專利名稱：耿氏二極管制造方法以及耿氏振蕩器的制作方法
本申請是1999年4月28日提交的、申請?zhí)枮?00410001622.2的、題為“耿氏二極管制造方法以及耿氏振蕩器”的專利申請案的分案申請。
本發(fā)明涉及用于微波、毫米波振蕩用的耿氏二極管，尤其涉及能改善散熱性、提高合格率及對平面回路安裝容易的耿氏二極管、其制造方法和其安裝結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明涉及將NRD波導(dǎo)(Non Radiative Dielectic Wave Guide非輻射性介質(zhì)波導(dǎo))回路和耿氏二極管組合而構(gòu)成的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器。
微波和毫米波振蕩用的耿氏二極管一般由砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)之類化合物半導(dǎo)體形成。在這些化合物半導(dǎo)體中，對于在弱電場下電子的遷移率高達(dá)數(shù)千cm2/Vásec的，一旦施加強電場，被加速的電子遷移到有效質(zhì)量大的波段，其遷移率降低，體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)微分遷移率，結(jié)果出現(xiàn)電流電壓特性的負(fù)微分電導(dǎo)，產(chǎn)生熱力學(xué)上的不穩(wěn)定。因此產(chǎn)生疇，并從陰極側(cè)向陽極側(cè)遷移。其重復(fù)進(jìn)行的結(jié)果，獲得振蕩電流(起振)。
由該疇遷移的距離決定耿氏二極管的振蕩頻率。毫米波用的耿氏二極管必須使該遷移距離極短為1-2μm。而且為了獲得充分的振蕩效率，必須將疇遷移空間(活化層)的雜質(zhì)濃度與厚度之積設(shè)定為一定值(例如1×1012/cm2)，又因為振蕩頻率由活化層厚度決定，呈單值關(guān)系，所以在毫米波這樣高頻波段，活化層的雜質(zhì)濃度相當(dāng)高。另外，動作狀態(tài)下的電流密度由活化層的雜質(zhì)濃度與飽和電子速度之積決定，在毫米波波段由于電流密度增大，導(dǎo)致活化層的溫度上升，振蕩效率下降。
為了解決如上所述的問題，傳統(tǒng)毫米波用耿氏二極管通過采取臺面型結(jié)構(gòu)，將包括活化層在內(nèi)的元件大小形成為數(shù)10μm直徑大小這樣極小的程度，同時將其組裝在彈丸形管殼內(nèi)，該彈丸形管殼具有對決定最重要性能指數(shù)的振蕩效率有很大影響的散熱效率良好的金剛石等的散熱部。
圖29示出傳統(tǒng)臺面型結(jié)構(gòu)的砷化鎵耿氏二極管元件100的剖面圖。
在由高濃度n型砷化鎵構(gòu)成的半導(dǎo)體基板101上依次層疊著利用MBE法由高濃度n型砷化鎵構(gòu)成的第1接觸層102、由低濃度n型砷化鎵構(gòu)成的活化層103和由高濃度n型砷化鎵構(gòu)成的第2接觸層104，為了減小電子遷移空間的面積，采取臺面型結(jié)構(gòu)。
然后，使半導(dǎo)體基板101的背面減薄，在該半導(dǎo)體基板101的背面形成陰極電極105，并在第2接觸層104的表面形成陽極電極106之后，進(jìn)行元件切割，完成耿氏二極管元件。
這樣形成的耿氏二極管元件100組裝在如圖30所示的彈丸形管殼110內(nèi)。該彈丸形管殼110具有散熱基座電極111和成為包圍耿氏二極管元件100的外殼的由玻璃或陶瓷構(gòu)成的圓筒112，該圓筒112硬釬焊在散熱基座電極111上。耿氏二極管元件100用未圖示的藍(lán)寶石材料等的焊頭靜電吸附、粘接在散熱基座電極111上。
再有，用金帶113通過熱壓接等將耿氏二極管100與設(shè)于圓筒112頂端的金屬層相連接。進(jìn)行金帶113的連接之后，在圓筒112上焊接蓋狀的金屬盤114，對彈丸形管殼110的組裝就結(jié)束。
圖31示出了組裝在彈丸形管殼110的耿氏二極管對微帶線120的安裝結(jié)構(gòu)之一例。彈丸形管殼110的兩電極111、114之中的一個電極插入在形成于氧化鋁等構(gòu)成的平板絕緣基板121的孔內(nèi)，并與形成于該平板基板121背面的接地電極122電連接，另一電極通過金帶123與在平板基板121上形成為微帶線的信號線路124連接。
NRD波導(dǎo)回路因為與微帶線相比傳輸損失小，而與波導(dǎo)管相比傳輸線路的制造容易，所以作為微波尤其是30GHz以上毫米波段的傳輸線路受到關(guān)注。
該NRD波導(dǎo)回路為兩片導(dǎo)電金屬的平行平板夾著傳輸電磁波的介質(zhì)帶狀線的結(jié)構(gòu)，因為該平行平板相對面之間的間隔設(shè)定為所使用頻率的自由空間波長的1/2以下，所以，在該介質(zhì)帶狀線之外的場所電磁波被屏蔽，其輻射被抑制，因此，能沿著介質(zhì)帶狀線以較低的損失傳輸電磁波。
已開發(fā)出由該NRD波導(dǎo)回路和耿氏二極管組合構(gòu)成的35GHz頻帶和60GHz頻帶的振蕩器，并獲得了能與波導(dǎo)管匹敵的振蕩輸出。
圖32(a)示出了現(xiàn)有NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的結(jié)構(gòu)。在其平行平板201和202之間的空間內(nèi)，設(shè)有裝有介質(zhì)帶狀線203和耿氏二極管310的安裝座320，由耿氏二極管310振蕩出的高頻輸出經(jīng)諧振器330被導(dǎo)出到介質(zhì)帶狀線203。圖32(b)示出了諧振器330的代表性例子，其具有對聚四氟乙烯敷銅層疊基板的銅箔經(jīng)刻蝕形成圖形的銅箔部分331。通過調(diào)整該銅箔部分331的寬度或長度，能調(diào)整振蕩頻率。
圖33所示為安裝座320的構(gòu)成圖。耿氏二極管310放置在圓筒部321之中，通過與該圓筒部321相鄰連接的偏置扼流部分340施加偏壓。該偏置扼流部分340是對聚四氟乙烯敷銅層疊板經(jīng)刻蝕形成圖形，并削除層疊板部分以留下與圓筒部321的連接部用的蓋341連接的銅箔部分。耿氏二極管3 10的陰極電極與安裝座320的散熱基座322連接。該散熱基座322與蓋341之間通過圓筒形陶瓷342被絕緣隔離，該蓋341通過帶343與耿氏二極管310的陽極電極連接。
傳統(tǒng)耿氏二極管元件100因為成上述臺面型結(jié)構(gòu)，所以一般使用光刻膠作為蝕刻掩模，用化學(xué)濕刻的方法來形成，但用該刻蝕方法，不僅深度方向而且橫向也同時進(jìn)行刻蝕，存在很難控制電子的遷移空間(活化層)這樣制造上的困難，存在耿氏二極管元件的元件特性有差異這樣的問題。
此外，裝配彈丸形管殼110時，將耿氏二極管元件100粘接到散熱基座電極111上時，上述焊頭會遮蔽視線，難于直接用視覺確認(rèn)散熱基座電極111，存在組裝效率非常差的問題。
還有，將裝有耿氏二極管元件100的彈丸形管殼110安裝到在平板基板121上形成的微帶線120上時，因為是通過金帶123連接的，故存在產(chǎn)生寄生電感而使特性有差異的安裝方面的問題。
另外的問題是，上述NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器因為使用特殊的安裝座320，所以制造困難，尤其是偏置扼流部分340必須削除基板使蓋341露出，所以其作業(yè)效率極差。
此外，因為耿氏二極管310的陽極電極與蓋341通過帶343連接，所以也存在產(chǎn)生寄生電感而使特性有差異的問題。
本發(fā)明的目的在于，提供消除了上述制造方面、組裝方面及安裝方面存在的問題的耿氏二極管、其制造方法及其安裝結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另外目的在于提供解決了上述問題的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器。
因此，本發(fā)明第1發(fā)明的耿氏二極管構(gòu)成為，一種在半導(dǎo)體基板上依次層疊有第1半導(dǎo)體層、活化層及第2半導(dǎo)體層的耿氏二極管，其具有配置在所述第2半導(dǎo)體層之上的對所述活化層施加電壓用的第1、第2電極，以及，從該第1電極周圍向著所述第2半導(dǎo)體層和所述活化層切入、將所述第1電極連接的所述第2半導(dǎo)體層和所述活化層作為起耿氏二極管功能的區(qū)域劃分出來的凹部。
本發(fā)明第2發(fā)明的耿氏二極管是在第1發(fā)明的基礎(chǔ)上，在所述凹部內(nèi)設(shè)置使所述第2電極與所述第1半導(dǎo)體層之間短路的導(dǎo)電性膜。
本發(fā)明第3發(fā)明的耿氏二極管的所述第1、第2電極由基底電極層和與該基底電極層連續(xù)且上表面形成為大致相同高度的導(dǎo)電性凸起部構(gòu)成。
本發(fā)明第4發(fā)明的耿氏二極管是在第1-3發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述第1電極的所述導(dǎo)電性凸起部形成在大致中央部分，在其兩側(cè)形成所述第2電極的所述導(dǎo)電性凸起部。
本發(fā)明第5發(fā)明的耿氏二極管是在第1-4發(fā)明的基礎(chǔ)上，將所述第1電極的面積設(shè)定為所述第2電極面積的1/10以下。
本發(fā)明第6發(fā)明的耿氏二極管是在第1-5發(fā)明的基礎(chǔ)上，形成有2個以上所述第1電極和從所述第1電極周圍切入的所述凹部。
本發(fā)明第7發(fā)明的耿氏二極管是在第1-6發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述半導(dǎo)體基板、所述第1半導(dǎo)體層、所述活化層及所述第2半導(dǎo)體層由砷化鎵、磷化銦等的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
本發(fā)明第8發(fā)明的耿氏二極管是在第1-7發(fā)明的基礎(chǔ)上，將與所述第2電極連續(xù)的所述第2半導(dǎo)體層和所述活化層置換成單一的半導(dǎo)體層或?qū)w層。
本發(fā)明第9發(fā)明的耿氏二極管是在第1-8發(fā)明的基礎(chǔ)上，在所述半導(dǎo)體基板的背面設(shè)置第3電極，將該第3電極和所述第1電極用于對所述活化層施加電壓，將所述第2電極代用作墊片。
本發(fā)明第10發(fā)明的耿氏二極管制造方法包括在半導(dǎo)體基板之上依次層疊形成作為第1接觸層的第1半導(dǎo)體層、活化層及作為第2接觸層的第2半導(dǎo)體層的第1工序；在所述第2接觸層上形成一定形狀的第1和第2電極的第2工序；將所述第1和第2電極作為掩模進(jìn)行干法刻蝕，來除去所述第2半導(dǎo)體層和活化層的第3工序。
本發(fā)明第11發(fā)明的耿氏二極管制造方法是在第10發(fā)明基礎(chǔ)上，所述第2工序還包括在形成一定形狀的所述第1和第2電極用的基底電極層之后，再在該基底電極層上形成大致相同高度的導(dǎo)電性凸起部的工序。
本發(fā)明第12發(fā)明的耿氏二極管制造方法是在第10或第11發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述半導(dǎo)體基板、所述第1半導(dǎo)體層、所述活化層及所述第2半導(dǎo)體層由砷化鎵、磷化銦等的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
本發(fā)明第13發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)是在半絕緣性的平板基板表面形成信號電極而在背面形成接地電極的微帶線的該表面，形成從所述背面的接地電極起經(jīng)V形孔連接的表面接地電極，并在所述信號電極和所述表面接地電極上分別連接安裝第1-8發(fā)明的耿氏二極管的第1、第2電極。
本發(fā)明第14發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)是在半絕緣性的平板基板表面形成有信號電極和一對接地電極的共面線路的該信號電極和該接地電極上，分別連接安裝第1-8發(fā)明的耿氏二極管的第1和第2電極。
本發(fā)明第15發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)，所述信號電極的一端從連接著所述耿氏二極管的第1電極的部位起長度L為開放狀態(tài)，使該長度L的第1電極部分作為諧振器工作，由該長度L決定振蕩頻率。
本發(fā)明第16發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)，在絕緣性基板構(gòu)成的散熱片上形成第4、第5電極，將所述第9發(fā)明的耿氏二極管的第1電極直接連接安裝在所述散熱片的第4電極上，將所述耿氏二極管的第2電極直接連接安裝在所述散熱片的第5電極上。
本發(fā)明第17發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)，在半絕緣性平板基板的表面形成有信號電極并在背面形成有兼作散熱基座的接地電極的微帶線上，形成從表面至背面的接地電極的孔，在該孔內(nèi)，將第16發(fā)明的散熱片的第5電極與所述接地電極連接，將第16發(fā)明的耿氏二極管的第3電極用導(dǎo)電線與所述微帶線的信號電極連接。
本發(fā)明第18發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)是在第13-17發(fā)明的基礎(chǔ)上，由所述信號電極、所述接地電極及所述耿氏二極管或者在其上附加介質(zhì)諧振器，構(gòu)成以一定頻率振蕩的振蕩回路。
本發(fā)明第19發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)是在第18發(fā)明的基礎(chǔ)上，將所述信號電極內(nèi)的作為所述振蕩回路的電極起作用的部分用至少一部分為導(dǎo)體的平板基板覆蓋，并將該平板基板的該導(dǎo)體部分與所述接地電極連接。
本發(fā)明第20發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)是在第13-19發(fā)明的基礎(chǔ)上，使所述微帶線或共面線路的平板基板的電阻率為106Ωcm以上，且熱電導(dǎo)率為140W/mK以上。
本發(fā)明第21發(fā)明的耿氏二極管安裝結(jié)構(gòu)是在第13-20發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述微帶線或共面線路的平板基板由AIN、Si、SiC或金剛石中的至少一種構(gòu)成。
本發(fā)明第22發(fā)明的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其兩片金屬板構(gòu)成的平行平板以所使用頻率的自由空間波長的1/2以下的間隔配置，將在該平行平板之間夾著介質(zhì)帶狀線的NRD波導(dǎo)回路與耿氏二極管相組合，由此形成NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其具有在表面形成有與信號線路連接的信號電極和與該信號電極絕緣的接地電極的絕緣性或半絕緣性的平板基板，在同一面上形成有陽極電極和陰極電極且該兩電極之一與所述平板基板的信號電極連接而另一電極與所述接地電極連接的耿氏二極管，以及相對所述平行平板之一支承所述平板基板背面的散熱片，所述平板基板的所述信號線路的頂端與所述介質(zhì)帶狀線電磁耦合。
本發(fā)明第23發(fā)明是在第22發(fā)明的基礎(chǔ)上，連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板平行，且所述信號線路相對所述介質(zhì)帶狀線沿垂直方向電磁耦合。
本發(fā)明第24發(fā)明是在第22發(fā)明基礎(chǔ)上，連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板平行，且所述信號線路的電磁波行進(jìn)方向與所述介質(zhì)帶狀線的電磁波行進(jìn)方向相同，所述信號線路與所述介質(zhì)帶狀線的底端部電磁耦合。
本發(fā)明第25發(fā)明是在第23或第24發(fā)明的基礎(chǔ)上，將連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板的姿勢從平行改成垂直。
本發(fā)明第26發(fā)明是在第22-25發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述信號線路為懸置線路、微帶線或共面線路。
本發(fā)明第27發(fā)明是在第22-26發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述平板基板在背面有接地用電極，該接地用電極與所述接地電極通過V形孔連接。
本發(fā)明第28發(fā)明的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其兩片金屬板構(gòu)成的平行平板以所使用頻率的自由空間波長的1/2以下的間隔配置，將在該平行平板之間夾著介質(zhì)帶狀線的NRD波導(dǎo)回路與耿氏二極管相組合，其具有在表面形成有與信號線路兩端連接的兩個信號電極和相對各信號電極絕緣的接地電極的絕緣性或半絕緣性的平板基板，在同一面上形成有陽極電極和陰極電極且該兩電極之一與所述平板基板的信號電極連接而另一電極與所述接地電極連接的兩個耿氏二極管，以及相對所述平行平板支承所述平板基板背面的散熱片，并使所述平板基板的所述信號線路的大致中央與所述介質(zhì)帶狀線電磁耦合。
本發(fā)明第29發(fā)明是在第28發(fā)明基礎(chǔ)上，所述信號線路的長度為該信號線路波長的大致1/2或其整數(shù)倍。
本發(fā)明第30發(fā)明是在第28或第29發(fā)明的基礎(chǔ)上，連接安裝著所述耿氏二極管的平板基板與所述平行平板垂直，并使所述信號線路的大致中央與所述介質(zhì)帶狀線的終端部電磁耦合。
本發(fā)明第31發(fā)明是在第30發(fā)明基礎(chǔ)上，使連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板的姿勢從垂直改成平行。
本發(fā)明第32發(fā)明是在第28-31發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述信號線路為懸置式線路或微帶線或共面線路。
本發(fā)明第33發(fā)明是在第28-32發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述平板基板在背面有接地用電極，該接地用電極與所述接地電極通過V形孔相連接。


圖1所示為本發(fā)明第1實施形態(tài)的耿氏二極管元件，其中(a)為俯視圖，(b)為剖視圖。
圖2(a)至(d)為上述耿氏二極管元件制造方法的說明圖。
圖3(a)、(b)所示為上述耿氏二極管元件之變形例的剖視圖。
圖4為將上述耿氏二極管元件安裝在微帶線上的第2實施形態(tài)的立體圖。
圖5為圖4的安裝結(jié)構(gòu)之變形例的立體圖。
圖6(a)、(b)為耿氏二極管元件安裝形態(tài)的表面圖。
圖7為作為振蕩器安裝著耿氏二極管元件時由電極32B的長度L決定的振蕩頻率和振蕩輸出的特性圖。
圖8為當(dāng)將耿氏二極管元件以圖6(a)的朝向安裝時，振蕩頻率的頻譜圖。
圖9為當(dāng)將耿氏二極管元件以圖6(b)的朝向安裝時，振蕩頻率的頻譜圖。
圖10是在圖5的安裝結(jié)構(gòu)上追加安裝了平板基板的立體圖。
圖11是將上述耿氏二極管元件安裝在共面線路上的第3實施形態(tài)的立體圖。
圖12為圖11安裝結(jié)構(gòu)之變形例的立體圖。
圖13為在圖12的安裝結(jié)構(gòu)上追加安裝了平板基板的立體圖。
圖14所示為以面朝下姿勢將耿氏二極管元件安裝在散熱片上的第4實施形態(tài)的圖，其中(a)為散熱片的俯視圖，(b)為安裝狀態(tài)的剖視圖。
圖15所示為將圖14所示安裝在散熱片上的耿氏二極管元件再安裝在微帶線上狀態(tài)的剖視圖。
圖16所示為本發(fā)明第5實施形態(tài)的耿氏二極管元件，其中(a)為俯視圖，(b)為剖視圖。
圖17所示為耿氏二極管元件具有特定合計面積的臺面型結(jié)構(gòu)部分不同數(shù)目情況下的輸出功率與變換效率之特性。
圖18所示為耿氏二極管元件另一合計面積的臺面型結(jié)構(gòu)部分不同數(shù)目情況下的輸出功率與變換效率之特性。
圖19為圖17、圖18的特性測定所使用的耿氏二極管安裝狀態(tài)的說明圖。
圖20(a)為本發(fā)明實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的立體圖，(b)為側(cè)視圖。
圖21(a)為線路基板的俯視圖，(b)為背面圖。
圖22(a)為耿氏二極管的俯視圖，(b)為剖視圖，(c)為變形例的耿氏二極管的剖視圖。
圖23為本發(fā)明另一實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的立體圖。
圖24為本發(fā)明又一實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的立體圖。
圖25為本發(fā)明一實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的立體圖。
圖26(a)為線路基板的俯視圖，(b)為背面圖。
圖27(a)為耿氏二極管的俯視圖，(b)為剖視圖，(c)為變形例的耿氏二極管的剖視圖。
圖28為本發(fā)明另一實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的立體圖。
圖29為現(xiàn)有臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管的剖視圖。
圖30為將現(xiàn)有臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管裝入彈丸形管殼的剖視圖。
圖31為將彈丸形管殼安裝于微帶線的說明圖。
圖32(a)為現(xiàn)有NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的立體圖，(b)為諧振器的立體圖。
圖33(a)為圖32所示NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的安裝座的立體圖，(b)為沿(a)的B-B線的剖視圖。
先說明實施形態(tài)1。
圖1所示為本發(fā)明第1實施形態(tài)的由砷化鎵構(gòu)成的耿氏二極管元件10的結(jié)構(gòu)圖，其中(a)為俯視圖，(b)為剖視圖。圖2為制造工序圖。
首先按圖2內(nèi)容說明所示的制造工序。準(zhǔn)備半導(dǎo)體基板，該半導(dǎo)體基板是在由雜質(zhì)濃度為1-2×1018atom/cm3的n型砷化鎵構(gòu)成的半導(dǎo)體基板11上，通過MBE法，依次層疊由雜質(zhì)濃度為2×1018atom/cm3且厚度為1.5μm的n型砷化鎵構(gòu)成的第1接觸層12、由雜質(zhì)濃度為1.2×1016atom/cm3且厚度為1.6μm的n型砷化鎵構(gòu)成的活化層13、由雜質(zhì)濃度為1×1018atom/cm3且厚度為0.3μm的n型砷化鎵構(gòu)成的第2接觸層14。
在第2接觸層14上，用光刻膠形成在預(yù)定形成陰極電極和陽極電極的區(qū)域開口的圖形，蒸鍍與第2接觸層14歐姆接觸的由AuGe、Ni、Au等構(gòu)成的金屬膜(基底電極層)。除去光刻膠之后，進(jìn)行加熱處理(退火)，在第2接觸層14上，分離形成陰極電極15和陽極電極16(圖2的(a))。如圖1所示，陰極電極15的平面形狀其邊緣為矩形，陽極電極16的平面形狀為圓形，但也可以選擇橢圓形、大致正方形等。
接著，將光刻膠17形成使陰極電極15和陽極電極16表面的一部分開口的圖形，在開口內(nèi)通過電鍍法或化學(xué)鍍法析出形成由Au等構(gòu)成的導(dǎo)電性凸起部(電極)18、19(圖2的(b))。
接著，通過除去光刻膠17，使形成有陰極電極15和陰極電極16的第2接觸層14露出，然后將陰極電極15和陽極電極16用作掩模，通過使用氯氣等的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等的干法刻蝕，除去第2接觸層14及活化層13，在上述陽極電極16的周邊形成大致臺面狀的或垂直狀的凹部20(圖2的(c))。這樣，通過將上部陰極電極15和陽極電極16用作掩模進(jìn)行自配合的垂直方向的蝕刻，能正確形成作為目標(biāo)的凹部20。
在此，由凹部20劃分的陽極電極16所連接的活化層13的面積設(shè)定為可獲得耿氏二極管的規(guī)定動作電流的面積(橫向截面積)。即，設(shè)定為可作為耿氏二極管起作用的面積。此外，使連接著陰極電極15的活化層13的面積為連接著陽極電極16的活化層13面積的10倍以上，使陰極電極15下方的半導(dǎo)體層疊部的電阻為陽極電極16下方的半導(dǎo)體層疊部電阻的1/10以下，從而使該部分不能作為耿氏二極管起作用，實際上作為低值電阻起作用，使陰極電極15實際上與第1接觸層12連接。以上的活化層13的面積比在不到10時，僅僅是動作效率下降，無效果，必須使其為10以上，100以上為宜。
另外，凹部20的切入深度設(shè)為除去全部活化層13的深度，但也可以留有一定的活化層13部分，或者也可以進(jìn)入第1接觸層12一定程度。
此外，在此使陰極電極下方的活化層面積比陽極電極的大，但也可以相反，使陽極電極下方的活化層面積比陰極電極的大。即，陽極電極與陰極電極可以相互取代。另外，在此因為使活化層13的雜質(zhì)濃度無濃度梯度，所以即使陽極電極16與陰極電極15相反也無妨，但當(dāng)有濃度梯度時，則濃度低側(cè)電極為陰極電極，高側(cè)電極為陽極電極。
接著按一般耿氏二極管的制造工序，研磨半導(dǎo)體基板11的背面使其變薄，以使整個耿氏二極管的厚度為60μm左右。然后，根據(jù)需要在半導(dǎo)體基板11的背面蒸鍍與半導(dǎo)體基板11歐姆接觸的、由AuGe、Ni、Au、Ti、Pt、Au等構(gòu)成的金屬膜21，進(jìn)行加熱處理(圖2的(d))。
形成于半導(dǎo)體基板11背面的金屬膜21不一定需要，但當(dāng)采取后面敘述的安裝結(jié)構(gòu)(圖15)時，可使其代替陰極電極15起陰極電極的作用。此時，陰極電極15與陽極電極16的面積比就不再受上述1/10以下的限制。
如上所述，本實施形態(tài)的耿氏二極管10通過在半導(dǎo)體層疊部分圍繞陽極電極16形成凹部20，就成為將起耿氏二極管功能的部分與作為對該耿氏二極管部分的第1接觸層12從外部施加電壓的線路起作用的低電阻層部分相分離的結(jié)構(gòu)，所以能在第2接觸層14的上表面設(shè)置陰極電極15和陽極電極16這樣兩電極。即，可以在同一面上集中陰極電極15和陽極電極16。因此如后面所述，在安裝方面及散熱方面等能起很大的作用。
此外，因為劃定決定動作電流區(qū)(起耿氏二極管功能部分)的蝕刻是通過將形成于該區(qū)上部的電極作為掩模的自配合干法刻蝕進(jìn)行的，所以，與傳統(tǒng)的化學(xué)濕式蝕刻相比，制造差異小，并能提高材料利用率。
圖3的(a)示出了圖1(b)所示耿氏二極管10的變形例10’，做成在凹部20內(nèi)覆蓋有導(dǎo)電性膜22、使第1接觸層12與陰極電極15短路的結(jié)構(gòu)。這樣的話，當(dāng)從陰極電極15至第1接觸層12之間的寄生電阻很大時，可防止該寄生電阻的影響，能使施加于陰極電極15的電壓幾乎無損失地傳遞給第1接觸層12。
又，進(jìn)一步改進(jìn)該耿氏二極管10’，還可以如圖3(b)所示的耿氏二極管10”那樣，在第1接觸層12的上面直接形成陰極電極15，再在其上面形成凸頭18，其它與圖1(b)所示結(jié)構(gòu)相同，并使凸頭18、19的上表面并排處于同一高度。在耿氏二極管10’、10”中，陰極電極15與陽極電極16的面積比再無上述1/10以下的限制。
接著說明實施形態(tài)2。
圖4示出了將耿氏二極管10安裝于形成微帶線30的平板回路基板而構(gòu)成振蕩器的結(jié)構(gòu)之一例。在AlN(氮化鋁)、Si(硅)、SiC(碳化硅)及金剛石之類電阻率106Ωácm以上、熱電導(dǎo)率140W/mK以上、良好半絕緣性的平板基板31之上，形成信號電極32，并在背面形成接地電極33。34為充填有鎢的V形孔，將背面的接地電極33與形成于表面的表面接地電極35相連接。
耿氏二極管元件10其陽極電極的凸頭19與信號電極32連接，其陰極電極的凸頭18與接地電極34連接。32A為向耿氏二極管元件10供給電源電壓的偏壓部電極，32B為構(gòu)成包括耿氏二極管元件10在內(nèi)的微帶線的諧振器的電極，36為隔斷直流的電容部，32C為微帶線的信號輸出部的電極。
在該安裝結(jié)構(gòu)中，因為使耿氏二極管元件10處于面朝下姿勢，使凸頭18、19直接與電極35、32連接，不使用金帶，所以就不再產(chǎn)生因用金帶連接而引起的寄生電感，可制成特性差異小的振蕩器。
此外，因為耿氏二極管元件10產(chǎn)生的熱通過凸頭18、19發(fā)散到也能起散熱片作用的基板31上，故散熱效果高。再有，因為在這樣的耿氏二極管元件10的安裝狀態(tài)下，陰極電極的凸頭18位于陽極電極的凸頭19的兩側(cè)，所以能防止過度負(fù)荷施加于陽極電極。
圖5所示為將圖4所示振蕩器中的偏壓部電極32A設(shè)置在信號輸出部的電極32C一側(cè)。該圖5所示結(jié)構(gòu)的平板基板31的平面如圖6(a)所示，通過調(diào)整頂端開放的電極32B的長度L，可設(shè)定振蕩頻率和振蕩輸出。圖7所示為其特性圖，此時電極32C的特性阻抗為50Ω，電極32B的特性阻抗為35Ω。
圖8所示為振蕩頻譜圖，峰值振蕩頻率為58.68GHz時，相位噪聲在偏離載波100KHz(偏離)處為-85dBc/Hz，其值比使用波導(dǎo)管諧振腔的耿氏二極管諧振器還好。又，在圖8中為-46.7dB，但根據(jù)下式為-85dBc/Hz。
-47.6dB+2.5dB-10log(1Hz/(10Hz×1.2))＝-85dB又如圖6(b)所示，當(dāng)耿氏二極管元件10中央的陽極電極的凸頭19與通過V形孔與背面的接地電極連接的表面接地電極35’連接，兩側(cè)陰極電極的凸頭18之一與諧振器的電極32B’連接，另一凸頭18與輸出用電極32C連接，如此構(gòu)成諧振器時，如圖9所示，峰值振蕩頻率為61.63GHz時，相位噪聲在偏離載波100KHz處為-75dBc/Hz(在圖9中為-36.7dB，是根據(jù)與上式相同的式子求出的)，可知與圖6(a)所示的連接結(jié)構(gòu)相比較差，低了10dB。
該原因可推測為，采取圖6(a)的連接結(jié)構(gòu)，耿氏二極管元件10的半導(dǎo)體基板11通過凸頭18及表面接地電極35等接地，該半導(dǎo)體基板11起屏蔽板的作用，抑制了振蕩器輻射損失引起的Q值的下降，因此相位噪聲得到改善。
圖10是在圖5所示振蕩器中，與表面接地電極35并列地沿電極32B的兩側(cè)形成另一表面接地電極35’，并通過V形孔(未圖示)使其與背面的接地電極33連接，再設(shè)置導(dǎo)電性平板基板80覆蓋構(gòu)成振蕩器的電極32B。該平板基板80在兩側(cè)設(shè)有與表面接地電極35’連接用的凸頭81。
在該圖10所示結(jié)構(gòu)中，因為導(dǎo)電性平板基板80通過凸頭81和表面接地電極35’接地，所以可進(jìn)一步抑制振蕩器的發(fā)射損失，可做成具有高Q值的諧振器。平板基板80只要是至少其一部分是用金屬電極覆蓋的結(jié)構(gòu)，基板本身也可以是半絕緣性的材料。此外，若不使用該平板基板80而加大耿氏二極管元件10的基片大小，并用耿氏二極管元件10的半導(dǎo)體基板11覆蓋電極32B，采用這樣的結(jié)構(gòu)同樣能獲得高的Q值。又，表面接地電極35’也可以延長表面接地電極35而形成。
現(xiàn)說明實施形態(tài)3。
圖11所示為將耿氏二極管元件10安裝于構(gòu)成共面線路40的回路基板上結(jié)構(gòu)之一例。41為由與上述基板31相同材質(zhì)構(gòu)成的半絕緣性平板基板，在上表面形成有構(gòu)成信號線路的信號電極42和夾著該信號電極的一對接地電極43。
在此，耿氏二極管元件10的陽極電極的凸頭19直接與中央的信號電極42連接，而陰極電極的凸頭18與兩側(cè)的接地電極43直接連接。因此，施加于信號電極42與接地電極43之間的電壓加在耿氏二極管元件10的陽極電極與陰極電極之間，能引起振蕩。該圖11所示安裝結(jié)構(gòu)也與圖4、圖5及圖10所示安裝結(jié)構(gòu)一樣，具有使特性穩(wěn)定、提高散熱效果及保護陽極電極等的作用效果。
在圖12中，與信號電極42連續(xù)地形成有作為施加+3.0V用的偏壓部的電極42A。在該電極42A的周圍，由接地電極43形成緩和對電源影響用的扼流部分。此時，通過調(diào)整構(gòu)成振蕩器的電極42B的、從耿氏二極管元件10的部分至敞開頂端的長度，也能設(shè)定振蕩頻率和振蕩輸出。42C為信號輸出部的電極。
圖13為基于與上述圖10相同構(gòu)思的圖，用導(dǎo)電性平板基板80覆蓋構(gòu)成振蕩器的電極42B的上表面，并將該平板基板80兩側(cè)的凸頭81與接地電極43連接。這樣，抑制振蕩器中的發(fā)射損失，可制成高Q值的諧振器。
現(xiàn)說明實施形態(tài)4。
圖14示出了耿氏二極管元件10的散熱結(jié)構(gòu)。50為使用金剛石基板51的散熱片，并形成有與耿氏二極管元件10的陰極電極的凸頭18連接的電極52和與陽極電極的凸頭19連接的電極53。電極52與電極53分離獨立，電極53與接地電極54連接。
耿氏二極管元件10在與起耿氏二極管作用的陽極電極對應(yīng)的半導(dǎo)體層疊部分發(fā)熱，該熱量通過凸頭18、19(主要是凸頭19)傳遞到散熱片50起冷卻作用。
圖15是將圖14所示耿氏二極管元件10的安裝結(jié)構(gòu)組裝于微帶線60的圖。將安裝著耿氏二極管元件10的散熱片50在形成于該微帶線60的孔61內(nèi)與兼作散熱座的接地電極62粘接，并用金帶28將氧化鋁的平板基板63上的信號電極64與耿氏二極管元件10背面的取代陰極電極的金屬膜21相連接。
在該結(jié)構(gòu)中，施加于信號電極64與接地電極62之間的電壓經(jīng)金帶28和散熱片50的電極53、54被施加于取代陰極電極的金屬膜21和陽極電極19。此時，陰極電極15的凸頭18作為在兩側(cè)保持面朝下姿勢的墊片起作用，不起作為電流傳遞路徑的作用。該結(jié)構(gòu)非常簡單，與使用傳統(tǒng)彈丸形管殼110時相比，可大幅度降低成本。
以下說明實施形態(tài)5。
圖16為示出另一例子的耿氏二極管元件10A結(jié)構(gòu)的圖，(a)為俯視圖，(b)為剖視圖。在此，獨立形成4個陽極電極19，并與此對應(yīng)，通過4個凹部20，形成4個臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分。各臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分因為被共同施加電壓，故動作時呈并聯(lián)狀態(tài)。
此時能減小臺面型結(jié)構(gòu)部分的半徑，與具有與4個臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分的合計面積相等面積的1個臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分相比，散熱效果顯著提高，所以可大幅度提高變換效率(輸入功率與輸出功率的比率)及振蕩功率。另外，若臺面型結(jié)構(gòu)部分的面積減小其強度就變?nèi)酰惭b階段有損壞的可能，但因為在其周圍形成有陰極電極的凸頭18，該部分實際上成為承受載荷的部分，故無損壞之虞。又，臺面型結(jié)構(gòu)的獨立耿氏二極管部分并不限于4個。另外，該多個耿氏二極管的截面積不必是相同的，其截面形狀(陽極電極的形狀)也不限于圓形，可以是任意形狀。
圖17為反映該變換效率η(％)和振蕩功率P(mW)隨臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分?jǐn)?shù)目而變化的特性圖。從圖可知，若在不改變陽極電極合計面積的情況下，使臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分?jǐn)?shù)目從4個變?yōu)?個，則振蕩效率和振蕩功率也增高。圖18所示為使臺面型結(jié)構(gòu)的耿氏二極管部分具有與上述不同的陽極電極合計面積而從4個變?yōu)?個時的同樣的特性圖，可確認(rèn)有相同的趨勢。
另外，這些測定是在安裝于如圖19所示的波導(dǎo)管的條件下進(jìn)行的。70為波導(dǎo)管，71為設(shè)于該波導(dǎo)管70內(nèi)的導(dǎo)電底座(陽極)，72為在該底座71上粘接絕緣基板73的接合物。有多個陽極電極的耿氏二極管元件10A以面朝下的姿勢將其陰極電極的凸頭18經(jīng)電極74支承在絕緣基板73上，使陽極電極的凸頭19經(jīng)電極75、形成于絕緣基板73的V形孔76及接合物72與底座71連接。此外，波導(dǎo)管70內(nèi)插入施加偏壓的偏壓端子77，其下端通過金帶78，與耿氏二極管元件10A背面的電極21連接。
以上說明了以使用砷化鎵作為半導(dǎo)體的例子，但即使使用磷化銦等其它化合物半導(dǎo)體也能產(chǎn)生相同的效果。另外，在以上說明的將耿氏二極管元件安裝在帶狀線或共面線路構(gòu)成振蕩器的情況下，還可以再附加介質(zhì)諧振器。
以下說明實施形態(tài)6。
圖20所示為本發(fā)明第6實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器結(jié)構(gòu)。NRD波導(dǎo)回路是在兩片金屬平行平板201、202之間夾有介質(zhì)帶狀線203的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的相同。在本實施形態(tài)中，在線路基板210的上表面裝有耿氏二極管220，通過接地、散熱和調(diào)整高度用的散熱片230將其支承在平板202上。
線路基板210如圖21的(a)、(b)所示，在半絕緣性或絕緣性(例如電阻率為106Ωcm左右以上、熱傳導(dǎo)率為140W/mK左右以上的AIN、Si、SiC、金剛石等)的平板基板211上表面，形成信號線路212、對該信號線路212施加直流偏壓的扼流部分213、與該信號線路212的端部連續(xù)的信號電極214及夾著該信號電極214配置的一對表面接地電極215，在背面形成有接地電極216，表面接地電極215相對接地電極216通過V形孔217相連接。該線路基板210的信號線路212的背面無接地電極，形成懸置式線路。
耿氏二極管220如圖22的(a)、(b)所示，在半導(dǎo)體基板221的上表面層疊第1接觸層222、活化層223、第2接觸層224及金屬層225，并在中央形成從金屬層225起基本到達(dá)第1接觸層222的圓形凹部226，從而將該金屬層225劃分成陽極電極225A和陰極電極225K，并在該陽極電極225A之上形成容易熱壓接的Au的凸頭227，同時在陰極電極225K之上形成同樣高度的同樣Au的凸頭228。該凸頭227和228也與陽極電極225A、陰極電極225K等效。
舉個例子，半導(dǎo)體基板221由雜質(zhì)濃度為1-2×1018atom/cm3的n型砷化鎵構(gòu)成，第1接觸層222由雜質(zhì)濃度為2×1018atom/cm3、厚度為1.5μm的n型砷化鎵構(gòu)成，活化層223由雜質(zhì)濃度為1.2×1016atom/cm3、厚度為1.6μm的n型砷化鎵構(gòu)成，第2接觸層224由雜質(zhì)濃度為1×1018atom/cm3、厚度為0.3μm的n型砷化鎵構(gòu)成.也可以取代砷化鎵，使用磷化銦等其它化合物半導(dǎo)體。
該耿氏二極管220的與陽極電極225A對應(yīng)的劃分部分活化層的面積設(shè)定為能獲得耿氏二極管的一定動作電流的面積(橫向載面積)。關(guān)于與陰極電極225K對應(yīng)的活化層面積，通過使其為與陽極電極225A對應(yīng)的活化層面積的10倍以上，使該陰極電極225K的下層半導(dǎo)體層疊部的電阻為陽極電極225A的1/10以下，使該部分不起耿氏二極管作用，實際上起低電阻的作用。
另外，該耿氏二極管220也可以如圖22的(c)所示，置換成除去了圖22(b)中的陰極電極225K下層的第2接觸層224和活化層223后而構(gòu)成的耿氏二極管220’，在第1接觸層222上直接覆蓋著陰極電極225K，并使其凸頭228設(shè)置成與陽極電極225A的凸頭227的上表面為相同高度。
通過熱壓接將耿氏二極管220安裝于線路基板210的平板基板211上，使其陽極電極225A的凸頭227與信號電極214連接，并使陰極電極225K的一對凸頭228與一對表面接地電極215連接。并且，使線路基板210的接地電極216部分與散熱片230連接，通過該散熱片230與平板202連接接地。
線路基板210對NRD波導(dǎo)回路的安裝如圖20的(a)、(b)所示，使線路基板210的平板基板211與平行平板201、202平行，并且使信號線路212的頂端相對介質(zhì)帶狀線203的底部沿垂直方向靠近，這樣來進(jìn)行安裝。
若對扼流部分部213施加直流電壓，電流即沿信號線路212、信號電極214、耿氏二極管220、表面接地電極215、V形孔217、背面接地電極216、散熱片230及平板202的路徑流動，耿氏二極管220產(chǎn)生電磁波(微波)，并通過信號線路212到達(dá)介質(zhì)帶狀線203的側(cè)面。電磁波在此變換成NRD波導(dǎo)回路(LSM模)，在介質(zhì)帶狀線203內(nèi)傳播。
在本實施形態(tài)下，因為在平板基板211上形成有扼流部分部213，故能將其與信號線路212、信號電極214及表面接地電極215同時利用刻蝕形成，所以不必切除基板，組裝容易，其作業(yè)效率提高。此外，因為耿氏二極管220相對平板基板211是以面朝下姿勢直接安裝的，所以不會產(chǎn)生使用金帶時產(chǎn)生的寄生電感的問題。另外，耿氏二極管220產(chǎn)生的熱量經(jīng)凸頭227、228及熱傳導(dǎo)性良好的平板基板211被傳遞到散熱片230，所以散熱效果好。又，因為耿氏二極管220由兩側(cè)的陰極電極225K的凸頭228支承，所以能防止對作為耿氏二極管實際起作用的中央的半導(dǎo)體層疊部分施加過度的載荷。
另外，在以上所述中，是將信號線路212的部分和安裝耿氏二極管220的部分設(shè)置在共同的平板基板211上，但也可以設(shè)于不同的基板上用金帶等的導(dǎo)電線相連接。另外，也可以不使用V形孔217，用帶等將表面接地電極215與背面的接地電極216相連接。
再有在以上所述中，線路基板210的信號線路212做成懸置式線路，但若在平板基板211的整個背面設(shè)置接地電極216，就成為微帶線。此外，該線路也可以在平板基板211的上表面中央設(shè)置信號線路，并在同一個面上夾著該信號線路設(shè)置一對接地電極，做成共面線路。此時，將耿氏二極管220的陽極電極225A的凸頭227與中央的信號線路連接，并將陰極電極225K的兩側(cè)凸頭228與接地電極連接即可。
還有，耿氏二極管220的陽極電極225A、陰極電極225K會因活化層的濃度梯度而相反，此時，適當(dāng)選擇施加于扼流部分部213的電壓極性即可。
圖23所示為NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器的另一例子。在此將安裝著耿氏二極管220且支承在散熱片230上的線路基板210配置成為與平行平板201、202平行，并且其信號線路212的頂端與介質(zhì)帶狀線203的底端排列成一直線狀。此時在介質(zhì)帶狀線203內(nèi)傳輸?shù)碾姶挪ǖ膫鬏斈長SE模。
圖24為將線路基板210相對平行平板201、202垂直安裝的圖。在該形態(tài)中具有在信號線路212中高次模難于建立的優(yōu)點。又，也可以如圖23所示，使介質(zhì)帶狀線203與信號線路212排列成一直線，并且使線路基板210相對平行平板201、202呈垂直狀態(tài)安裝。
現(xiàn)說明實施形態(tài)7。
圖25所示為本發(fā)明第7實施形態(tài)的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器結(jié)構(gòu)。NRD波導(dǎo)回路是在兩片金屬平行平板201、202之間夾著介質(zhì)帶狀線203的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有例子一樣。在本實施形態(tài)中，在線路基板210上安裝兩個耿氏二極管220，使它們相對平行平板202，通過接地、散熱的散熱片230被支承。
線路基板210如圖26的(a)、(b)所示，在半絕緣性或絕緣性(例如電阻率為106Ωcm左右以上、熱傳導(dǎo)率為140W/mK左右以上的AIN、Si、SiC、金剛石等)的平板基板211的表面，形成信號線路212、對該信號線路212施加直流偏壓的扼流部分部213、與該信號線路212的兩端連接的兩個信號電極214及分別夾著該兩個信號電極214配置的兩對表面接地電極215，在背面形成有接地電極216，表面接地電極215相對接地電極216通過V形孔217相連接。該線路基板210的信號線路212的背面無接地電極，形成懸置式線路。
耿氏二極管220如圖27的(a)、(b)所示，在半導(dǎo)體基板221的上表面層疊第1接觸層222、活化層223、第2接觸層224及金屬層225，并在中央形成從金屬層225起基本到達(dá)第1接觸層222的圓形凹部226，從而將該金屬層225劃分成陽極電極225A和陰極電極225K，并在該陽極電極225A之上形成容易熱壓接的Au的凸頭227，同時在陰極電極225K之上形成同樣高度的同樣Au的凸頭228。該凸頭227和228也與陽極電極225A、陰極電極225K等效。舉個例子，半導(dǎo)體基板221由雜質(zhì)濃度為1-2×1018atom/cm3的n型砷化鎵構(gòu)成，第1接觸層222由雜質(zhì)濃度為2×1018atom/cm3、厚度為1.5μm的n型砷化鎵構(gòu)成，活化層223由雜質(zhì)濃度為1.2×1016atom/cm3、厚度為1.6μm的n型砷化鎵構(gòu)成，第2接觸層224由雜質(zhì)濃度為1×1018atom/cm3、厚度為0.3μm的n型砷化鎵構(gòu)成.也可以取代砷化鎵，使用磷化銦等其它化合物半導(dǎo)體。該耿氏二極管220的與陽極電極225A對應(yīng)的劃分部分活化層的面積設(shè)定為能獲得耿氏二極管的一定動作電流的面積(橫向載面積)。
此外，關(guān)于與陰極電極225K對應(yīng)的活化層面積，通過使其為與陽極電極225A對應(yīng)的活化層面積的10倍以上，使該陰極電極225K的下層半導(dǎo)體層疊部的電阻為陽極電極225A的1/10以下，使該部分不起耿氏二極管作用，實際上起低電阻的作用。
另外，該耿氏二極管220也可以如圖27的(c)所示，置換成除去了圖27(b)中的陰極電極225K下層的第2接觸層224和活化層223后而構(gòu)成的耿氏二極管220’，在第1接觸層222上直接覆蓋著陰極電極225K，并使其凸頭228設(shè)置成與陽極電極225A的凸頭227的上表面為相同高度。
通過熱壓接將耿氏二極管220安裝于線路基板210的平板基板211上，使其陽極電極225A的凸頭227與信號電極214連接，并使陰極電極225K的一對凸頭228與一對表面接地電極215連接。并且，使線路基板210的接地電極216部分與散熱片230連接，通過該散熱片230與平板202連接接地。對另一耿氏二極管也同樣進(jìn)行。
線路基板210對NRD波導(dǎo)回路的安裝如圖25所示，使線路基板210的平板基板211與平行平板201、202垂直，并且信號線路212的中央部相對介質(zhì)帶狀線203的底部沿垂直方向靠近，這樣來進(jìn)行安裝。若對扼流部分部213施加直流電壓，對離扼流部分213較近的耿氏二極管220來說電流就從信號電極214起，而對離扼流部分213較遠(yuǎn)的耿氏二極管220來說電流經(jīng)信號線路212從信號電極214起，經(jīng)過V形孔217、背面的接地電極216、散熱片230及平板202的路徑流動，由兩個耿氏二極管220產(chǎn)生電磁波(微波)。產(chǎn)生的電磁波在信號線路212發(fā)生諧振，其一部分與介質(zhì)帶狀線203耦合并傳播出去。
在本實施形態(tài)中，因為在平板基板211上形成有扼流部分部213，故能將其與信號線路212、信號電極214及表面接地電極215同時利用刻蝕形成，所以不必切除基板，組裝容易，其作業(yè)效率提高。
此外，因為耿氏二極管220相對平板基板211是以面朝下姿勢直接安裝的，所以不會產(chǎn)生使用金帶時產(chǎn)生的寄生電感的問題。
另外，耿氏二極管220產(chǎn)生的熱量經(jīng)凸頭227、228及熱傳導(dǎo)性良好的平板基板211被傳遞到散熱片230，所以散熱效果好。又，因為耿氏二極管220由兩側(cè)的陰極電極225K的凸頭228支承，所以能防止對實際作為耿氏二極管起作用的中央的半導(dǎo)體層疊部分施加過度的載荷。
又，在以上所述中，線路基板210的信號線路212做成懸置式線路，但若在平板基板211的整個背面設(shè)置接地電極216，就成微帶線。另外，該線路也可以在平板基板211的上表面中央設(shè)置信號線路，并在同一個面上夾著該信號線路設(shè)置一對接地電極，做成共面線路。此時，只要將耿氏二極管220的陽極電極225A的凸頭227與中央的信號線路連接，并將陰極電極225K兩側(cè)的凸頭228與接地電極連接即可。
還有，耿氏二極管220的陽極電極225A、陰極電極225K會因活化層的濃度梯度而相反，此時，適當(dāng)選擇施加于扼流部分部213的電壓極性即可。
圖28是將線路基板210相對平行平板201、202平行地安裝的圖。如上所述那樣的本發(fā)明的耿氏二極管因為將劃定起耿氏二極管作用的區(qū)域的刻蝕是通過將形成在該區(qū)域上部的電極層作為掩模的自配合的干法刻蝕來進(jìn)行的，所以能減少耿氏二極管特性的差異。
另外，本發(fā)明的耿氏二極管因為能在同一個面上以相同程度的高度設(shè)置陰極電極和陽極電極，故能以面朝下的姿勢安裝。因此，不必組裝在如現(xiàn)有那樣的彈丸形管殼中，對平板基板的組裝很容易，在組裝方面有很大優(yōu)點。
再有，因為在安裝時不必用金帶與微小電極連接，故不會產(chǎn)生寄生電感，可消除因金帶長度不同等引起的回路特性的差異。
還有，通過將實際上起耿氏二極管作用的臺面型結(jié)構(gòu)部分分離成多個，散熱效率顯著提高，可大幅度提高振蕩效率和振蕩功率。
另外，當(dāng)安裝構(gòu)成振蕩器時，因為該振蕩器部分由耿氏二極管或再加上導(dǎo)電性平板基板進(jìn)行屏蔽，所以使相位噪聲大幅度降低，能提高其Q值。
還有，施加偏壓用的扼流部分與耿氏二極管的連接變簡單，組裝容易，其作業(yè)效率提高。另外，耿氏二極管的安裝不需要金帶，不會產(chǎn)生寄生電感。又，因為耿氏二極管產(chǎn)生的熱量經(jīng)基板傳遞給散熱片，故散熱效率高。
再有，施加偏壓用的扼流部分與耿氏二極管的連接變簡單，組裝變方便，其作業(yè)效率提高。
另外，裝耿氏二極管時不需要金帶，不會產(chǎn)生寄生電感。
又因為耿氏二極管產(chǎn)生的熱量經(jīng)基板傳遞給散熱片，所以散熱效果好。
權(quán)利要求
1.一種NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其兩片金屬板構(gòu)成的平行平板以所使用頻率的自由空間波長的1/2以下的間隔配置，在該平行平板之間將夾持著介質(zhì)帶狀線的NRD波導(dǎo)回路與耿氏二極管相組合，由此形成NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，具有在表面形成有與信號線路連接的信號電極和與該信號電極絕緣的接地電極的絕緣性或半絕緣性的平板基板，在同一面上形成有陽極電極和陰極電極且該兩電極之一與所述平板基板的信號電極連接而另一電極與所述接地電極連接的耿氏二極管，以及，相對所述平行平板之一支承所述平板基板背面的散熱片，并且，所述平板基板的所述信號線路的頂端與所述介質(zhì)帶狀線電磁耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板平行，且所述信號線路相對所述介質(zhì)帶狀線沿垂直方向電磁耦合。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板平行，且所述信號線路的電磁波行進(jìn)方向與所述介質(zhì)帶狀線的電磁波行進(jìn)方向相同，所述信號線路與所述介質(zhì)帶狀線的底端部電磁耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，將連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板的姿勢從平行改成垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，所述信號線路為懸置線路、微帶線或共面線路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，所述平板基板在背面有接地用電極，該接地用電極與所述接地電極通過V形孔連接。
7.一種NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其兩片金屬板構(gòu)成的平行平板以所使用頻率的自由空間波長的1/2以下的間隔配置，將在該平行平板之間夾著介質(zhì)帶狀線的NRD波導(dǎo)回路與耿氏二極管相組合，其特征在于，具有在表面形成有與信號線路兩端連接的兩個信號電極和相對各信號電極絕緣的接地電極的絕緣性或半絕緣性的平板基板，在同一面上形成有陽極電極和陰極電極且該兩電極之一與所述平板基板的信號電極連接而另一電極與所述接地電極連接的兩個以上耿氏二極管，以及，相對所述平行平板支承所述平板基板背面的散熱片，并且，所述平板基板的所述信號線路的大致中央與所述介質(zhì)帶狀線電磁耦合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，所述信號線路的長度為該信號線路內(nèi)波長的大致1/2或其整數(shù)倍。
9根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板與所述平行平板垂直，并且所述信號線路的大致中央與所述介質(zhì)帶狀線的終端部電磁耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，使連接安裝著所述耿氏二極管的所述平板基板相對所述平行平板的姿勢從垂直改成平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9或10所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，所述信號線路為懸置線路或微帶線或共面線路。
12.根據(jù)權(quán)利要求7、8、9、10或11所述的NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器，其特征在于，所述平板基板在背面有接地用電極，該接地用電極與所述接地電極通過V形孔相連接。
全文摘要
在半導(dǎo)體基板上依次層疊有第1半導(dǎo)體層、活化層和第2半導(dǎo)體層的耿氏二極管，具有設(shè)于第2半導(dǎo)體層上的對活化層施加電壓用的第1、第2電極、從該第1電極周圍向著第2半導(dǎo)體層和活化層切入并將與第1電極連接的第2半導(dǎo)體層和活化層作為起耿氏二極管作用的區(qū)域劃分出來的凹部。因為起耿氏二極管作用的區(qū)域劃定是通過將形成于該區(qū)域上部的電極層作為掩模的自配合的干法刻蝕進(jìn)行的，故能減少其特性差異。并公開了其制造方法和安裝結(jié)構(gòu)及NRD波導(dǎo)耿氏振蕩器。
文檔編號H03B7/00GK1855616SQ200610068178
公開日2006年11月1日 申請日期1999年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月28日
發(fā)明者中川敦, 渡邊健一 申請人:新日本無線株式會社