ＋型層上に電極層を形成する工程とを順次行なうことから、複数の薄膜半導体部を形成することが、薄膜半導体と基板との接合部の面積を減少させて、基板全体に加わる応力を緩和するように働くため、薄膜半導体部と基体との接合時に熱処理を行なってもガンダイオードの反りや薄膜半導体の劈開の発生を抑えることができ、結晶性の優れた薄膜半導体部を基体上に接合できるものとなる。また、基板と薄膜半導体部との間に介在している選択除去層を除去するため、基板をガンダイオード素子から除去する際に、薄膜半導体部にダメージを与えることがなく、薄膜半導体部の結晶性を良好に維持できるので、良好な発振特性が得られるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明のガンダイオードおよびその製造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明のガンダイオードの実施の形態の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図である。また、図２乃至図５は本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を示す、工程毎の模式的な断面図である。
【００３０】
図１乃至図５において、１は表面が導電性の導電性基体である。２は薄膜半導体であり、２ａは薄膜半導体の第１のｎ＋型層、２ｂは薄膜半導体のｎ型層、２ｃは薄膜半導体の第２のｎ＋型層である。また、薄膜半導体２において、２ｄおよび２ｅは薄膜半導体部であって、それぞれアノード部およびカソード部である。３は電極層であり、３ａおよび３ｂはそれぞれアノード電極層およびカソード電極層である。４は薄膜半導体２および電極層３から成るガンダイオード素子である。５は薄膜半導体をエピタキシャル成長するための単結晶基板である。６は単結晶基板５を薄膜半導体２から分離するための選択除去層である。
【００３１】
図１に示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードは、表面が導電性の導電性基体１の表面に、薄膜半導体２の第１のｎ＋型層２ａ、ｎ型層２ｂおよび第２のｎ＋型層２ｃと電極層３ａ，３ｂとを順次積層して成る複数個のガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層２ａが接合されている構成である。
【００３２】
上記構成において、薄膜半導体２は独立したアノード部２ｄおよびカソード部２ｅから成り、アノード部２ｄ上およびカソード部２ｅ上のそれぞれにアノード電極層３ａおよびカソード電極層３ｂが形成されている。すなわち、アノード部２ｄおよびアノード電極層３ａから成るアノードのガンダイオード素子４ａとカソード部２ｅおよびカソード電極層３ｂから成るカソードのガンダイオード素子４ｂとの少なくとも２つのガンダイオード素子４が構成されている。これによって、アノードのガンダイオード素子４ａとカソードのガンダイオード素子４ｂとは、導電性基体１によってアノード電極層３ａとカソード電極層３ｂとの間に電気的に直列接続されるとともに、ほぼ同一平面上にアノード電極層３ａおよびカソード電極層３ｂが位置することとなり、これによってガンダイオードをミリ波発振器を構成する平板基板上にフェースダウン姿勢で容易に実装でき、実装性が良好であり発振特性が安定するものとなる。
【００３３】
また、薄膜半導体２の材料としてはＧａＡｓ，インジウム燐（ＩｎＰ），窒化ガリウム（ＧａＮ）等を用いれば、良好なガンダイオード動作を得ることができて、好適である。
【００３４】
図１に示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードは、アノード電極層３ａとカソード電極層３ｂとの間に、薄膜半導体２のｎ型層２ｂにバルク負性抵抗効果が発生するのに十分な電圧値の電圧を印加することによって、５〜100ＧＨｚの発振電流がアノード電極層３ａとカソード電極層３ｂとの間から出力されるといった動作をする。
【００３５】
図１に示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードは、表面が導電性の導電性基体１の表面に、薄膜半導体２の第１のｎ＋型層２ａ、ｎ型層２ｂおよび第２のｎ＋型層２ｃとアノード電極層３ａ，カソード電極層３ｂとを順次積層して成る複数個のガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層２ａが接合されていることから、導電性基体１の材質の選択の自由度が高くなるため、導電性基体１として、放熱性，導電性および応力に対する強度が最適になるような材質のものを選択することができるものとなる。また、ガンダイオードにおいては、ガン効果を生じさせる主要部であるガンダイオード活性層となるｎ型層２ｂがコンタクト層である第１のｎ＋型層２ａ上にあり、導電性基体１との接合の際にこの第１のｎ＋型層２ａによってｎ型層２ｂが保護されるものとなる。しかも、この第１のｎ＋型層２ａ自体は高い導電性を有しており、基体に接合された場合にもその導電性が損なわれるようなことはないので、ガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１に接合しても、このガンダイオード素子４において良好な発振特性を得ることができるものとなる。
【００３６】
また、図１に示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードは、上記構成において、導電性基体１の材質はガンダイオード素子４の薄膜半導体２よりも熱伝導率が高いものが好ましく、例えば、薄膜半導体２がＧａＡｓもしくはＩｎＰである場合に対しては、導電性基体１にはシリコン（Ｓｉ），炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ，６Ｈ−ＳｉＣ，４Ｈ−ＳｉＣ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），アルミニウム（Ａｌ）等が好適である。これにより、ＧａＡｓの熱伝導率は54Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＩｎＰの熱伝導率は70Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、Ｓｉは148Ｗ／ｍ・Ｋであり、３Ｃ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣおよび４Ｈ−ＳｉＣは490Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｃｕは398Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ａｕは約313Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ａｌは約240Ｗ／ｍ・Ｋであるので、それぞれガンダイオード素子４からの熱を効率的に導電性基体１に伝導させて導電性基体１の表面から放散させることができ、ガンダイオード素子４の温度上昇を抑えることができるものとなる。また、Ｃｕは３Ｃ−ＳｉＣもしくは６Ｈ−ＳｉＣもしくは４Ｈ−ＳｉＣよりも熱伝導率が若干低いものの、３Ｃ−ＳｉＣもしくは６Ｈ−ＳｉＣもしくは４Ｈ−ＳｉＣの比抵抗が約１×10−４Ω・ｍ〜１×10−５Ω・ｍであるのに対して、Ｃｕの比抵抗は約２×10−８Ω・ｍと小さく、導電性基体１での電流の損失を小さくすることができるとともに、導電性基体１自体の抵抗による発熱を抑制できるものとなる利点がある。さらに、ＧａＡｓもしくはＩｎＰは、シリコン（Ｓｉ），炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ，６Ｈ−ＳｉＣ，４Ｈ−ＳｉＣ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），アルミニウム（Ａｌ）に比べて大変脆いので、導電性基体１にシリコン（Ｓｉ），炭化珪素（６Ｈ−ＳｉＣ，４Ｈ−ＳｉＣ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），アルミニウム（Ａｌ）を用いれば、ＧａＡｓもしくはＩｎＰを用いるよりも、実装の際もしくは実装後に、導電性基体１のガンダイオード素子４との接合部またはガンダイオード素子４間に応力がかかっても、ガンダイオードのそれらの部位が壊れにくいものとなる。
【００３７】
また、導電性基体１の材質は、電気的には、単に複数個のガンダイオード素子４のそれぞれの間を接続する導体として働けばよく、単結晶でなくても構わない。むしろ、導電性基体１の材質は、結晶性の低いものや、非晶質もしくは多結晶質であった方が、導電性基体１が単結晶であれば劈開性のある結晶軸に沿って応力が働いたときに導電性基体１が劈開性のある結晶軸に沿って破壊されやすいといった問題が少なくなり好適である。
【００３８】
また、図１に示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードは、上記構成において、アノード部２ｄは第１のｎ＋型層２ａ、ｎ型層２ｂおよび第２のｎ＋型層２ｃの３層構造から成るメサ構造のものとして形成されており、その直径はガンダイオード素子４にそれが動作する適切な電流密度の電流が流れるように適宜設定すればよく、例えば、φ20μｍ〜100μｍが好適である。
【００３９】
また、図１に示すようにアノード部２ｄは複数個から成るものとしてもよく、その個数は要求される発振出力によって適宜選択して設定すればよい。複数個のアノード部２ｄを用いることによって、個々のアノード部２ｄ内の電流密度を適切なものとしつつ、複数個のアノード部２ｄの全電流の電流値を増大できるので高出力な発振出力が得られるものとなる。また、複数個のアノード部２ｄが分散して配置されることから、熱源が分散されて放熱が良好なものとなる。一方、カソード部２ｅはアノード部２ｄと同じ３層構造である第１のｎ＋型層２ａ、ｎ型層２ｂおよび第２のｎ＋型層２ｃから成り、アノード部２ｄより大きい面積が好適である。これにより、カソード部２ｅの電流密度を下げて、カソード部２ｅではガンダイオードとして動作しないようにすることができ、アノード部２ｄに限ってガンダイオードとして動作させて、アノード電極層３ａに接続される共振器に発振出力できる。また、アノード部２ｄおよびカソード部２ｅは、導電性基体１の表面全体に比べてはるかに小さい領域で導電性基体１の表面に接合されていることから、貼り合わせ時に発生するガンダイオード素子４の内部応力が抑制されるため、ガンダイオード素子４においてクラックや欠陥を含まない良好な結晶性が維持されたものとなる。
【００４０】
次に、図２乃至図５に示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードの製造方法について詳細に説明する。
【００４１】
図２乃至図５に工程毎の模式的な断面図で示す本発明の実施の形態の一例のガンダイオードの製造方法は、基板５上に選択除去層６と薄膜半導体２の第２のｎ＋型層２ｃ、ｎ型層２ｂおよび第１のｎ＋型２ａ層とを順次エピタキシャル成長させる工程１と、第２のｎ＋型層２ｃ、ｎ型層２ｂおよび第１のｎ＋型層２ａの所定領域を選択除去層６が露出するまで除去して複数個の薄膜半導体部２ｄ，２ｅを形成する工程２と、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１の表面に接合する工程３と、選択除去層６を除去して基板５を薄膜半導体部２ｄ，２ｅから分離する工程４と、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第２のｎ＋型層２ｃ上に電極層を形成する工程５とを順次行なう構成である。
【００４２】
なお、図２，図３，図４および図５は、本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例において、それぞれ、工程１終了後，工程２終了後，工程３終了後および工程４終了後の同じ部分の断面模式図を示している。また、図１は工程５終了後の完成品であるガンダイオードの図２乃至図５と同じ部分の断面模式図を示している。
【００４３】
まず、図２に工程１終了後の様子を示す本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例の工程１においては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって薄膜半導体２を単結晶基板５上にエピタキシャル成長を行なうことによって、薄膜半導体２から成る第２のｎ＋型層２ｃ，ｎ型層２ｂおよび第１のｎ＋型層２ａを順次積層する。
【００４４】
その際に、薄膜半導体２から成る第２のｎ＋型層２ｃ，ｎ型層２ｂおよび第１のｎ＋型層２ａのそれぞれの不純物濃度については、マスフローコントローラによる原料ガス流量の高精度な制御によって調整すればよい。また、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によって薄膜半導体２を単結晶基板５上にエピタキシャル成長を行なっても構わない。この場合には、薄膜半導体２の原料坩堝を加熱して分子線を発生させ、その分子線を高温に保持された単結晶基板５上に照射することによって単結晶である薄膜半導体２が形成される。その際には、不純物濃度については、不純物材料が保持された坩堝を高精度に温度制御して決められた分量の不純物分子線を結晶成長中に同時に基板に照射することによって調整すればよい。
【００４５】
また、単結晶基板５には、薄膜半導体２の材質として用いるＧａＡｓ，ＩｎＰもしくはＧａＮ等の格子定数と整合するものを用いる。例えば、ＧａＡｓの場合には、ＧａＡｓ単結晶基板を用いると好適である。また、ＩｎＰの場合にはＩｎＰ単結晶基板を用いると好適である。また、ＧａＮの場合にはＧａＮ単結晶基板、サファイア単結晶基板、ＳｉＣ単結晶基板もしくはＳｉ単結晶基板等を用いることができる。ＧａＮの場合には、ＧａＮ単結晶基板が好適である。なお、それ以外のものでも、ガンダイオード素子４と単結晶基板５との間に横成長を施してバッファ層を形成することにより、格子定数差を緩和し、格子定数が整合しなくても結晶性が改善された薄膜半導体２を成長させることができる。
【００４６】
次に、図３に工程２終了後の様子を示す本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例の工程２においては、ガンダイオード素子４は、アノードのガンダイオード素子４ａおよびカソードのガンダイオード素子４ｂに分離するために、図２に示す第２のｎ＋型層２ｃ、ｎ型層２ｂおよび第１のｎ＋型層２ａの所定領域を、フォトリソグラフィ技術を用いて、選択除去層６の表面が露出するまでエッチングすることによって選択的に除去し、アノード部２ｄおよびカソード部２ｅを形成する。
【００４７】
このエッチング用のエッチング溶液としては、単結晶基板５の材質がＧａＡｓの場合には、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）との混合溶液が好適である。また、単結晶基板５の材質がＩｎＰの場合には、例えば、臭化水素（ＨＢｒ）とフッ酸（ＨＦ）との混合溶液が好適である。これらのエッチング溶液を用いれば、選択除去層６にエッチング作用を与えずに、ガンダイオード素子４のみがエッチングされるため、選択除去層６がエッチングストッパ（エッチング停止層）として働き、選択除去層６の表面が完全に露出するまで薄膜半導体２の所定領域を均一にエッチングすることができるものとなる。
【００４８】
また、アノード部２ｄおよびカソード部２ｅは、それらが形成される単結晶基板５の表面に比べるといずれも小さい領域となるため、後述する選択除去層６のエッチングの際に、エッチング溶液がガンダイオード素子４の下部にも十分に行き渡りやすくなり、単結晶基板５をガンダイオード素子４から確実に分離できるものとなる。
【００４９】
次に、図４に工程３終了後の様子を示す本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例の工程３においては、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１の表面に接合する。これには、例えば、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａの表面と導電性基体１の表面とを親水化処理した後、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａの表面と導電性基体１の表面とを対向させた状態で重ね合わせ、これらを圧着することにより貼り合わせて、しかる後、熱処理をすればよい。
【００５０】
より詳細には、例えば、まず、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１を準備し、ＧａＡｓから成るガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層（ｎ＋ＧａＡｓ層）２ａの表面および４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１の表面をそれぞれ親水化処理する。この親水化処理には、液温が15℃〜25℃で濃度が10％〜50％のフッ酸（ＨＦ）溶液を用いて、この溶液にガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層２ａの表面および４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１の表面を0.5分〜５分程度浸漬すればよい。これにより、それら両者の表面には水酸（ＯＨ）基が存在することとなる。
【００５１】
そして、ＧａＡｓから成るガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層（ｎ＋ＧａＡｓ層）２ａおよび４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１のそれぞれのＯＨ基が存在する表面を接近させれば、それらＯＨ基が存在する表面同士にファン・デア・ワールス相互作用（Van・Der・Waals interaction）が働き、それら両者が引き合って、ＧａＡｓから成るガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層２ａおよび４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１が仮に接合される。このとき、導電性基体１のこの接合面は、好ましくは表面が算術平均粗さＲａで0.0005μｍ以下になるまで予め表面研磨されているとよい。これより粗い表面粗さでは、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａおよび導電性基体１のそれぞれ接合しようとしている２つの表面の間に大きな隙間が生じてしまって貼り合わせが良好に行なえなくなる傾向がある。
【００５２】
また、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａの表面と導電性基体１の表面との圧着には、両者が均一に合わさるように２×10５Ｎ／ｍ２〜20×10５Ｎ／ｍ２の圧力で５分〜20分間、両者を押圧すればよい。これにより、ファン・デア・ワールス相互作用が圧着面に対して均一に強く働く。この相互作用は距離の６乗に反比例することから、導電性基体１もしくは単結晶基板５が破損しない程度に強く押圧することが好ましい。
【００５３】
また、工程３の最後に、仮に接合されたＧａＡｓから成るガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層（ｎ＋ＧａＡｓ層）２ａと４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１との界面に熱処理を施す。この熱処理によって、ＧａＡｓから成るガンダイオード素子４の第１のｎ＋型層２ａと４Ｈ−ＳｉＣ単結晶から成る導電性基体１との界面に存在した水素やその他の吸着ガスは外部に放出され、さらには、その界面で、原子の再配列が起こり強固な結合を形成することができる。この熱処理には、アニール炉を用いて窒素または水素雰囲気中、ＧａＡｓから成るガンダイオード素子４の第２のｎ＋型層２ａの表面に１×10４Ｎ／ｍ２〜10×10４Ｎ／ｍ２の圧力をかけながら、400℃〜700℃で１時間〜３時間程度、より好ましくは400〜500℃で1時間程度行なうと好適である。その温度範囲よりも高温（＞700℃）で熱処理したときには、接合強度は増加するが、ＧａＡｓ結晶から砒素が気化し、ガンダイオード素子４の結晶性が劣化するので、ガンダイオードの発振特性が不十分なものとなる傾向がある。また、その温度範囲よりも低温（＜400℃）で熱処理したときには、十分な接合強度が得られなくて、導電性基体１に弱い力が加わっても導電性基体１がガンダイオード素子４から取れてしまってガンダイオード動作しなくなることがあり信頼性の低いものとなる傾向がある。
【００５４】
また、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１の表面に接合する別の方法としては、半田等の低融点金属接合材を用いてそれら両者を接合してもよい。この場合には、ファン・デア・ワールス相互作用を用いた接合方法よりも強固な接合を得ることができるものとなる。また、導電性基体１の表面粗さをＲａで0.0005μｍ以下とする必要もない。
【００５５】
半田等の低融点金属接合材を用いて薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１の表面に接合するには、例えば、予め表面に低融点金属接合材を３〜５μｍの厚みで形成した導電性基体１と、ガンダイオード素子４が形成された単結晶基板５の第１のｎ＋型層２ａ側の表面とを、低融点金属接合材を挟んで接触させた状態で、低融点金属接合材が溶融する温度まで昇温することで両者を接合する。低融点金属接合材は、例えばＣｒとＡｕとの二層構造、またはＴｉとＰｔとＡｕとの三層構造である。第１のｎ＋型層２ａと接触するＣｒもしくはＴｉは、次層の低融点金属層と第１のｎ＋型層２ａとの接着強度を高める働きがある。また、表面側のＡｕ層の働きは、電気的に低抵抗にすることである。また、少なくとも２μｍ以上の厚みを必要とし、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１の表面に接合する際に、Ａｕ−Ａｕ接合となるので接合しやすいという利点もある。また、三層構造においてＰｔ層を入れる目的は、下地のＴｉが表面側のＡｕ層に拡散するのを防ぐことにある。なお、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１の表面に接合する際に、熱的に良好に接合するためには、表面の金属はＡｕよりもＡｕＳｎ合金やＩｎが好ましい。この理由は、融点が150℃から350℃程度の低融点金属接合材を介して接合することによって、作製時には低いエネルギーで薄膜半導体部２ｄ，２ｅの第１のｎ＋型層２ａを導電性基体１と接合することができ、ガンダイオード素子４の動作時における密着性と電気的導通とを良好に保つことが可能となるからである。
【００５６】
また、以上のような熱的な接合方法に限らず、両者の表面を接触させた状態で外部から超音波により接触部の金属にエネルギーを与えて、分子再配置を起こさせることによって接合しても構わない。また、これらの接合方法の一つを単独で用いるのではなく、二つを併用しても構わない。
【００５７】
次に、図５に工程４終了後の様子を示す本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例の工程４においては、選択除去層６にはエッチング作用し薄膜半導体部２ｄ，２ｅにはエッチング作用しないエッチング溶液を用いて選択除去層６をエッチングすることによって、単結晶基板５をガンダイオード素子４から分離する。例えば、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの材質としてＧａＡｓを用いる場合には、選択除去層６の材質として砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）を用い、エッチング溶液にはフッ酸（ＨＦ）溶液を用いればよい。また、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの材質としてＩｎＰを用いる場合には、選択除去層６の材質としてはインジウム・ガリウム・砒素・燐（ＩｎＧａＡｓＰ）を用い、エッチング溶液にはフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合溶液を用いればよい。これによって、薄膜半導体部２ｄ，２ｅに物理的，化学的，熱的なダメージを与えることがなく、薄膜半導体部２ｄ，２ｅの良好な結晶性を維持できるので、良好な発振特性が得られるものとなる。さらに、単結晶基板５もエッチング時にダメージを受けないので、単結晶基板５を薄膜半導体部２ｄ，２ｅから分離後に再度、単結晶基板５をエピタキシャル成長用の基板として繰り返し使用することができるものとなる。
【００５８】
最後に、図１に工程５終了後の様子を示す本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例の工程５においては、ガンダイオード素子４の第２のｎ＋型層（ｎ＋ＧａＡｓ層）２ｃの表面に電極層３をオーミックに形成する。電極層３は、例えば、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）層とニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層との三層構造である。ｎ＋ＧａＡｓ層と接触するＡｕＧｅはＧａＡｓと混晶を作りオーミック特性を発現するためのものであり、ＮｉはＧｅの拡散を防ぐためのものであり、Ａｕは電極として電気的に低抵抗にするためのものである。Ａｕ層上には、さらに金（Ａｕ）から成るバンプ電極を蒸着法や電界メッキ法等により形成してもよい。この場合には、ガンダイオードをミリ波発振器の平板基板等にフリップチップ実装する際に、接合が容易であるＡｕ−Ａｕ接合を用いることができるので、ガンダイオードの実装がしやすいものとなる利点がある。
【実施例】
【００５９】
次に、本発明のガンダイオードおよびその製造方法の実施例について、その製造工程の例に沿って順に説明する。
【００６０】
まず、図２に断面図で示すように、単結晶基板５としてのＧａＡｓ単結晶基板上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて選択除去層６としてのＡｌＡｓ層，第２のｎ＋型層２ｃとしてのｎ＋型ＧａＡｓ層，ｎ型層２ｂとしてのｎ型ＧａＡｓ活性層および第１のｎ＋型層２ａとしてのｎ＋型ＧａＡｓ層の薄膜半導体を順次結晶成長させて積層した。この層構成における各層の厚みは、例えばＡｌＡｓ層６は100ｎｍ，ｎ＋型ＧａＡｓ層２ｃは200ｎｍ，ｎ型ＧａＡｓ活性層２ｂは1.6μｍ，ｎ＋型ＧａＡｓ層２ａは0.6μｍとした。また、各薄膜半導体におけるキャリア濃度は、ＡｌＡｓ層６では１×10１４／ｃｍ３以下，ｎ＋型ＧａＡｓ層２ｃでは２×10１８／ｃｍ３以下，ｎ型ＧａＡｓ活性層２ｂでは１×10１６／ｃｍ３〜３×10１６／ｃｍ３の範囲で直線的に変化させ、ｎ＋型ＧａＡｓ層２ａでは２×10１８／ｃｍ３以下とした。
【００６１】
なお、薄膜半導体２となるｎ＋型ＧａＡｓ層２ｃ，ｎ型ＧａＡｓ活性層２ｂ，ｎ＋型ＧａＡｓ層２ａの総厚みは、50μｍ程度まで大きくすることが可能である。しかし、総厚みが50μｍを超えると、ｎ型ＧａＡｓ活性層２ｂで発生した熱を熱伝導率の高い導電性基体１へ良好に伝達あるいは放射することが十分に行なえなくなるため、ガンダイオード活性層であるｎ型ＧａＡｓ活性層２ｂの温度が上昇してしまい、ミリ波出力強度の低下を引き起こしたり、ガンダイオードの発振周波数の安定性について信頼性を低下させたりするようになる傾向がある。
【００６２】
次に、図３に断面図で示すように、積層した第２のｎ＋型ＧａＡｓ層２ｃ、ｎ型ＧａＡｓ層２ｂおよび第１のｎ＋型ＧａＡｓ層２ａを、硫酸と過酸化水素水との混合溶液からなるエッチング液（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：５：５）により選択的にエッチングすることによって除去し、アノード部としてのφ30μｍのアノードメサ２ｄを６個、さらにカソード部として、アノードメサ２ｄの両端に、長さが300μｍであり、幅が150μｍであるカソードメサ２ｅを２個形成した。このとき、ＡｌＡｓ層６がエッチングストッパとなり、アノードメサ２ｄおよびカソードメサ２ｅ以外の領域の第２のｎ＋型ＧａＡｓ層２ｃ、ｎ型ＧａＡｓ層２ｂおよび第１のｎ＋型ＧａＡｓ層２ａは、ＡｌＡｓ層６が完全に露出するまで除去された。
【００６３】
なお、円柱状のアノードメサ２ｄの直径は、100μｍ程度まで大きくすることが可能である。しかし、100μｍを超えて大きくなると、ガンダイオード素子４の発熱量が大きくなり、特に円柱状のアノードメサ２ｄの中心部で発生する熱は、導電性基体１への熱放射が十分でなくなるため、ガンダイオード活性層の温度が上昇してしまい、ミリ波発振出力強度の低下やガンダイオードの発振周波数の安定性について信頼性を著しく低下させてしまうこととなる。このため、より大きなミリ波発振出力が望まれる場合には、円柱状のアノードメサ２ｄの直径を100μｍを超えるような大きさにまで大きくすることなく、複数個の小径の円柱状のアノードメサ２ｄを設けて、それらの出力を合計することによってより大きなミリ波発振出力を得るようにすればよい。
【００６４】
次に、図４に断面図で示すように、ＧａＡｓ単結晶基板５上に形成されたガンダイオード素子４の表面と、熱伝導率がＧａＡｓよりも高く、表面粗さが算術平均粗さＲａで0.0005μｍ以下の導電性基体１としての４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の表面とを接合した。
【００６５】
予め４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１の表面とガンダイオード素子４が形成されたＧａＡｓ単結晶基板５の表面とは、液温が15℃で濃度が10％の沸酸溶液に約１分程度浸漬し、水素化処理をした。なお、濃度10％以上の沸酸溶液に長時間浸漬すると、全てのＡｌＡｓ層６がエッチングされ薄膜半導体部２ｄ，２ｅが剥離してしまう不具合が生じる。
【００６６】
次に、ＧａＡｓ単結晶基板５上に形成されたガンダイオード素子４の表面と４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１の表面とを重ね合わせて、それら界面に押圧が加わるようにして仮接合した。そして、この仮接合したものを、アニール炉を用いて水素雰囲気中にて、100Ｎ／ｃｍ２〜200Ｎ／ｃｍ２の圧力を加えながら400℃〜450℃で１時間熱処理した。これにより、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１とガンダイオード素子４のＧａＡｓ単結晶半導体膜との接合界面では、原子の再配列が起こり強固な結合が形成され、圧力を開放しても接合界面は離れなかった。
【００６７】
次に、図５に断面図で示すように、濃度50％以上のフッ酸溶液に浸し、ＡｌＡｓ層６のみをエッチングし、ガンダイオード素子４からＧａＡｓ単結晶基板１を除去した。このとき、ガンダイオード素子４のカソードメサ２ｅおよびアノードメサ２ｄのみでガンダイオード素子４と４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１とが接合されている状態とした。ガンダイオード素子４のカソードメサ２ｅおよびアノードメサ２ａは、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１の表面に離散的に存在するので、両者の熱膨張係数および格子定数差に起因するクラックは発生せず、また、２インチサイズの４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板１の反りは50μｍ以下に抑制できた。
【００６８】
最後に、図１に断面図で示すように、ガンダイオード素子４の第２のｎ＋ＧａＡｓ層２ｃの表面にオーミック電極である電極層３とバンプ電極（図示せず）を形成してガンダイオードを完成させた。電極層３は、ＡｕＧｅ層とＮｉ層とＡｕ層との三層構造として、ＡｕＧｅ層の厚みは150ｎｍ、Ｎｉ層の厚みは30ｎｍ、Ａｕ層の厚みは150ｎｍとした。また、バンプ電極は厚さ５μｍのＡｕバンプとした。また、電極層３およびバンプ電極の作製には、真空蒸着法で薄膜を作製し、リフトオフ法を用いて、その薄膜をパターン形成する方法を用いた。
【００６９】
そして、図７に示すように、この完成させたガンダイオードであるガンダイオード101を窒化アルミニウムから成る誘電体基板102上に形成された厚みが３μｍのＡｕ層からなる共振器103上へ、熱および超音波接合によって実装した。このとき、温度は150℃〜200℃、超音波出力は50Ｗ〜150Ｗとした。これらの範囲外の実装条件では、共振器103とガンダイオード101との密着が不十分でミリ波発振しない場合があった。
【００７０】
以上のようにして得られた本発明の実施例のガンダイオード素子の活性層部位の温度は、駆動時に80℃〜90℃となり、ＧａＡｓ基板上に作製したＧａＡｓガンダイオード素子の活性層温度と比べて30℃〜40℃の温度降下が確認された。
【００７１】
かくして、本発明によれば、良質な薄膜単結晶から成るガンダイオード素子を、その薄膜単結晶とは元は別である表面が導電性の基体上に接合させることによって、基体に対して望まれている熱伝導特性，電気伝導特性および機械的特性等を考慮に入れた基体の材質の選択の自由度が高くて、例えば、基体に熱伝導率の高いものを選択して、動作中に発生した熱を外部へ放熱することができ、ガンダイオード活性層の温度上昇を抑制してミリ波出力の強度を安定させることができ、しかも、ミリ波変換効率が高く高出力であるため注入電力を低く抑えることができ、その結果、ガンダイオード素子の結晶に欠陥発生を抑制できる、長期間動作の信頼性も高いガンダイオードおよびその製造方法を提供することができるものとなる。
【００７２】
なお、本発明は以上の実施の形態の例または実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、選択除去層にＡｌＧａＡｓ層を用いてもよい。この場合には、ＧａＡｓ基板の表面に水素化処理を行なう際に、弗酸溶液による選択除去層のエッチング速度が遅くなり、ＧａＡｓ単結晶基板５の表面が水素化し易く、基板接合を強固にすることができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のガンダイオードの実施の形態の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の模式的な断面図であり、ガンダイオードの作製工程の工程１終了後の様子を示す断面図である。
【図３】本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の模式的な断面図であり、ガンダイオードの作製工程の工程２終了後の様子を示す断面図である。
【図４】本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の模式的な断面図であり、ガンダイオードの作製工程の工程３終了後の様子を示す断面図である。
【図５】本発明のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の模式的な断面図であり、ガンダイオードの作製工程の工程４終了後の様子を示す断面図である。
【図６】従来のガンダイオードの例を示す模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ’線断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれガンダイオードを誘電体基板上にフリップチップ実装して構成したミリ波発振器の例を示す一部を透視した上面図およびそのＣ−Ｃ’線断面図である。
【図８】ガンダイオード活性層の内部における、温度に対する電子の移動度の変化を示す線図である。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・導電性基体
２・・・薄膜半導体
２ａ・・第１のｎ＋型層
２ｂ・・ｎ型層
２ｃ・・第２のｎ＋型層
２ｄ・・アノード部（薄膜半導体部）
２ｅ・・カソード部（薄膜半導体部）
３・・・電極層
３ａ・・アノード電極層
３ｂ・・カソード電極層
４・・・ガンダイオード素子
４ａ・・アノードのガンダイオード素子
４ｂ・・カソードのガンダイオード素子
５・・・単結晶基板
６・・・選択除去層
【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】
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【図７】
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【図８】
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