(57)【要約】【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、トランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとを有する基板１と、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたバイポーラトランジスタ１００ｔと、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたガンダイオード１００ｇとを備える。【選択図】  図１
2005142476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振素子領域とトランジスタ領域とを有する基板と、
上記発振素子領域上に形成された発振素子と、
上記トランジスタ領域に形成されたトランジスタと、
を備える、半導体装置。
【請求項２】
上記基板上に形成され、上記発振素子と上記トランジスタとに接続された高周波利用回路部をさらに備える、半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記発振素子は、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たｎ型半導体層と、１対の電極とから構成されるガンダイオードである、半導体装置。
【請求項４】
請求項３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。
【請求項５】
請求項３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。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記トランジスタは、ヘテロ構造電界効果トランジスタである、半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである、半導体装置。
【請求項８】
トランジスタ領域と発振素子領域とを有する基板上に、第１半導体層と、第２半導体層とを順次エピタキシャル成長により形成する工程（ａ）と、
上記トランジスタ領域に位置する上記第２半導体層を除去した後、上記発振素子領域上に位置する上記第１半導体層と上記第２半導体層とを用いて発振素子を形成する工程（ｂ）と、
上記トランジスタ領域に位置する上記第１半導体層を用いてトランジスタを形成する工程（ｃ）と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第２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ｎ型半導体から形成されており、
上記発振素子は、ガンダイオードである、半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
トランジスタ領域と発振素子領域とを有する基板上に、第１半導体層と、第２半導体層とを順次エピタキシャル成長により形成する工程（ａ）と、
上記発振素子領域に位置する上記第２半導体層を除去した後、上記トランジスタ領域上に位置する上記第１半導体層と上記第２半導体層とを用いてトランジスタを形成する工程（ｂ）と、
上記発振素子領域に位置する上記第１半導体層を用いて発振素子を形成する工程（ｃ）と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第１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ｎ型半導体から形成されており、
上記発振素子は、ガンダイオードである、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、低損失な伝送線路と、高周波信号を発生する発振回路あるいは発振素子と、増幅作用のある能動素子（トランジスタ）と、信号と搬送波とを混合する非線形素子（ミキサ）が重要な回路の構成要素となる。
【０００３】
従来、マイクロ波帯からミリ波帯にかけての周波数帯を必要とする用途に用いられるトランジスタとしては、化合物半導体を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ヘテロ接合電界効果型トランジスタ（ＨＦＥＴ）（あるいは高移動度電界効果型トランジスタ：ＨＥＭＴ）が用いられている。これらトランジスタの高周波動作限界を示すひとつの指標が、電流増幅率が１になる電流利得遮断周波数ｆｔであり、現在高周波用途に開発されている素子のｆｔの値は約２００ＧＨｚ〜４００ＧＨｚと報告されている。さらにもう１つの高周波特性を示す指標である最大発振周波数ｆｍａｘ（電力利得が１になる周波数）も、やはり約２００ＧＨｚ〜４００ＧＨｚと報告されており、これらトランジスタが４００ＧＨｚ程度までは動作可能であることが示されている。また、周波数混合を実現するミキサとしては同じく化合物半導体を用いたショットキーダイオードや、上記のようなトランジスタの非線形動作を用いる場合が多い。
【０００４】
また従来、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ことがあり、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。
【０００５】
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。
【０００６】
以上のような高周波帯域を扱う通信用回路を構成する回路素子は、多くのものが化合物半導体を用いている。現在では、これらの回路素子、例えば、ガン効果を用いたガンダイオードとＨＢＴとをＧａＡｓ基板上に集積化した半導体装置（特許文献１を参照）、またＨＢＴとＨＦＥＴ（ＨＥＭＴ）とをＧａＡｓ基板上に集積化した半導体装置（特許文献２を参照）なども開発されている。
【０００７】
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１８および図１９を参照しながら説明する。図１８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１９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１９の横軸は電界強度を、縦軸は電子の走行速度を表す。
【０００８】
プレーナ型ガンダイオードは、図１８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１９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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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）。
【００１２】
Ｎ0Ｌ＞１０12  (ｃｍ-2)    …  （３）
式（３）に示される条件は、図２０中の斜線部の領域で示される。図２０は、ガン効果が生じる条件を表す図である。
【００１３】
通常Ｖｄは１０16〜１０18（ｃｍ／ｓ）であり、上記Ｖｄの値を用いて、図２０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。
【００１４】
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。
【００１５】
５×１０13＞Ｎ0Ｌ＞１０12  (ｃｍ-2)    …  （４）
式（４）に示される条件は、図２０中の領域Ｒで示される。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、図２０から、電極１０３の間の距離Ｌが０．１μｍ以上となる場合にガン効果が生じることがわかる。
【００１６】
図２１は、最も基本的なダイポールモードのｆ０を示している。図２１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２１では、通常Ｖｄが１×１０16〜１×１０18（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。
【００１７】
図２１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。
【００１８】
従来、下記特許文献３および特許文献４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５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。
【００１９】
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５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２２を参照しながら説明する。
【００２０】
図２２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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【特許文献１】特開２００１−２１０７２２号公報
【特許文献２】特開平２−６９９４３号公報
【特許文献３】特開平６−３１４８０２号公報（第１図）
【特許文献４】特開平７−１１１３４８号公報（第３図）
【特許文献５】特開２００２−１３４８１０号公報（第１図、第３図、第９図）
【非特許文献１】W. Alan Davis, Microwave Semiconductor Circuit Design, Chapter 15, Van Nostrand Reinhold Company Inc., New York 1984。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
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の小型化のためには、半導体装置を構成するトランジスタ、発振素子、ミキサ、伝送線路などの複数の要素を同一基板上に集積化することが考えられる。
【００２４】
通常、化合物半導体を用いた半導体装置には、半導体装置を構成する要素それぞれをエピタキシャル膜を積層した構造とすることが望まれている。さらに、化合物半導体を用いた半導体装置では、実用化に向けて、発振素子とトランジスタとをできる限り低損失で結合するような回路を構成することが望まれている。特に、発振素子としてテラヘルツ領域でも動作可能で、しかも比較的大きな出力が得られるガンダイオードを発振素子として用い、さらにその発振素子に近接してトランジスタ、あるいはミキサとしてのＨＢＴやＨＦＥＴ（ＨＥＭＴ）を配置することが望まれている。
【００２５】
一方、上述のように、平面実装されるガンダイオードは、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の半導体装置は、発振素子領域とトランジスタ領域とを有する基板と、上記発振素子領域上に形成された発振素子と、上記トランジスタ領域に形成されたトランジスタとを備える。
【００３０】
本発明によれば、フリップチップ実装などによることなく、同一基板上にトランジスタと発振素子とが実装される。従って、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装よりも、更なる集積化を実現することができる。また、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装よりも更なる集積化を実現できるため、伝送線路長を短縮することも可能である。
【００３１】
上記基板上に形成され、上記発振素子と上記トランジスタとに接続された高周波利用回路部をさらに備える構成としてもよい。
【００３２】
上記発振素子は、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たｎ型半導体層と、１対の電極とから構成されるガンダイオードである構成とすることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
上記ｎ型半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓから形成されていることが好ましい。
【００３６】
上記トランジスタは、ヘテロ構造電界効果トランジスタである構成としてもよい。
【００３７】
上記トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである構成としてもよい。
【００３８】
本発明の半導体装置の製造方法は、トランジスタ領域と発振素子領域とを有する基板上に、第１半導体層と、第２半導体層とを順次エピタキシャル成長により形成する工程（ａ）と、上記トランジスタ領域に位置する上記第２半導体層を除去した後、上記発振素子領域上に位置する上記第１半導体層と上記第２半導体層とを用いて発振素子を形成する工程（ｂ）と、上記トランジスタ領域に位置する上記第１半導体層を用いてトランジスタを形成する工程（ｃ）とを含む。
【００３９】
本発明によれば、フリップチップ実装などによることなく、同一基板上にトランジスタと発振素子とが実装される。従って、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装よりも、更なる集積化を実現することができる。また、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装よりも更なる集積化を実現できるため、伝送線路長を短縮することも可能である。さらに本発明では、トランジスタと発振素子とを同一基板上に同時に形成するため、高い精度でトランジスタと発振素子とを実装することは容易である。従って、本発明によれば、テラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制された半導体装置が得られる。
【００４０】
上記第２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ｎ型半導体から形成されており、上記発振素子は、ガンダイオードである構成としてもよい。
【００４１】
本発明の別の半導体装置の製造方法は、トランジスタ領域と発振素子領域とを有する基板上に、第１半導体層と、第２半導体層とを順次エピタキシャル成長により形成する工程（ａ）と、上記発振素子領域に位置する上記第２半導体層を除去した後、上記トランジスタ領域上に位置する上記第１半導体層と上記第２半導体層とを用いてトランジスタを形成する工程（ｂ）と、上記発振素子領域に位置する上記第１半導体層を用いて発振素子を形成する工程（ｃ）とを含む。
【００４２】
本発明によれば、フリップチップ実装などによることなく、同一基板上にトランジスタと発振素子とが実装される。従って、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装よりも、更なる集積化を実現することができる。また、ピル型パッケージおよびフリップチップ実装よりも更なる集積化を実現できるため、伝送線路長を短縮することも可能である。さらに本発明では、トランジスタと発振素子とを同一基板上に同時に形成するため、高い精度でトランジスタと発振素子とを実装することは容易である。従って、本発明によれば、テラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制された半導体装置が得られる。
【００４３】
上記第１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ｎ型半導体から形成されており、上記発振素子は、ガンダイオードである構成としてもよい。。
【発明の効果】
【００４４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
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。簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。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１ＧＨｚ以上）の高い周波数帯を意味するものとする。
【００４６】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、トランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとを有する基板１と、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたバイポーラトランジスタ１００ｔと、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたガンダイオード１００ｇとを備える。
【００４８】
バイポーラトランジスタ１００ｔは、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたｎ型半導体層２Ａと、ｎ型半導体層２Ａ上に形成されたｎ型半導体層７と、ｎ型半導体層７上に形成されたｐ型半導体層８と、ｐ型半導体層８上に形成されたｎ型半導体層９Ａと、ｎ型半導体層２Ａ上に形成された電極１１と、ｐ型半導体層８上に形成された電極１２と、ｎ型半導体層９Ａ上に形成された電極１３と、から構成されている。特に、本実施形態では、ｎ型半導体層２Ａは、ｎ−半導体層３と、ｎ−半導体層３を挟むように上下に形成され、ｎ−半導体層３よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層２およびｎ＋半導体層４とからなる積層構造となっている。また、ｎ型半導体層９Ａは、ｎ−半導体層９と、ｎ−半導体層９上に形成され、ｎ−半導体層９よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層１０とからなる積層構造となっている。なお、本実施形態では、電極１１がコレクタ電極、電極１２がベース電極、電極１３がエミッタ電極と機能する構成となっており、電極１１、１２および１３は、ｎ＋半導体層４、ｐ型半導体層８およびｎ＋半導体層１０にそれぞれオーミック接触している。
【００４９】
ガンダイオード１００ｇは、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成され、ｎ−半導体層３と、ｎ−半導体層３を挟むように上下に形成され、ｎ−半導体層３よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層２およびｎ＋半導体層４とからなる積層構造となっているｎ型半導体層２Ａと、ｎ＋半導体層２上に形成された電極５と、ｎ＋半導体層４上に形成された電極６とから構成されている。なお、電極５および６は、ｎ＋半導体層２および４にそれぞれオーミック接触している。
【００５０】
バイポーラトランジスタ１００ｔとガンダイオード１００ｇとの両方が備えるｎ型半導体層２Ａ（ｎ＋半導体層２、ｎ−半導体層３およびｎ＋半導体層４）のそれぞれは、後述する製造プロセスにおいて全く同じ工程で積層されたものであるため、共通する符号で表している。
【００５１】
また、図示していないが、本実施形態の半導体装置１００には、バイポーラトランジスタおよびガンダイオード以外に、高周波利用回路としてアンテナ、ショットキーダイオード、キャパシタおよび伝送線路などが形成されており、所望の機能が得られるよう適宜組み合わせられている。例えば、ショットキーダイオードは、上記いずれかの半導体層を利用して形成されている。
【００５２】
ここで、図２を参照しながらガンダイオード１００ｇの動作を説明する。図２は、ガンダイオード１００ｇの動作を模式的に示す断面図である。
【００５３】
ガンダイオード１００ｇでは、電極６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３の上面が電極６とほぼ等電位に、ｎ−半導体層３の下面が電極５とほぼ等電位になり、ｎ−半導体層３内にｎ−半導体層３の上面から下面に向かう電界が生じる。従って、図２に示すように、ｎ−半導体層３にｎ＋半導体層２からｎ＋半導体層４に向かって移動するドメイン１３が形成される。なお、ガンダイオード１００ｇの発振周波数は、ｎ−半導体層３の厚さＬで決まり、ここでは０．５μｍ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。
【００５４】
次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法を図を参照しながら説明する。図３および図４は、本実施形態の半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。
【００５５】
まず、図３（ａ）に示す工程で、基板１上に、ｎ＋半導体層２、ｎ−半導体層３、ｎ＋半導体層４、ｎ−半導体層７、ｐ型半導体層８、ｎ−半導体層９およびｎ＋半導体層１０を順次エピタキシャル成長により形成する。
【００５６】
次に、図３（ｂ）に示す工程で、ｎ＋半導体層１０上にレジスト（図示せず）を形成し、このレジストをマスクとしたドライエッチングによって、基板をトランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとに分離し、基板１の表面を露出する凹部１４を形成する。
【００５７】
次に、図３（ｃ）に示す工程で、ｎ＋半導体層１０上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、ｎ−半導体層７、ｐ型半導体層８、ｎ−半導体層９およびｎ＋半導体層１０をパターニングする。さらに、上記レジストを除去した後に、ｎ＋半導体層１０上に別のレジスト（図示せず）をさらに形成し、パターニングする。続いて、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、ｎ−半導体層９およびｎ＋半導体層１０をパターニングする。このとき、発振素子領域Ｒｇのｎ−半導体層７、ｐ型半導体層８、ｎ−半導体層９およびｎ＋半導体層１０は除去される。
【００５８】
次に、図４（ａ）に示す工程で、基板上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、発振素子領域Ｒｇのｎ＋半導体層４およびｎ−半導体層３をパターニングすることによって、ｎ＋半導体層２の表面を露出する凹部１５を形成する。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、電極５を凹部１５内に露出されたｎ＋半導体層２の表面上にリフトオフ法で形成する。同様に、電極６もｎ＋半導体層４の表面上にリフトオフ法で形成する。電極１１、１２および１３もまた、それぞれｎ＋半導体層４、ｐ型半導体層８、ｎ＋半導体層１０の表面上にリフトオフ法で形成する。
【００６０】
以上の工程を経て、本実施形態の半導体装置１００を製造することができる。
【００６１】
本実施形態の半導体装置１００では、バイポーラトランジスタ１００ｔと、ガンダイオード１００ｇとが、同一基板上に形成された構造となっている。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、同一基板上にバイポーラトランジスタ１００ｔとガンダイオード１００ｇとが実装される。従って、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よりも、更なる集積化を実現することができる。また、本実施形態の半導体装置１００では、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よりも更なる集積化を実現できるため、伝送線路長を短縮することも可能である。
【００６２】
さらに、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）と同程度となるが、本実施形態では、バイポーラトランジスタとガンダイオードとを同一基板上に同時に形成するため、上記の精度でガンダイオードを実装することは容易である。従って、本実施形態の半導体装置１００のテラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制される。
【００６３】
またさらに、本実施形態では、ｎ−半導体層３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３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る。従って、ガンダイオード１００ｇ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動作する半導体装置を提供することができる。
【００６４】
また、本実施形態の半導体装置１００では、ガンダイオード１００ｇ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３の厚さＬの異なるガンダイオードを、ガンダイオード１００ｇとは基板１上の別の場所に形成することも可能である。このように構成された本実施形態の半導体装置１００を、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用いることによって、通信機器を小型化できる。
【００６５】
本実施形態では、バイポーラトランジスタ１００ｔとしてヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を用いても良い。特に、ＨＢＴを用いる場合、高周波特性を向上させるためにコレクタとコレクタ電極との間にｎ型半導体層と、高濃度のｎ型不純物を含むｎ＋半導体層の２層を追加してもよく、エミッタ層として複数のｎ型半導体層を積層してもよい。
【００６６】
（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、図を参照しながら説明する。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。
【００６７】
図５は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００６８】
図５に示すように、本実施形態の半導体装置２００は、トランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとを有する基板１と、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたバイポーラトランジスタ２００ｔと、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたガンダイオード２００ｇとを備える。
【００６９】
バイポーラトランジスタ２００ｔは、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたｎ型半導体層２２と、ｎ型半導体層２２上に形成されたｎ型半導体層２３と、ｎ型半導体層２３上に形成されたｐ型半導体層２４と、ｐ型半導体層２４上に形成されたｎ型半導体層２７Ａと、ｎ型半導体層２２上に形成された電極３１と、ｐ型半導体層２４上に形成された電極３２と、ｎ型半導体層２７Ａ上に形成された電極３３と、から構成されている。特に、本実施形態では、ｎ型半導体層２７Ａは、ｎ−半導体層２７と、ｎ−半導体層２７上に形成され、ｎ−半導体層２７よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層２８とからなる積層構造となっている。なお、本実施形態では、電極３１がコレクタ電極、電極３２がベース電極、電極３３がエミッタ電極と機能する構成となっており、電極３１、３２および３３は、ｎ型半導体層２２、ｐ型半導体層２４およびｎ＋半導体層２８にそれぞれオーミック接触している。
【００７０】
ガンダイオード２００ｇは、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたｎ型半導体層２２と、ｎ型半導体層２２上に形成されたｎ型半導体層２３と、ｎ型半導体層２３上に形成されたｐ型半導体層２４と、ｐ型半導体層２４上に形成されたｎ型半導体層２７Ａと、ｎ型半導体層２７Ａ上に形成されたｎ型半導体層２９Ａと、ｎ型半導体層２７Ａ（ｎ＋半導体層２８）上に形成された電極２５と、ｎ型半導体層２９Ａ上に形成された電極２６とから構成されている。特に、本実施形態では、ｎ型半導体層２９Ａは、ｎ−半導体層２９と、ｎ−半導体層２９上に形成され、ｎ−半導体層２９よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層３０とからなる積層構造となっている。なお、電極２５および２６は、ｎ＋半導体層２８および３０にそれぞれオーミック接触している。
【００７１】
バイポーラトランジスタ２００ｔとガンダイオード２００ｇとの両方が備えるｎ型半導体層２２と、ｎ型半導体層２３と、ｐ型半導体層２４と、ｎ型半導体層２７Ａ（ｎ−半導体層２７およびｎ＋半導体層２８）のそれぞれは、後述する製造プロセスにおいて全く同じ工程で積層されたものであるため、共通する符号で表している。
【００７２】
また、図示していないが、本実施形態の半導体装置２００には、バイポーラトランジスタおよびガンダイオード以外に、高周波利用回路としてアンテナ、ショットキーダイオード、キャパシタおよび伝送線路（例えばフィルタ）などが形成されており、所望の機能が得られるよう適宜組み合わせられている。例えば、ショットキーダイオードは、上記いずれかの半導体層を利用して形成されている。
【００７３】
ガンダイオード２００ｇの動作は、上記実施形態１で説明したガンダイオード１００ｇの動作と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００７４】
次に、本実施形態の半導体装置２００の製造方法を図を参照しながら説明する。図６および図７は、本実施形態の半導体装置２００の製造方法を示す断面図である。
【００７５】
まず、図６（ａ）に示す工程で、基板１上に、ｎ型半導体層２２、ｎ型半導体層２３、ｐ型半導体層２４、ｎ−半導体層２７、ｎ＋半導体層２８、ｎ−半導体層２９およびｎ＋半導体層３０を順次エピタキシャル成長により形成する。
【００７６】
次に、図６（ｂ）に示す工程で、ｎ＋半導体層３０上にレジスト（図示せず）を形成し、このレジストをマスクとしたドライエッチングによって、基板をトランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとに分離し、基板１の表面を露出する凹部１４を形成する。
【００７７】
次に、図６（ｃ）に示す工程で、ｎ＋半導体層３０上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、ｎ−半導体層２９およびｎ＋半導体層３０をパターニングする。このことによって、発振素子領域Ｒｇに、ｎ＋半導体層２８の表面を露出する凹部３５を形成する。このとき、トランジスタ領域Ｒｔのｎ−半導体層２７、ｎ＋半導体層２８、ｎ−半導体層２９およびｎ＋半導体層３０は除去される。
【００７８】
次に、図７（ａ）に示す工程で、基板上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、トランジスタ領域Ｒｔのｎ型半導体層２３、ｐ型半導体層２４、ｎ−半導体層２７およびｎ＋半導体層２８をパターニングする。さらに、上記レジストを除去した後に、基板上に別のレジスト（図示せず）をさらに形成し、パターニングする。続いて、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、ｎ−半導体層２７およびｎ＋半導体層２８をパターニングする。
【００７９】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、電極２５を凹部１５内に露出されたｎ＋半導体層２８の表面上にリフトオフ法で形成する。同様に、電極２６もｎ＋半導体層３０の表面上にリフトオフ法で形成する。電極３１、３２および３３もまた、それぞれｎ型半導体層２２、ｐ型半導体層２４およびｎ＋半導体層２８の表面上にリフトオフ法で形成する。
【００８０】
以上の工程を経て、本実施形態の半導体装置２００を製造することができる。
【００８１】
本実施形態の半導体装置２００は、上記実施形態１の半導体装置１００と同様に、バイポーラトランジスタ２００ｔと、ガンダイオード２００ｇとが、同一基板上に形成された構造となっており、上記実施形態１の半導体装置１００とは基板１上に形成されている半導体層の構造が異なるだけである。従って、本実施形態によれば、上記実施形態１と全く同様の効果が得られる。
【００８２】
本実施形態では、バイポーラトランジスタ２００ｔとしてヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を用いても良い。特に、ＨＢＴを用いる場合、高周波特性を向上させるためにコレクタとコレクタ電極との間にｎ型半導体層と、高濃度のｎ型不純物を含むｎ＋半導体層の２層を追加してもよく、エミッタ層として複数のｎ型半導体層を積層してもよい。
【００８３】
（実施形態３）
本実施形態では、上記実施形態１および２とは異なる構造を有する半導体装置を、図を参照しながら説明する。なお、簡単のために、上記実施形態１および２と共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００８４】
図８は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００８５】
図８に示すように、本実施形態の半導体装置３００は、トランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとを有する基板１と、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成された高電子移動度トランジスタ（以下、ＨＥＭＴと称する）３００ｔと、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたガンダイオード３００ｇとを備える。
【００８６】
ＨＥＭＴ３００ｔは、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたノンドープ半導体層４１と、ノンドープ半導体層４１上に形成されたｎ型半導体層４２と、ｎ型半導体層４２上に形成され、ｎ型半導体層４２よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層４３と、ｎ型半導体層４２上に形成された電極４８と、ｎ＋半導体層４３上に形成された電極４９と、から構成されている。なお、電極４８は、ｎ型半導体層４２にショットキー接触しており、ゲート電極として機能する。電極４９は、ｎ＋半導体層４３にオーミック接触しており、ソース・ドレイン電極と機能する。
【００８７】
ガンダイオード３００ｇは、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたノンドープ半導体層４１と、ノンドープ半導体層４１上に形成されたｎ型半導体層４２と、ｎ型半導体層４２上に形成されたｎ＋半導体層４３と、ｎ＋半導体層４３上に形成され、ｎ＋半導体層４３よりもｎ型不純物濃度が低いｎ−半導体層４４と、ｎ−半導体層４４上に形成され、ｎ−半導体層４４よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層４５と、ｎ＋半導体層４３上に形成された電極４６と、ｎ＋半導体層４５上に形成された電極４７とから構成されている。なお、電極４６および４７は、ｎ＋半導体層４３および４５にそれぞれオーミック接触している。
【００８８】
ＨＥＭＴ３００ｔとガンダイオード３００ｇとの両方が備えるノンドープ半導体層４１、ｎ型半導体層４２およびｎ＋半導体層４３のそれぞれは、後述する製造プロセスにおいて全く同じ工程で積層されたものであるため、共通する符号で表している。
【００８９】
また、図示していないが、本実施形態の半導体装置３００には、バイポーラトランジスタおよびガンダイオード以外に、高周波利用回路としてアンテナ、ショットキーダイオード、キャパシタおよび伝送線路（例えばフィルタ）などが形成されており、所望の機能が得られるよう適宜組み合わせられている。例えば、ショットキーダイオードは、上記いずれかの半導体層を利用して形成されている。
【００９０】
ガンダイオード３００ｇの動作は、上記実施形態１で説明したガンダイオード１００ｇの動作と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００９１】
ＨＥＭＴ３００ｔでは、チャネル層となるノンドープ半導体層４１と電子供給層となるｎ型半導体層４２との積層によって、ノンドープ半導体層４１内に図８中の破線で示すような２次元電子ガスが生じる。このため、ゲートである電極４８に加える電圧を変化させると２次元電子ガスの濃度が増減する。その結果、ソース−ドレイン間に流れるドレイン電流が変化するため、トランジスタ特性が得られる。２次元電子ガスが蓄積される２次元電子チャネルは、ノンドープ半導体層４１に形成されるため、電子が走行するときに不純物による散乱を受けない。このため、ＧａＡｓＦＥＴなどよりも高速、高周波動作が可能であり、低雑音であるという特性が得られる。
【００９２】
次に、本実施形態の半導体装置３００の製造方法を図を参照しながら説明する。図９および図１０は、本実施形態の半導体装置３００の製造方法を示す断面図である。
【００９３】
まず、図９（ａ）に示す工程で、基板１上に、ノンドープ半導体層４１、ｎ型半導体層４２、ｎ＋半導体層４３、ｎ−半導体層４４およびｎ＋半導体層４５を順次エピタキシャル成長により形成する。
【００９４】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、ｎ＋半導体層４５上にレジスト（図示せず）を形成し、このレジストをマスクとしたドライエッチングによって、基板をトランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとに分離し、基板１の表面を露出する凹部５４を形成する。
【００９５】
次に、図９（ｃ）に示す工程で、ｎ＋半導体層４５上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、ｎ−半導体層４４およびｎ＋半導体層４５をパターニングする。このことによって、発振素子領域Ｒｇに、ｎ＋半導体層４３の表面を露出する凹部５５を形成する。このとき、トランジスタ領域Ｒｔのｎ−半導体層４４およびｎ＋半導体層４５は除去される。
【００９６】
次に、図１０（ａ）に示す工程で、基板上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、トランジスタ領域Ｒｔのｎ＋半導体層４３に、ｎ型半導体層４２の表面を露出する開口部５６を形成する。
【００９７】
次に、図１０（ｂ）に示す工程で、電極４６を凹部５５内に露出されたｎ＋半導体層４３の表面上にリフトオフ法で形成する。同様に、電極４７もｎ＋半導体層４５の表面上にリフトオフ法で形成する。電極４８および４９もまた、それぞれｎ型半導体層４２およびｎ＋半導体層４３の表面上にリフトオフ法で形成する。
【００９８】
以上の工程を経て、本実施形態の半導体装置３００を製造することができる。
【００９９】
本実施形態の半導体装置３００は、ＨＥＭＴ３００ｔと、ガンダイオード１００ｇとが、同一基板上に形成された構造となっている。つまり、半導体装置３００では、フリップチップ実装などによることなく、同一基板上にＨＥＭＴ３００ｔとガンダイオード１００ｇとが実装される。従って、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よりも、更なる集積化を実現することができる。また、本実施形態の半導体装置３００では、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よりも更なる集積化を実現できるため、伝送線路長を短縮することも可能である。
【０１００】
さらに、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）と同程度となるが、本実施形態では、ＨＥＭＴとガンダイオードとを同一基板上に同時に形成するため、上記の精度でガンダイオードを実装することは容易である。従って、本実施形態の半導体装置３００のテラヘルツ帯域における特性のバラツキが抑制される。
【０１０１】
またさらに、本実施形態では、ｎ−半導体層４４の厚さ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４４の厚さは、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る。従って、ガンダイオード３００ｇ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動作する半導体装置を提供することができる。
【０１０２】
また、本実施形態の半導体装置３００では、ガンダイオード３００ｇ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３００には、ｎ−半導体層４４の厚さの異なるガンダイオードを、基板１上のガンダイオード３００ｇとは別の場所に形成することも可能である。このように構成された本実施形態の半導体装置３００を、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用いることによって、通信機器を小型化できる。
【０１０３】
通常、ＨＥＭＴでは、本実施形態の半導体装置３００のように、２次元電子チャネルが形成されるチャネル層は単層のノンドープ半導体層を用いることが多い。しかし、本発明はこれに限らず、チャネル層をノンドープ半導体層４１に代えて、バンドギャップの小さい半導体層をバンドギャップの大きい半導体層で挟み、電子をバンドギャップの小さい半導体層に閉じこめる積層構造としてもよい。
【０１０４】
また、電子供給層をｎ型半導体層４２に代えて、不純物を局所的に導入したδドープ構造を有する半導体層を用いてもよい。
【０１０５】
さらに、ＨＥＭＴ３００ｔに代えて、電子供給層をチャネル層の上下に配置したダブルヘテロ構造を有するＨＥＭＴを用いてもよい。
【０１０６】
（実施形態４）
本実施形態では、上記実施形態１〜３とは異なる構造を有する半導体装置を、図を参照しながら説明する。なお、簡単のために、上記実施形態１〜３と共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【０１０７】
図１１は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【０１０８】
図１１に示すように、本実施形態の半導体装置４００は、トランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとを有する基板１と、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成された高電子移動度トランジスタ（以下、ＨＥＭＴと称する）４００ｔと、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成されたガンダイオード４００ｇとを備える。
【０１０９】
ＨＥＭＴ４００ｔは、基板１のトランジスタ領域Ｒｔ上に形成されたｎ型半導体層６２Ａと、ｎ型半導体層６２Ａ上に形成されたノンドープ半導体層６７と、ノンドープ半導体層６７上に形成されたｎ型半導体層６８と、ｎ型半導体層６８上に形成され、ｎ型半導体層６８よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層６９と、ｎ型半導体層６８上に形成された電極７１と、ｎ＋半導体層６９上に形成された電極７２と、から構成されている。特に、本実施形態では、ｎ型半導体層６２Ａは、ｎ−半導体層６３と、ｎ−半導体層６３を挟むように上下に形成され、ｎ−半導体層６３よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層６２およびｎ＋半導体層６４とからなる積層構造となっている。なお、電極７１は、ｎ型半導体層６８にショットキー接触しており、ゲート電極として機能する。電極７２は、ｎ＋半導体層６９にオーミック接触しており、ソース・ドレイン電極と機能する。
【０１１０】
ガンダイオード４００ｇは、基板１の発振素子領域Ｒｇ上に形成され、ｎ−半導体層６３と、ｎ−半導体層６３を挟むように上下に形成され、ｎ−半導体層６３よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋半導体層６２およびｎ＋半導体層６４とからなる積層構造となっているｎ型半導体層６２Ａと、ｎ＋半導体層６２上に形成された電極６５と、ｎ＋半導体層６４上に形成された電極６６とから構成されている。なお、電極６５および６６は、ｎ＋半導体層６２および６４にそれぞれオーミック接触している。
【０１１１】
バイポーラトランジスタ４００ｔとガンダイオード４００ｇとの両方が備えるｎ型半導体層６２Ａ（ｎ＋半導体層６２、ｎ−半導体層６３およびｎ＋半導体層６４）のそれぞれは、後述する製造プロセスにおいて全く同じ工程で積層されたものであるため、共通する符号で表している。
【０１１２】
また、図示していないが、本実施形態の半導体装置４００には、バイポーラトランジスタおよびガンダイオード以外に、高周波利用回路としてアンテナ、ショットキーダイオード、キャパシタおよび伝送線路（例えばフィルタ）などが形成されており、所望の機能が得られるよう適宜組み合わせられている。例えば、ショットキーダイオードは、上記いずれかの半導体層を利用して形成されている。
【０１１３】
ガンダイオード４００ｇの動作は、上記実施形態１で説明したガンダイオード１００ｇの動作と同様であり、ＨＥＭＴ４００ｔの動作は、上記実施形態３で説明したＨＥＭＴ４００ｔの動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１１４】
次に、本実施形態の半導体装置４００の製造方法を図を参照しながら説明する。図１２および図１３は、本実施形態の半導体装置４００の製造方法を示す断面図である。
【０１１５】
まず、図１２（ａ）に示す工程で、基板１上に、ｎ＋半導体層６２、ｎ−半導体層６３、ｎ＋半導体層６４、ノンドープ半導体層６７、ｎ型半導体層６８およびｎ＋半導体層６９を順次エピタキシャル成長により形成する。
【０１１６】
次に、図１２（ｂ）に示す工程で、ｎ＋半導体層６９上にレジスト（図示せず）を形成し、このレジストをマスクとしたドライエッチングによって、基板をトランジスタ領域Ｒｔと発振素子領域Ｒｇとに分離し、基板１の表面を露出する凹部５４を形成する。
【０１１７】
次に、図１２（ｃ）に示す工程で、ｎ＋半導体層６９上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングによって、トランジスタ領域Ｒｔのｎ＋半導体層６９に、ｎ型半導体層６８の表面を露出する開口部７５を形成する。
【０１１８】
次に、図１３（ａ）に示す工程で、基板上にレジスト（図示せず）を形成し、パターニングする。次いで、このレジストをマスクとしたドライエッチングにより、発振素子領域Ｒｇのｎ＋半導体層６４およびｎ−半導体層６３をパターニングすることによって、ｎ＋半導体層２の表面を露出する凹部７６を形成する。
【０１１９】
次に、図１３（ｂ）に示す工程で、電極６５を凹部７６内に露出されたｎ＋半導体層６２の表面上にリフトオフ法で形成する。同様に、電極６６もｎ＋半導体層６４の表面上にリフトオフ法で形成する。電極７１および７２もまた、それぞれｎ型半導体層６８およびｎ＋半導体層６９の表面上にリフトオフ法で形成する。
【０１２０】
以上の工程を経て、本実施形態の半導体装置４００を製造することができる。
【０１２１】
本実施形態の半導体装置４００は、上記実施形態３の半導体装置３００と同様に、ＨＥＭＴ４００ｔと、ガンダイオード４００ｇとが、同一基板上に形成された構造となっており、上記実施形態３の半導体装置３００とは基板１上に形成されている半導体層の構造が異なるだけである。従って、本実施形態によれば、上記実施形態３と全く同様の効果が得られる。
【０１２２】
また、本実施形態においても、ＨＥＭＴ４００ｔの２次元電子チャネルが形成されるチャネル層をノンドープ半導体層６７に代えて、バンドギャップの小さい半導体層をバンドギャップの大きい半導体層で挟み、電子をバンドギャップの小さい半導体層に閉じこめる積層構造としてもよい。
【０１２３】
また、電子供給層をｎ型半導体層６８に代えて、不純物を局所的に導入したδドープ構造を有する半導体層を用いてもよい。
【０１２４】
さらに、ＨＥＭＴ４００ｔに代えて、電子供給層をチャネル層の上下に配置したダブルヘテロ構造を有するＨＥＭＴを用いてもよい。
【０１２５】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜４に示されているガンダイオード１００ｇ〜４００ｇは、いずれも最も同様の構造有するが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、ガン効果を生じるｎ型半導体として、発振特性を向上するために不純物濃度に傾斜を有するｎ型半導体層、不純物濃度の異なるｎ＋半導体層を更に加えたりと、様々な構造が実用になっている。上記の各実施形態において、ガンダイオード１００ｇ〜４００ｇの代わりに、これらの構造を有するガンダイオードを代わりに用いてもよい。
【０１２６】
ガンダイオードにおいて、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２０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２０に基づいて、用途毎にガンダイオードに求められる特性に応じて、上記で挙げたガンダイオード１００ｇ〜４００ｇの各ｎ−半導体層２、４、２８、３０、４３、４５、６２および６４ｎ、ならびに各ｎ＋半導体層３、２９、４４および６３の不純物濃度を適宜選択してもよい。
【０１２７】
さらに、各実施形態の半導体装置において、ガンダイオード１００ｇ〜４００ｇの各ｎ−半導体層２、４、２８、３０、４３、４５、６２および６４ｎ、ならびに各ｎ＋半導体層３、２９、４４および６３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、各ｎ−半導体層２、４、２８、３０、４３、４５、６２および６４ｎ、ならびに各ｎ＋半導体層３、２９、４４および６３に導入されるｎ型不純物は、上記の各半導体層が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。
【０１２８】
また、各ｎ−半導体層２、４、２８、３０、４３、４５、６２および６４ｎ、ならびに各ｎ＋半導体層３、２９、４４および６３を、ＧａＩｎＡｓ系半導体にＮを含む材料で形成してもよい。これは、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からである。
【０１２９】
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で形成されたものを用いているが、これに限定されない。例えば、基板１として、ノンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板等の半導体基板、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。
【０１３０】
また、本実施形態で説明した半導体装置１００〜４００では、ガンダイオード１００ｇ〜４００ｇをそれぞれ用いているが、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。
【実施例】
【０１３１】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明を限定するものではない。
【０１３２】
（実施例１）
本実施例を、図１１および図１４を参照しながら説明する。図１４は、上記実施形態４の半導体装置４００の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【０１３３】
図１４に示す本実施例の半導体装置４００は、ガンダイオード４００ｇからの出力を、１／２波長伝送線路型のフィルタを通過させ、ショットキーダイオードからなる周波数てい倍器に入力し、周波数てい倍器で発生した発振周波数の２てい倍波を、ボウタイアンテナより空間に放射する。
【０１３４】
本実施例では、半導体装置４００の基板１としてＦｅドープの半絶縁性ＩｎＰ基板が用いられており、フィルタ、周波数てい倍器、ボウタイアンテナ、ローパスフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、すべて基板１上に形成されている。また、基板１の下面には、接地面となる金属薄膜を形成して使用している。なお、本実施例では、周波数てい倍器を構成するＨＥＭＴが、半導体装置４００のＨＥＭＴ４００ｔに対応する。
【０１３５】
特に、本実施例のガンダイオード４００ｇでは、ｎ＋半導体層６２としてＩｎＰ基板に格子整合するＳｉドープのＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）、ｎ−半導体層６３としてＳｉドープのＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０15〜１Ｘ１０19ｃｍ-3）、さらにｎ＋半導体層６４としてＳｉドープのＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）を用いている。ガン効果を生じるｎ−半導体層６３のＩｎＧａＡｓの不純物濃度および膜厚は、使用発振周波数に応じて変更した。
【０１３６】
周波数てい倍器を構成するショットキーダイオードは、上記実施形態４の図１３（ｂ）にｓ示す工程と同様のプロセスにより形成した。ＨＥＭＴ４００ｔのｎ＋半導体層６４は、ガンダイオードと共通であり、その上部にチャネル層となるノンドープ半導体層６７として、ノンドープのＩｎＡｌＡｓとＩｎＧａＡｓとからなる積層膜を形成した。さらに電子供給層となるｎ型半導体層６８として、ｉ−ＩｎＡｌＡｓとｎ−ＩｎＡｌＡｓとｉ−ＩｎＡｌＡｓとからなる積層膜を形成した。特に、この積層膜のうち、キャリアである電子を供給するｎ−ＩｎＡｌＡｓのｎ型不純物としてＳｉを（不純物濃度１Ｘ１０18ｃｍ-3）で用いた。さらに製造上のエッチストップ層（不図示）としてＩｎＰ層を形成し、最上部層にオーミックコンタクト用にＳｉドープのｎ−ＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）を形成している。
【０１３７】
フィルタ、周波数てい倍器、ボウタイアンテナ、ローパスフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、Ａｕ薄膜を用いて形成した。また、半導体装置４００における電極６５、６６、７１および７２と、ｎ＋半導体層６２、６４および６９とのオーミック接触は、ＡｕＧｅＮｉ層を用いて電極６５、６６、７１および７２を形成し、窒素雰囲気中約３００℃の熱処理により、接合抵抗を低減した。
【０１３８】
半導体装置４００の動作としては、ガンダイオード４００ｇに印加される電圧が、ある閾値電界Ｅｔｈより大きな電界において高周波発振特性を示した。またその周波数は直流電圧値により若干変化し、発振周波数の調整が可能であった。またこの高周波発振の２倍波がダイポールアンテナより放射されることが確認された。
【０１３９】
本実施例では、１つの基板上に、高周波で発振可能なガンダイオードと、周波数てい倍器、フィルタ、アンテナなどを集積しており、発振回路の小型化に有効であった。
【０１４０】
また、半導体装置４００は、同一の回路を複数作成する際に再現性よく製造できた。特にガンダイオードは、ｎ−半導体層６３の膜厚で動作周波数を設計することができる。このため、発振周波数を数百ＧＨｚとすることで、外部に照射する高周波をテラヘルツ領域にまで高めることができた。
【０１４１】
本実施例では、半絶縁性ＩｎＰ基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長しているので、その各層の結晶性が単結晶材料と同等であり、発振回路としての特性の向上に有効であった。ガンダイオード４００ｇの発振周波数は、ＧａＡｓ基板を用いたものに比べてより高い周波数での動作が可能であった。
【０１４２】
（実施例２）
本実施例を、図８および図１５を参照しながら説明する。図１５は、上記実施形態３の半導体装置３００の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【０１４３】
図１５に示す本実施例の半導体装置３００は、高周波信号の受信を行なうものであり、ガンダイオード３００ｇからの出力を、ローカル信号としている。半導体装置３００では、ローカル信号は、１／２波長伝送線路型のフィルタを通過し、ショットキーダイオードミキサに入力される。一方、高周波信号は、空間からボウタイアンテナを通じてショットキーダイオードミキサに印加される。ここで、ローカル信号と混合されダウンコンバートされた中間周波数（ＩＦ）のＩＦ信号は、ローパスフィルタを通り、ＩＦ増幅器により増幅されＩＦ信号出力端子から取り出される。
【０１４４】
本実施例では、半導体装置３００の基板１としてＦｅドープの半絶縁性ＩｎＰ基板が用いられており、フィルタ、ショットキーダイオードミキサ、ボウタイアンテナ、ローパスフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、すべて基板１上に形成されている。また、基板１の下面には、接地面となる金属薄膜を形成して使用している。なお、本実施例では、ＩＦ増幅器およびショットキーダイオードミキサを構成する各ＨＥＭＴが、半導体装置３００のＨＥＭＴ３００ｔに対応する。
【０１４５】
ＩＦ増幅器およびショットキーダイオードミキサは、ＨＥＭＴ３００ｔを構成する共通の半導体層（ノンドープ半導体層４１、ｎ型半導体層４２およびｎ＋半導体層４３）を用いて形成されている。
【０１４６】
フィルタ、ボウタイアンテナ、ローパスフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、すべて基板１上に形成されている。また、基板１の下面には、接地面となる金属薄膜を形成して使用している。
【０１４７】
特に、本実施例のＨＥＭＴ３００ｔであるＩＦ増幅器およびショットキーダイオードミキサは、ＩｎＰ基板上のノンドープ半導体層４１として、バッファ層となるノンドープｉ−ＩｎＡｌＡｓと、その上に形成されたチャネル層となるノンドープｉ−ＩｎＧａＡｓと、さらにその上に形成されたスペーサ層としてノンドープｉ−ＩｎＡｌＡｓ層とからなる積層膜を備える。電子供給層であるｎ型半導体層４２としては、Ｓｉドープｎ−ＩｎＡｌＡｓ層（不純物濃度５Ｘ１０18ｃｍ-3）と、さらにその上にノンドープｉ−ＩｎＡｌＡｓ層を順次形成した。ｎ型半導体層４２の上には、製造上のエッチストップ層としてノンドープｉ−ＩｎＰ層を形成し、さらにその上にキャップ層であるｎ＋半導体層４３となるＳｉドープのｎ−ＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）を形成した。
【０１４８】
本実施例のガンダイオード３００ｇでは、ｎ＋半導体層４３としてＨＥＭＴ３００ｔのキャップ層と同じＳｉドープのｎ−ＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）を、ｎ−半導体層４４としてｎ−ＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０15〜１Ｘ１０19ｃｍ-3）を、ｎ＋半導体層４５としてｎ+−ＩｎＧａＡｓ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）を用いた。ガン効果を生じるｎ−半導体層４４のｎ−ＩｎＧａＡｓ層の不純物濃度および膜厚は、使用発振周波数に応じて変更した。
【０１４９】
フィルタ、ボウタイアンテナ、ローパスフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、Ａｕ薄膜を用いて形成した。また、半導体装置３００における電極４６、４７および４９と、ｎ＋半導体層４３および４７とのオーミック接触は、ＡｕＧｅＮｉ層を用いて電極４６、４７および４９を形成し、窒素雰囲気中約３００℃の熱処理により、接合抵抗を低減した。
【０１５０】
半導体装置３００の動作としては、ガンダイオード３００ｇに印加される電圧が、ある閾値電界Ｅthより大きな電界において高周波発振特性を示した。またその周波数は直流電圧値により若干変化し、発振周波数の調整が可能であった。また、この高周波発振をローカル信号として、外部からアンテナを通じて入力されるミリ波信号とのミキシングすることによって得られるＩＦ信号はＩＦ増幅器で増幅され、ＩＦ信号出力端子から取り出すことができた。
【０１５１】
本実施例では、１つの基板上に、高周波で発振可能なガンダイオードと、フィルタ、ショットキーダイオードミキサ、ボウタイアンテナなどを集積しており、受信用回路の小型化に有効であった。
【０１５２】
また、半導体装置３００は、同一の回路を複数作成する際に再現性よく製造できた。特にガンダイオード３００ｇは、ｎ−半導体層４４の膜厚で動作周波数を設計することができる。このため、この発振周波数を数百ＧＨｚとすることで、受信信号としてテラヘルツ領域にわたる超高周波をダウンコンバートすることができた。
【０１５３】
本実施例では、半絶縁性ＩｎＰ基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長しているので、その各層の結晶性が単結晶材料と同等であり、発振回路としての特性の向上に有効であった。ガンダイオード３００ｇの発振周波数は、ＧａＡｓ基板を用いたものに比べてより高い周波数での動作が可能であった。
【０１５４】
（実施例３）
本実施例を、図８および図１６を参照しながら説明する。図１６に上記実施形態３の半導体装置３００の、別の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【０１５５】
図１６に示す本実施例の半導体装置３００は、ミリ波帯の高周波信号の受信を行なうものであり、ガンダイオード３００ｇからの出力を、ローカル信号としている。半導体装置３００では、ローカル信号は、１／２波長伝送線路型のフィルタを通過し、ＦＥＴミキサに入力される。一方、ミリ波信号は空間からパッチアンテナにより受信され、低雑音増幅器により増幅される。次に、フィルタを通して不要信号を除去した後、ＦＥＴミキサにてローカル信号と周波数混合され、ダウンコンバートされたＩＦ信号がＩＦフィルタを通過してＩＦ信号出力端子から出力される。
【０１５６】
本実施例では、半導体装置３００の基板１としてＦｅドープの半絶縁性ＩｎＰ基板が用いられており、フィルタ、ＦＥＴミキサ、パッチアンテナ、ＩＦフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、すべて基板１上に形成されている。また、基板１の下面には、接地面となる金属薄膜を形成して使用している。なお、本実施例では、ＦＥＴミキサおよび低雑音増幅器を構成する各ＨＥＭＴが、半導体装置３００のＨＥＭＴ３００ｔに対応する。
【０１５７】
ＦＥＴミキサおよび低雑音増幅器は、ＨＥＭＴ３００ｔを構成する共通の半導体層（ノンドープ半導体層４１、ｎ型半導体層４２およびｎ＋半導体層４３）を用いて上記実施形態３に従って形成した。
【０１５８】
本実施例の半導体装置３００の各半導体層の構成は、上記実施例２と全く同じである。
【０１５９】
フィルタ、パッチアンテナ、ＩＦフィルタ、バイアスパッドおよびラジアルスタブは、Ａｕ薄膜を用いて形成した。また、半導体装置３００における電極４６、４７および４９と、ｎ＋半導体層４３および４７とのオーミック接触は、ＡｕＧｅＮｉ層を用いて電極４６、４７および４９を形成し、窒素雰囲気中約３００℃の熱処理により、接合抵抗を低減した。
【０１６０】
半導体装置３００の動作としては、ガンダイオード３００ｇに印加される電圧が、ある閾値電界Ｅthより大きな電界において高周波発振特性を示した。またその周波数は直流電圧値により若干変化し、発振周波数の調整が可能であった。また、この高周波発振をローカル信号として、外部からアンテナを通じて入力されるミリ波信号とのミキシングすることによって得られるＩＦ信号はＩＦ増幅器で増幅され、ＩＦ信号出力端子から取り出すことができた。
【０１６１】
本実施例では、１つの基板上に、高周波で発振可能なガンダイオードと、低雑音増幅器、ＩＦ増幅器、ＦＥＴミキサ、フィルタ、さらにはアンテナなどを集積しており、受信用回路の小型化に有効であった。
【０１６２】
また、半導体装置３００は、同一の回路を複数作成する際に再現性よく製造できた。特にガンダイオード３００ｇは、ｎ−半導体層４４の膜厚で動作周波数を設計することができる。例えば、発振周波数を５５〜８０ＧＨｚとすることで、受信信号として６０ＧＨｚ帯あるいは７７ＧＨｚ帯のミリ波領域にわたる高周波をダウンコンバートすることができた。
【０１６３】
本実施例では、半絶縁性ＩｎＰ基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長しているので、その各層の結晶性が単結晶材料と同等であり、発振回路としての特性の向上に有効であった。ガンダイオード３００ｇの発振周波数は、ＧａＡｓ基板を用いたものに比べてより高い周波数での動作が可能であった。
【０１６４】
（実施例４）
本実施例を、図５および図１７を参照しながら説明する。図１７に上記実施形態２の半導体装置２００の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【０１６５】
図１７に示す本実施例の半導体装置２００は、ミリ波帯の高周波信号の送信を行なうものであり、ＩＦ信号増幅用のドライバ増幅器と、アップコンバート用のＦＥＴミキサと、送信増幅器とが同一基板上に集積化されたものである。
【０１６６】
ドライバ増幅器の出力信号は、ＩＦ信号出力端子を介して半導体装置２００の外部に一旦取り出し、誘電体共振器などのフィルタを通して不要信号を除去した後、再びＩＦ信号入力端子から半導体装置２００に導入される。この出力信号とガンダイオード２００ｇからの出力とをローカル信号とし、アップコンバート用のＦＥＴミキサでアップコンバートした後の高周波信号を、さらにフィルタで帯域制限をかけ、送信増幅器により増幅し、パッチアンテナにより空間に放射する。
【０１６７】
本実施例では、半導体装置２００の基板１としてＦｅドープの半絶縁性ＩｎＰ基板が用いられており、フィルタ、パッチアンテナは、すべて基板１上に形成されている。また、基板１の下面には、接地面となる金属薄膜を形成して使用している。ドライバ増幅器、ＦＥＴミキサ、送信増幅器は、すべてＨＢＴ（ヘテロバイポーラトランジスタ）を用いて構成されており、いずれもバイポーラトランジスタ２００ｔに対応する。
【０１６８】
バイポーラトランジスタ２００ｔは、ｎ型半導体層２２としてｎ+−ＩｎＰ層で、ｎ型半導体層２３としてｎ−ＩｎＧａＡｓ層で、ｐ型半導体層２４としてＺｎドープのｐ+−ＩｎＧａＡｓ層で、ｎ−半導体層２７としてＳｉドープｎ−ＩｎＰ層（不純物濃度５Ｘ１０18ｃｍ-3）で、ｎ＋半導体層２８としてＳｉドープのｎ+−ＩｎＰ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）で形成されている。
【０１６９】
ガンダイオード２００ｇは、ｎ−半導体層２７としてＳｉドープｎ−ＩｎＰ層（不純物濃度５Ｘ１０18ｃｍ-3）で、ｎ＋半導体層２８としてＳｉドープのｎ+−ＩｎＰ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）で、ｎ−半導体層２９としてｎ−ＩｎＧａＡｓ層（キャリア密度１Ｘ１０15〜１Ｘ１０19ｃｍ-3）で、ｎ＋半導体層３０としてＳｉドープのｎ+−ＩｎＰ層（不純物濃度１Ｘ１０19ｃｍ-3）で形成されている。
【０１７０】
フィルタ、パッチアンテナは、Ａｕ薄膜を用いて形成した。また、半導体装置２００における電極２５、２６、３１、３２および３３と、ｎ＋半導体層２２、２４、２８および３０とのオーミック接触は、ＡｕＧｅＮｉ層を用いて電極２５、２６、３１、３２および３３を形成し、窒素雰囲気中約３００℃の熱処理により、接合抵抗を低減した。
【０１７１】
本実施例では、１つの基板上に、高周波で発振可能なガンダイオードと、ＩＦ信号増幅用のドライバ増幅器と、アップコンバート用のＦＥＴミキサと、送信増幅器などを集積しており、送信用回路の小型化に有効であった。
【０１７２】
また、半導体装置２００は、同一の回路を複数作成する際に再現性よく製造できた。特にガンダイオード２００ｇは、ｎ−半導体層２９の膜厚で動作周波数を設計することができる。例えば、発振周波数を５０ＧＨｚ〜９０ＧＨｚ程度とすることで、送信信号として６０ＧＨｚ帯あるいは７７ＧＨｚ帯のミリ波を送信することができた。
【０１７３】
本実施例では、半絶縁性ＩｎＰ基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長しているので、その各層の結晶性が単結晶材料と同等であり、発振回路としての特性の向上に有効であった。ガンダイオード２００ｇの発振周波数は、ＧａＡｓ基板を用いたものに比べてより高い周波数での動作が可能であった。
【０１７４】
ＨＢＴはＨＥＭＴに対して、アライメント精度が１ミクロン程度のフォトリソグラフィー手法を用いても高周波動作可能な増幅器を作成でき、実用上有用である。本実施例は、ベースにＩｎＧａＡｓ、エミッタにＩｎＰを用いたが、ベースにＧａＡｓＳｂ、コレクタとエミッタにＩｎＰを用いたダブルヘテロ構造を用いても有効であった。
【０１７５】
なお、実施例１〜４において高周波伝送線路がマイクロストリップ線路である高周波回路を説明したが、本発明はこれに限定されず、マイクロストリップ線路の代わりに、電気伝導性薄膜を用いたコプレーナ伝送線路またはスロットラインを用いてもよい。特に、コプレーナ伝送線路は基板１の下面に接地面を持たないので、基板１の下面の加工や接地面形成の工程がなく、製造コストを下げる上で有利である。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】図１は、半導体装置を示す断面図である。
【図２】図２は、ガンダイオードの動作を模式的に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、半導体装置を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、半導体装置を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は、半導体装置を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は、半導体装置の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【図１５】図１５は、半導体装置の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【図１６】図１６は、半導体装置の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【図１７】図１７は、半導体装置の具体的な構成例を模式的に表す平面図である。
【図１８】図１８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１９】図１９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２０】図２０は、ガン効果が生じる条件を表す図である。
【図２１】図２１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２２】図２２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】
【０１７８】
１  基板
２、４  ｎ＋半導体層
２Ａ  ｎ型半導体層２Ａ
３  ｎ−半導体層
５、６、１１、１２、１３  電極
７  ｎ型半導体層
８  ｐ型半導体層
９  ｎ−半導体層
９Ａ  ｎ型半導体層
１０  ｎ＋半導体層
１３  ドメイン
１４、１５、３５、５４、５５、７６  凹部
２２、２３、２７Ａ、２９Ａ  ｎ型半導体層
２４  ｐ型半導体層
２７、２９  ｎ−半導体層
２８、３０  ｎ＋半導体層
２５、２６、３１、３２、３３  電極
４１  ノンドープ半導体層
４２  ｎ型半導体層
４３、４５  ｎ＋半導体層
４４  ｎ−半導体層
４６、４７、４８、４９  電極
６２Ａ  ｎ型半導体層
６２、６４  ｎ＋半導体層
６３  ｎ−半導体層
６５、６６、７１、７２  電極
６７  ノンドープ半導体層
６８  ｎ型半導体層
６９  ｎ＋半導体層
１００、２００、３００、４００  半導体装置
１００ｔ、２００ｔ  バイポーラトランジスタ
３００ｔ、４００ｔ  ＨＥＭＴ
１００ｇ、２００ｇ、３００ｇ、４００ｇ  ガンダイオード
【図１】
2005142476.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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