DE2839043A1

DE2839043A1 - Halbleiterbauelement fuer mikrowellenbetrieb

Info

Publication number: DE2839043A1
Application number: DE19782839043
Authority: DE
Inventors: Michael Gene Adlerstein
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1979-03-22
Also published as: US4160992A; DE2839043C2; NL186785B; GB2004415A; NL7809334A; CA1095178A; NL186785C; CH633655A5; JPS5453973A; GB2004415B

Description

München, den 31. August 1978 /WtI. Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 2l8

Raytheon Company, 1^1 Spring Street, Lexington, MA 02173? Vereinigte Staaten von Amerika

Halbleiterbauelement für Mikrowellenbetrieb

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement für Leistungsbetrieb im Mikrowellenbereich. Insbesondere bezieht sich die | Erfindung auf Lawinendioden für den Mikrowellenleistungsbe- ι trieb, welche gute thermische Eigenschaften besitzen. '

Es wurden kürzlich Gallium-Arsenid-IMPATT-Dioden entwickelt, die in Oszillatoren für C- und X-Mikrowellenbänder eingesetzt werden. Wirkungsgrade im Bereich von 25 bis 30 Prozent sind dabei bei Read-IMPATT-Dioden möglich. In der Praxis werden dabei in den Oszillatoren Halbleitereinzelsäulen jeweils auf eine einzelne Wärmesenke montiert. Die Leistungsabgabe derartiger Bauelemente ist bei diesem Typ auf 5 Watt begrenzt wegen der oberen

^; Grenze der Temperatur im Übergangsbereich, die in den Diodenplättchen der praktisch verwendbaren Größen erreicht wird. In zahlreichen Anwendungsfällen, wie etwa für die Radartechnik

! oder die Nachrichtenübermittlung sind höhere Leistungen erwünscht.

j In Doppeldrift-Lawinendioden, bei denen der Übergangsbereich '

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praktisch in der Mitte des Halbleiterkörpers und somit relativ weit von der Oberfläche der Wärmesenke entfernt liegt, erhöht sich diese Schwierigkeit noch dadurch, daß der größte Teil der Wärmemenge im Bereich des Überganges entsteht und folglich eine verhältnismäßig lange Strecke durch das Halbleitermaterial fließen muß.

; Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für den ; Mikrowellenbereich verwendbare Leistungsdiode zu schaffen, die einen erheblich niedrigeren thermischen Widerstand als bisher bekannte Dioden dieser Art hat. Anders ausgedrückt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leistungsdiode für den Mikrowellenbereich zu schaffen, die insgesamt eine größere Betriebsleistung und/oder eine niedrigere Temperatur im Übergangsbereich hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von aktiven Halbleiterkörpern geschaffen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten Körper aus wärmeleitendem Material und mit einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten Körper aus wärmeleitendem Material in wärmeleitender Verbindung steht und daß die beiden Körper aus wärmeleitendem Material voneinander elektrisch isoliert sind. Der erste und der zweite Körper aus wärmeleitendem Material haben vorzugsweise jeder für sich ein größeres Volumen als alle Halbleiterkörper oder als das Ge- : samtvolumen der einzelnen Halbleiterkörper. Diese wärmeleitenden Körper sind vorzugsweise ebenfalls elektrisch leitend. Die erste ! und die zweite Oberfläche der einzelnen Halbleiterkörper sind

mit Kontakten ausgestattet, die mit aktiven Elementen des Bauelementes in Verbindung stehen. Bei bevorzugten Ausführungs-[ formen sind die Halbleiterkörper untereinander völlig gleich und als Mikrowellendioden ausgebildet.

Eine weitere Lösung der oben gnnannten Aufgabe bildet eine Mi— ^: krowellendiodenvorrichtung, welche eine Vielzahl von Diodenkör-

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pern mit jeweils zueinander parallelen ersten und zweiten Flächen an gegenüberliegenden Enden der Diodenkörper und einem ebenen Ubergangsbereich, parallel zu den beiden Flächen aufweist, während eine erste Metallschicht mit einer ersten Oberfläche mit jedem Diodenkörper in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt steht und eine erste metallische Wärmesenke, deren Volumen grosser als das Gesamtvolumen der Diodenkörper ist, mit der zweiten Oberfläche der ersten Metallschicht in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt steht; eine Vielzahl zweiter Metall schichten steht jeweils mit einer ersten Oberfläche in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt mit jeder zweiten Oberfläche der Diodenkörper, und eine zweite metallische Wärmesenke, deren Volumen größer als das Gesamtvolumen der Diodenkörper ist, ist mit einer zweiten Oberfläche der zweiten Metallschichten in elektrischem und wärmeleitendem Kontakt» Die einzelnen Diodenkörper können IMPATT-Diodenkörper sein und bei einer Zahl von drei Körpern auf den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, bei einer Zahl von vier Körpern auf den Ecken eines Quadrates angeordnet sein. Die eine Schottky-Sperrschicht bildende Metallkontaktschicht kann sich zwischen einer ersten Metallschicht und der ersten Oberfläche des Diodenkörpers befinden=

Die Lösung der oben genannten Aufgabe idrcl auch erreicht bei einer Mikrowellendiodenvorrichtung mit einer Metallbasis, deren unterer Abschnitt ein Gex-jinde trägt, die eine obere ebene Fläche aufweist und die zwischen der oberen ebenen Fläche und dem Gevrindeabschnitt einen Flanschbereich hat; eine elektrisch und thermisch leitende Metallschicht grenzt an der oberen ebenen Fläche der Basis an, an die wiederum wenigstens ein Diodenkörper ; mit einer ersten Oberfläche angrenzt; auf einer zweiten Oberfläche des Diodenkörpers befindet sich eine zweite elektrisch und thermisch leitende Metallschicht, die mit einem elektrisch und thermisch leitenden Metallkörper in Berührung ist, -dessen Volumen größer als das Gesamtvolumen der Diodenkörper ist; ein j

isolierender Abstandshalter ist mit dem Flanschteil der Metall= ; basis verbunden, der an seinem dem Flanschteil des Basiskörpers j

ι gegenüberliegenden Ende einen Ringflansch aus leitfähigem Mate=

SO 9 812/0 δ S Θ

rial abstützt, während eine flexible Metallfolie mit ihrem Mittelbereich mit dem Metallkörper und mit* ihrem Randbereich mit der Flanschoberseite verbunden und von einem scheibenförmigen Deckel abgedeckt und gegen die Flanschoberseite gedrückt ist. Der Metallkörper ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und kann auf seiner äußeren Fläche mit einer Goldschicht plattiert ^; sein. Die Schicht des elektrisch und thermisch leitfähigen Me-. tails kann in einigen Ausführungsformen eine Metallschicht -ent-J halten, die mit dem Material des Diodenkörpers einen Schottky-Sperrschichtübergang bildet. Der isolierende Abstandshalter besteht vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff.

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^w AO-

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen im einzelnen näher erläutert. Es zeigen!

Fig. 1 bis k eine Folge von Schnittansichten, die die

einzelnen Stufen im Herstellungsgang eines Halbleiterbauelementes zeigen;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Bauelement im Zu

stand nach Fig. k;

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine fertiggestellte Paketanordnung unter Verwendung des Halbleiterbauelementes nach Fig. k;

Fig. 7 eine Schnittansicht, an der einzelne Schritte während des erfindungsgemäßen Herstellungsvorganges dargestellt werden;

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Sprühätzvorganges als einer Stufe des Herstel= lungsverfahrens;

Fig. 9 die Kurvendarstellung eines bevorzugten

Dotierungsdichteprofils für das Halbleitermaterial; und

Fig. 10 eine weitere Graphik, die ein anderes, ebenj falls im Rahmen der Erfindung bevorzugtes

\ Dotierungsdichteprofil für das Halbleiter

material zeigt.

Der Aufbau von Halbleiterbauelementen, die nach den Prinzipien der Erfindung ausgebildet sind, wird zunächst in Verbindung mit . den Querschnittsdarstellungen der Fig. 1 bis 4 erläutert. In der Fig. 1 ist zunächst ein Querschnitt durch eine Substratschicht aus Gallium-Arsenid-Diodenhalbleitermaterial 10 gezeigt.

L —l.-

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Das Diodenmaterial 10 kann unterschiedlichste Dotierungsdichteprofile aufweisen, welche von der jeweils vorgesehenen Verwendung abhängen. Zum Beispiel kann das Diodenraaterial 10 das Dotierungsprofil einer IMPATT-Lawinendiode mit Eindriftbereich haben. Es kann aber auch ein Dotierungsprofil für eine Doppeldriftbereich-IMPATT-Lawinendiode im Rahmen der Erfindung mit besonderem Vorteil angewendet werden.

Es soll hier kurz auf die graphische Darstellung der Fig. 9 eingegangen werden, welche ein bevorzugtes Dotierungsprofil ι für eine Doppeldrift-IMPATT-Lawinendiode zeigt. Das Material ist in vier Zonen unterteilt, von denen jeweils zwei negativ dotiert sind, während die anderen beiden eine positive Dotierung aufweisen. Der Diodenübergang ist dadurch im wesentlichen in der Mitte des Materials zwischen den mäßig dotierten p- bzw. n-Bereichen ausgebildet. Die Lawinenbildung der Ladungsträger findet zu beiden Seiten des Diodenüberganges in einem Teil sowohl der p-, als auch der η-Schichten statt. Die positiven und negativen Ladungsträger., die durch die Lawinenbildung erzeugt werden, werden durch ein elektrisches Feld nach außen zu den stärker dotier- ; ten ρ - bzw. η -Bereichen gezogen, was zu einer Zeitverzögerung zwischen dem Entstehungsaugenblick der Ladungsträger nahe dem , Diodenübergang und der Zeit führt, in der sie die stark dotierte ' Zone erreichen. Diese Zeitverzögerung entspricht einer l80 . Phasenverschiebung zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangssignal in einem Diodenkreis. Die Ladungsträger sowohl im p-, als j auch im η-Bereich rekombinieren, wenn sie den ρ - bzw. η -Be-■ reich erreichen, und erzeugen so einen Strom im Ausgangskreis.

Ein spezielles Diodenbauelement hat sich bei Einsatz der erfindungsgemäßen Merkmale als gut funktionsfähig herausgestellt, wenn für den schwächer dotierten η-Bereich eine Dotierungsdichte ' von etwa 1,5 x 10 /cm , für den stärker dotierten η -Bereich j

Ί ft *3

eine Dotierungsdichte von 2 χ 10 /cm , für den schwächer do- i tierten p-Bereich eine Dotierungsdichte von 1,3 x 1° /cm und ! für den stärker dotierten ρ -Bereich eine Dotierungsdichte von

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etwa 10 /cm verwendet wird. Die η-Schicht kann eine Dicke von

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etwa 3i5 bis 4,5 /Um abhängig von der Betriebsfrequenz haben. Für denselben Frequenzbereich sollte die Dicke der p-Schicht 3,0 bis 3i5/Um betragen. Die Dicken der η -Schicht beträgt dann 5i0 bis 8,0yum und die Dicke der ρ -Schicht 1,0/Um.

Teil
Der größte^ der in dem Werkstoff mit dem in Fig= 9 dargestellten Dotierungsprofil entstehenden Wärme wird im Lawinenbereich, nahe dem Diodenübergang im Zentrum erzeugt. Der Wert der maximalen Betriebsleistung hängt selbstverständlich von der Temperatur im Ubergangsbereich ab. Diese Temperatur ist wiederum abhängig davon, wie schnell die Wärme aus dem Halbleiterkörper abgeführt werden kann. Da mit einem Doppeldriftaufbau es nicht möglich

ist, eine Wärmesenke sehr nahe an den Ubergangsbereich heranzubringen, weil die Anwesenheit von aktivem Material über beträchtliche Distanzen zu beiden Seiten der Übergangszone dies verhindert, stellt die Wärmeabfuhr ein ernstes Problem bezüglich der Erhöhung der Leistungsgrenze für diese Bauelemente dar«

Die Fig. 10 "zeigt nun eine graphische Darstellung einer Einfachdrift-Read-IMPATT-Diode, bei der die Erfindung ebenfalls mit Vor= teil angewendet werden kann. Der Lavinenbereich wird mit Hilfe eines n-Halbleitermaterials, angrenzend an eine Metallschicht, gebildet, welche sich zur Bildung eines Schottky-Sperrschichtüberganges eignet_o Es kann dazu Platin in Yerbindung mit einem Gallium-Arsenid-Halbleitermaterial verwendet werden= Eine schmale Dotierungsspitze von stark dotiertem Halbleitermaterial begrenzt den Lawinenbereich und schließt die Latrine von Ladungsträgern fest zwischen der Schicht des Schottky-Sperrschicht bildenden Materials und der Dotierungsspitze ein= Die Ladungsträger, die innerhalb des Lawinenbereiches gebildet werden, werden durch dem Driftbereich des schwächer dotierten. Materials mit Hilfe eines außen angelegten elektrischen Feldes gezogen« Erreichen sie die Begrenzungsbereiche 3 dann rekombinieren die" Ladungsträger und bilden den Leiterstroia, der durch den äußeren Schaltkreis fließt» ί Es kann ein zweischichtiger, stark dotierter Begrenzungsbereicb ■ ! verwendet werden, wobei die Schicht, die unmittelbar an den I

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Driftbereich angrenzt, weniger stark dotiert wird, um eine Trägerinjektion von Störstellen an der Grenzschicht zwischen dem Driftbereich und dem Begrenzungsbereich zu vermeiden, was zu unerwünschten Rückwärtsströmen führen könnte. Wie bei der zuvor beschriebenen Doppeldrift-Lawinendiode stellt auch hier die Wärmeabfuhr ein ernstes Problem dar.

Anhand der Fig. 1 sollen nun die einzelnen Schritte beim Herstellungsgang einer Ausführungsform im einzelnen erläutert werden. Bei Verwendung eines Diodenmaterials mit einer Dotierungsdichte entsprechend der in Fig. 10 dargestellten Kurve wird ein ! Dreischichten-Metallisierungsmuster auf einer Oberfläche des Diodenmaterials 10 aufgebracht mit einer Schicht eines eine : Schottky-Sperrschicht bildenden Metalls, was unmittelbar mit der Oberfläche des Diodenmaterials 10 in Berührung ist. Für den Fall des Doppeldriftaufbaues nach Fig. 10 kann die hochdotierte ρ —Schicht weggelassen werden, da die Dreischichtmetallisierung einen guten ohmischen Kontakt mit dem p-leitenden Gallium-

■ Arsenid-Material bildet. Bei der Doppeldrift-IMPATT-Lawinen-

, diode gemäß Fig. 9 kann die Dreischichtmetallisierung auch durch irgend ein anderes Metallisierungssystem ersetzt werden. Bei der

■ Ausführungsform nach Fig. 1 wird zunächst eine Schicht Platin 11 auf die Oberfläche des Gallium-Arsenid-Diodenmaterials 10 im

! Sputterverfahren aufgebracht. Auf die Platinschicht 11 wird dann ι eine Schicht 12 aufgesputtert, wozu vorzugsweise Titan verwendet . wird, wenngleich sich auch Wolfram, Hafnium oder andere hochj temperaturbeständige MetalJe zur Bildung der Schicht 12 eignen. Als nächstes wird auf die Titanschicht 12 dann eine Goldschicht 13 aufgesputtert. Die sehr gut leitfähige Goldschicht 13, die im Sputterverfahren auf die Titanschicht 12 aufgebracht wird, stellt den unteren Kontakt der Diode dar.

Es wird vorzugsweise ein besonders vorteilhafter Sputterprozeß durchgeführt, der zur Folge hat, daß die Goldschicht nicht durch die Platinschicht in das Diodenmaterial 10 hineindiffundieren und damit sich negativ auf die elektrischen Eigenschaften

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des Diodenraaterials 10 auswirken kann. Das Diodenmaterial 10 wird dazu zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 300 bis 350 °C und vorzugsweise auf 33O°C erhitzt. Die Platinschicht wird dann auf die Oberfläche des Diodenmaterials 10 mit einer Energiedichte zwischen 0,5 und 2,7 W/cm aufgesputtert, vorzugs-

o weise bei einem Betriebspunkt von 0,8 W/cm , und zwar in einer bevorzugten Schichtstärke zwischen 100 und 300 S . Eine Schicht- ■ stärke von 200 A hat sich als gut funktionsfähig erwiesen. Während dieses ersten Sputtervorgangs reagiert ein Teil der Platinschicht 11 mit dem Gallium-Arsenid-Material und bildet eine Legierung. Das Diodenmaterial 10 wird anschließend auf eine Temperatur zwischen 20 und 40 C mit 30 C als bevorzugtem Arbeitspunkt abgekühlt und nun eine Schicht 12 aus Titan in einer Dicke von 1.000 bis 2.000 A über die Platinschicht 11 mit einer relativ hohen Sputterenergiedichte aufgesputtert, die vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 4,4 W/cm und darin bei einem günstigen Arbeitspunkt von 2,7 W/cm liegt. Der relativ hohe Sputterenergiepegel beim Aufbringen des Titans bewirkt eine Legierungsbildung durch Stoß zwischen der bereits vorhandenen Platinschicht und dem Titanmaterial, wodurch ein Verbundstoff erzeugt wird, der chemisch weit langsamer mit Gallium-Arsenid reagiert, als dies das reine Platin tut. Außerdem können die Atome der GoIdschicht 13 die so entstehende Barriere nicht durchdringen. Darüber hinaus hat sich unvorhergesehen herausgestellt, daß auf diese Weise in dem beschriebenen Sputterverfahren hergestellte Dioden wesentlich geringere Rauscherscheinung zeigen, als dies bei Dioden mit gewöhnlichem Schottky-Sperrschichtkontakt mit j einer Goldschicht unmittelbar angrenzend an das die Schottky-Sperrschicht bildende Metall der Fall ist.

^; Betrachtet man nun die Fig. 2, so ist erkennbar, daß eine Schicht einer eutektischen Legierung aus Gold und Germanium auf diejenige Oberfläche des Galliura-Arsenid-Diodenmaterials 10 aufgedampft ist, die den aufgebrachten Platin-Titan-Goldschichten gegenüberliegt. Diese Oberfläche entspricht der Außenseite des Begrenzungsbereiches einer Diode mit einem Dotierungsprofil

• f ·

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gemäß Fig. 10. Auf die Gold-Germanium-Schicht lk wird eine Goldkontaktschicht 15 aufplattiert. In ähnlicher Weise wird eine Goldkontaktschicht l6 auf die an früherer Stelle genannte Goldschicht 13 aufplattiert.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Goldkontaktschicht 15 maskiert und im chemischen Verfahren an vorbestimmten Stellen weggeätzt ; worden ist, wozu bekannte Photowiderstandstechniken angewendet werden, damit eine Anzahl kreisförmiger Goldkontakte 17 an den Stellen zurückbleibt, an denen Diodensäulen gebildet werden sollen. Gewöhnlich können erheblich mehr Kontakte auf einem einzigen Halbleiterplättchen gebildet werden, als dies in der Zeichnung dargestellt ist. In der Massenproduktion werden hunderte derartiger Kontakte auf einem Halbleiterplättchen gebildet und dann die Diodensäulen würfelartig nebeneinander einzeln oder in Gruppen erzeugt.

Als nächstes werden gemäß der Darstellung der Fig. k die Gold-Germanium- Schicht lk und Teile des Diodenmaterials 10 chemisch zwischen den Goldkontakten 17 herausgeätzt, so daß sich einzelne Diodensäulen l8 ausbilden. Eine Draufsicht im Zustand dieses Herstellungsprozesses zeigt die Fig. 5·

Die Schnittdarstellung der Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit vier Diodensäulen, wie sie aus den Fig. k und 5 erkennbar sind, die in einem paketartigen Aufbau in einer doppelseitig mit Wärmesenke versehenen Mikrowellendiode ausgebildet ist. Die Goldkontaktschicht l6 ist auf die obere Fläche einer metallischen Diodenbasis 28 mit Hilfe einer Lötverbindung 27 aufgelötet. Die Diodenbasis 28 ist vorzugsweise aus einem thermisch und elektrisch sehr gut leitenden Metall, wie Kupfer, hergestellt und ; kann auf ihrer äußeren Fläche noch einen Überzug aus Gold be- j sitzen. Der untere Teil der Basis 28 trägt ein Außengewinde und = ist mit einem Schraubenzieherschlitz 29 ausgestattet, damit die J Paketanordnung montiert werden kann. !

• tO ·

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Die Basis 28 stellt eine Wärmesenke für die in den Diodensäulen l8 entstehende und durch die Goldkontaktschicht l6 übertragene Wärmemenge dar. Ein Basisflansch 31 umläuft den oberen Bereich der Diodenbasis 28 und stellt eine Stütze für einen zylinderisch geformten Keramikabstandhalter 26 dar. Der Keramikabstandhalter 26 isoliert sowohl thermisch als auch elektrisch. Auf dem Keramikabstandhalter 26 ist ein Ringflansch 25 befestigt.

Nach einem Merkmal einer speziellen Ausführungsform der Erfindung befindet sich die obere Wärmesenke 32 im Innenraum des keramischen Abstandhalters 25 und ist elektrisch und thermisch mit den Goldkontakten 17 der Diodensäulen l8 in Verbindung. Die obere Wärmesenke 32 ist aus einem thermisch und elektrisch sehr gut leitenden Metall, wie goldplattiertem Kupfer, hergestellt, das auch für die Basis 28 benutzt wird» Das Volumen der oberen Wärmesenke 32 sollte erheblich größer als das der Diodensäulen l8 sein, damit es keinen thermischen Widerstand für den Wärme= strom von den oberen Enden der Diodensäulen l8 darstellt. Ein flexibler folienartiger, mit Randflansch ausgebildeter Abschluß 2k, der thermisch und elektrisch mit der Oberseite der oberen Wärmesenke 32 in Verbindung ist, wird mit der Oberfläche des Flansches 25 verbunden. Ein Metalldeckel 23 deckt das Ganze ab und steht zudem elektrisch und thermisch mit der folienartigen Abdeckung 2k in Verbindung» Bei dem Einbau der Vorrichtung in einen Verstärker oder eine Oszillatorschaltung ist ein Kontaktstift auf die Oberseite des Deckels 23 aufgesetzt, der eine Fortsetzung des oberen Wärmeableitpfades darstellt«

Die in der Fig. 6 gezeigte Vorrichtung hat zahlreiche Vorteile . gegenüber den bisher bekannten besonders im Hinblick auf die Wärmestromeigenschaften, die einen Einsata bei höherer Leistung , zulassen, als dies bei Dioden mit gleichen Abmessungen bisher

möglich war. Zum ersten ist dadurch, daß zahlreiche Diodensäulea ; gegenüber einer einzigen Säule mit derselben Gesamtfläche des : Übergangsbereiches vorgesehen werden, der thermische Widerstand 1

zwischen dem Übergangsbereich oder irgendeinem Punkt innerhalb j

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der einzelnen Diodensäulen wesentlich niedriger, als bei einer Vorrichtung mit einer einzigen größeren Säule. Eine Anordnung

; von drei Säulen in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks oder von vier Säulen auf den Ecken eines Quadrates wird bevorzugt. Zum zweiten wird daraus Vorteil gezogen, daß sich auf beiden Seiten der Diodensäulen Wärmesenken befinden, so daß die Wärme aus den Entstehungsbereichen innerhalb des Diodenmaterials nach zwei Richtungen nach außen abfließen kann. Auf diese Weise

wird eine zweite starke Verminderung des gesamten Wärmewiderstandes und folglich der Temperatur des Übergangsbereiches er-

ι zielt.

In der Fig. 7 ist ein Querschnitt gezeigt, der sich zur Erläuterung des Vorgangs der Würfelbildung gemäß der Erfindung eignet. Eine Vorrichtung in einem Herstellungszustand entsprechend den Fig. 4 und 5 wird auf eine transparente Glasplatte 40 aufgesetzt, und man füllt die Hohlräume um die Diodensäulen l8 und die Goldkontakte 17 herum mit einem nichtreagierenden Wachs 48 ■ aus. Die so durch Wachs geschützte Vorrichtung wird auf die . Oberfläche der Glasplatte 4O so aufgedrückt, daß die Goldkontakte . mit der Oberfläche in Berührung kommen. Von der Unterseite der Glasplatte her kann dann durch einfaches Beobachten bestimmt werden, wo zwischen den Goldkontakten 17 die Wurfelschnitte durch das Wachs 48 hindurch gelegt werden sollen.

, Die untere Seite der Glasplatte 4O wird dann mit einer transpa-J renten Schicht eines Photowiderstandsmaterials überzogen, das mit einer photographischen Maske maskiert ist, die Linien entsprechend der Anordnung der Wurfelschnitte aufweist, und wird belichtet, so daß eine untere Ausrichtmaske 42 entsteht, deren Linien der Anordnung der Würfelschnitte entspricht, die durch die Goldkontaktschicht 16 gelegt werden sollen. Weitere derartige Linie» außerhalb des Wachsbereiches 48 in Form eines Rasters dienen Ausrichtzwecken.

Als nächstes wird eine zweite Schicht eines Photowiderstands- ;

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materials auf die obere Seite der Glasplatte kO aufgebracht und auch auf die obere Seite der Goldkontaktschicht l6. Dieselbe Maske, die zur Belichtung der unteren Ausrichtmaske k2 benutzt wurde, wird mit Sichtkorrektur mit Hilfe der Teile des Rastermusters, das sich außerhalb des Wachsbereiches kS befindet, ausgerichtet. Die Photowiderstandsschicht wird dann belichtet und chemisch weggeätzt, so daß das Photowiderstandsmaterial auf den Linien, entlang denen die Würfelschnitte durchgeführt werden sollen, beseitigt ist.

In einem Herstellungszustand, wie er in der Fig. 7 dargestellt ist, wird die gesamte Anordnung nun in eine Sprühätzeinrichtung eingebracht, wie sie in der Fig. 8 schematisch dargestellt ist. Sie wird auf eine perforierte Stützplatte 52 gelegt, die sich über einem Sammelbehälter für das Atzmittel 51 befindet. Eine Pumpe 5^t pumpt das Ätzmittel 51 durch eine Sprühdüse 53 s von der es auf die freigelegten Würfelschnittlinien aufgesprüht wird. Der Ätzvorgang wird solange fortgesetzt, bis die vorgesehenen Bereiche der Goldkontaktschicht l6 vollständig durchgeätzt sind= Das Wachs 48 wird dann beseitigt, woraufhin die einzelnen Diodenvorrichtungen voneinander getrennt sind.

Wie an früherer Stelle bereits erwähnt, befinden sich auf einem Halbleiterplättchen gewöhnlich wesentlich mehr als drei Diodensäulen, die dann voneinander getrennt werden. Die geringe Anzahl in der Zeichnung dient lediglich einer deutlicheren Darstellung. Dieselbe Technik kann angewendet werden, ob nun einzelne Dioden oder Gruppen von mehreren Diodensäulen voneinander getrennt werden sollen. Es dürfte auch klar sein, daß das Herstellungsverfahren nicht an irgendeine bestimmte Form der Wärmesenken ge-

; bunden ist. So verwendet man zum Beispiel vorteilhaft kreisför- ; ι

mige Wärmesenken, wenn die Diodenvorrichtung drei Säulen enthält,

; die auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet ' sind, so daß für jede Wärmesäule der gleiche thermische Wider- j

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! stand wirksam ist. Dies läßt sich mit den geradlinigen Techniken ι j im Stande der Technik nicht bewerkstelligen.

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Claims

Patentansprüche

Iy Halbleiterbauelement mit einer Vielzahl von aktiven Halbleiterkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterkörper (l8) mit einer ersten Oberfläche mit einem ersten Körper (28) aus wärmeleitendem Material und mit einer zweiten Oberfläche mit einem zweiten Körper (32) aus wärmeleitendem Material in wärmeleitender Verbindung steht und daß die beiden Körper (28,

■ 32) aus wärmeleitendem Material von einander elektrisch isoliert sind.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Körper (28, 32) aus wärmeleitendem Material jeweils ein größeres Volumen als die Halbleiterkörper (l8) haben.

■ 3· Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Körper (28, 32) elektrisch leit-

^! fähig sind.

k. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Flächen der Halbleiterkörper (l8) Kontakte der aktiven Elemente des Bauelementes darstellen.

5· Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- ; durch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper (l8) untereinan- ! der praktisch identisch sind. I

⁰ !

6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5» da- j durch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper (l8) Dioden für : Mikrowellenbetrieb sind.

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7· Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für den Betrieb als Mikrowellendiodenvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Diodenkörpern (l8) mit jeweils einer ersten und einer zweiten parallelen Oberfläche an zu einander gegenüberliegenden Enden eines jeden Diodenkörpers und einem im wesentlichen ebenen Übergangsbereich parallel zu den beiden parallelen Oberflächen; eine erste Metallschicht, mit der die ersten Flächen eines jeden Diodenkörpers (l8) elektrisch und thermisch auf einer ersten Oberfläche der Metallschicht in Verbindung sind; eine erste Metallwärmesenke (28), deren Volumen größer als das Gesamtvolumen der Dioderikörper (l8) ist und mit der die zweite Oberfläche der ersten Metallschicht (l6) elektrisch und thermisch in Kontakt ist; eine Vielzahl zweiter Metallschichten (I7)i die jeweils mit einer ersten Oberfläche elektrisch und thermisch mit der zweiten Oberfläche der Diodenkörper (l8) in Verbindung sind; und eine zweite Wärmesenke (32), deren Volumen größer als das Gesamtvolumen der Diodenkörper (l8) ist und die in elektrischem und thermischem Kontakt mit einer zweiten Oberfläche aller zweiten Metallschichten (17) ist.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß drei Dioderikörper (l8) vorhanden sind, die auf den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.

9· Halbleiterbauelement nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, , daß vier Halbleiterkörper (l8) vorgesehen sind, die auf den Ecken eines Rechtecks angeordnet sind.

10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dioderikörper IMPATT-Diodenkörper sind.

11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die erste Oberfläche der Halbleiterkörper (l8) und die erste Metallschicht (l6) eine Schicht eines eine Schottky-Sperrschicht bildenden Metalls eingefügt ist.

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12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenkörper Doppeldrift-IMPATT-Diodenkörper
sind.

13· Halbleiterbauelement nach einem der Anspruch 1 bis 6 für
den Betrieb als Mikrowellendiodenvorrichtung, gekennzeichnet
durch einen Metallbasiskörper (28), der im unteren Bereich ein
Gewinde trägt und eine obere ebene Fläche aufweist sowie einen Flanschabschnitt (3I) zwischen dem unteren Gewindeabschnitt und

hat

der oberen ebenen Flächt; eine Schicht (l6) aus elektrisch und
thermisch leitendem Metall, die auf der oberen ebenen Fläche des Basiskörpers aufliegt; wenigstens einen Diodenkörper (l8), der
mit einer ersten Fläche in elektrischem und thermischem Kontakt mit der ersten elektrisch und thermisch leitenden Metallschicht (l6) ist; eine zweite elektrisch und thermisch leitende Metallschicht, die auf einer zweiten Fläche des wenigstens einen Diodenkörpers (l8) aufliegt; einen Metallkörper (32), der elektrisch und thermisch in Kontakt mit der zweiten Fläche des wenigstens einen Diodenkörpers (l8) ist und dessen Volumen größer als das Volumen des wenigstens einen Diodenkörpers ist; einen
isolierenden Abstandshalter (26) von hohlzylindrischer Gestalt, der mit einem Zylinderende auf dem Flanschabschnitt (3I) des
Basiskörpers (28) aufsteht; einen leitfähigen Ringflansch (25), der auf dem anderen Ende des Abstandshalters (26) gegenüber dem Basisflanschabschnitt (31) abgestützt ist; eine flexible Metallfolienschicht (24), deren Mittenbereich mit dem zweiten Metallkörper (32) und deren Außenzonen mit dem Flanschring (25)
verbunden sind; und einen die flexible Metallfolienschicht (24) überdeckenden, scheibenförmigen Deckel (23)·

l4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (28) und der Metallkörper (32) aus Kupfer
bestehen.

15· Halbleiterbauelement nach Anspruch I3 oder l4, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß der Basiskörper (28) und der Metallkörper (32) mit einer Goldschicht belegt sind.

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l6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 15_s dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch und thermisch leitende Metallschicht eine Metallschicht enthält, die mit dem Material des Diodenkörpers (l8) einen Schottky-Sperrschichtübergang bildet.

17· Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis l6, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter (26) aus keramischem Werkstoff.

1Ü. Halbleiterbauelement, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17 j für die Verwendung als Mikrowellendiode, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Dioderikörpern (l8), die alle ein Doppeldi*if t-IMPATT-Dotierungsprof il aufweisen, und eine metallische Wärmesenke (28), mit der die Diodenkörper (l8) jeweils mit einer ersten Oberfläche in elektrischem und thermischem Kontakt sind.

19« Halbleiterbauelement nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß auf zweiten Oberflächen der Diodenkörper (l8) jeweils eine Metallschicht (l?) aufgebracht ist für untereinander verbindende Kontakte.

2Oo Halbleiterbauelement nach Anspruch l8 oder 19» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die metallische Wärmesenke (28) und die erste Oberfläche der Diodenkörper (l8) eine Schicht eines mit dem Material des Diodenkörpers eine Schottky=Sperrschicht

■ bildenden Metalls ausgebildet ist.

21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch

■ eine Schicht (12) eines hochtemperaturbeständigen Metalls zwi-

sehen der die Schottky-Sperrschicht bildenden Metallschicht (il) und der Metallwärmesenke (28)«,

22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, dadurch gekennseichj net, daß die Diodenkörper ein η η p-Dotierungsprofil haben

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und die die Schottky-Sperrschicht bildende Metallschicht (ll) an den p-Bereich angrenzt»

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