JP2006108655A - Semiconductor device, high frequency amplifier and portable information terminal - Google Patents
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Abstract
【課題】チップ面積の増大を抑制しつつ、電流コラプス現象を低減することができる半導体装置と高周波増幅器を提供する。
【解決手段】半導体装置は、GaAs基板6と、GaAs基板の上に設けられたサブコレクタ層5と、サブコレクタ層5の上の一部に設けられたコレクタ層4と、コレクタ層4の上に設けられたベース層(第1の半導体層)3と、ベース層3のうち真性ベース領域11の上に設けられた第2エミッタ層(第2の半導体層)2aと、ベース層3のうち外部ベース領域2aの上に設けられた第2エミッタ層(第2の半導体層)2bと、第2エミッタ層2aの上に設けられた第1エミッタ層1とを有している。
【選択図】図1Provided are a semiconductor device and a high-frequency amplifier capable of reducing a current collapse phenomenon while suppressing an increase in chip area.
A semiconductor device includes a GaAs substrate, a subcollector layer provided on the GaAs substrate, a collector layer provided on a part of the subcollector layer, and a collector layer. A base layer (first semiconductor layer) 3 provided on the base layer 3, a second emitter layer (second semiconductor layer) 2a provided on the intrinsic base region 11 of the base layer 3, and a base layer 3 It has a second emitter layer (second semiconductor layer) 2b provided on the external base region 2a, and a first emitter layer 1 provided on the second emitter layer 2a.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いた半導体装置、高周波増幅器および携帯情報端末の小型化に関するものである。 The present invention relates to miniaturization of semiconductor devices, high-frequency amplifiers, and portable information terminals using heterojunction bipolar transistors.
GaAs系化合物半導体は優れた高周波特性をもつことから、例えば携帯電話等の高周波部品として多用されている。中でもGaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下HBT)は、従来のGaAs電界効果トランジスタ(FET)と異なり正電源のみで動作が可能であることから、高周波トランジスタとして特に需要が高まってきている。 Since GaAs compound semiconductors have excellent high frequency characteristics, they are frequently used as high frequency components such as mobile phones. Among them, a GaAs heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as HBT) can operate with only a positive power supply, unlike a conventional GaAs field effect transistor (FET), and thus is particularly in demand as a high-frequency transistor.
GaAsはSiと比べて熱伝導率が低いため、GaAsを用いたHBTにおいては自己発熱による不均一動作を起こしやすい。一般に、HBTは、図18に示すように複数のユニットHBT100を並列に接続して使用する。図18は、従来の半導体装置の構造を示す断面図である。このようなユニットHBT100では、加える電力の値が大きくなると自己発熱によって各ユニットHBT100の温度は上昇する。温度が上昇するとターンオン電圧が下がるためコレクタ電流が増加し、これによって更に自己発熱量が増えるためHBT100の温度も更に上昇する。このようにコレクタ電流とユニットHBT100の温度との間には正帰還がかかる。本来ならこの正帰還によりコレクタ電流が急上昇しユニットHBT100は破壊されるはずであるが、実際にはコレクタ電流が急速に減少するといったGaAs HBT特有の現象が起こる。この原因は、実際の各ユニットHBT100の熱抵抗間にある微小な抵抗値の差であり、この差によって各ユニットHBT100間では温度上昇が不均一となる。その結果、最も温度の高くなったユニットHBT100のみに電流が流れ、それ以外の部分では電流が減少してしまい、全体としてのコレクタ電流が急激に減少してしまうのである。このコレクタ電流の急激な減少は一般に電流コラプス現象と呼ばれており、これはGaAs HBTではよく起こるものとして知られている。
Since GaAs has lower thermal conductivity than Si, HBT using GaAs tends to cause non-uniform operation due to self-heating. In general, an HBT is used by connecting a plurality of
電流コラプス現象を低減するためには各ユニットHBTのベースにバラスト抵抗を付加して使用するのが一般的である。ところがベースは高周波入力端子として使用する場合が多く、そのような構造でベースにバラスト抵抗を付加すると利得が低下しその結果電力効率も悪くなってしまうという課題があった(例えば非特許文献1参照)。 In order to reduce the current collapse phenomenon, it is common to use a ballast resistor added to the base of each unit HBT. However, the base is often used as a high-frequency input terminal, and if a ballast resistor is added to the base with such a structure, there is a problem that the gain is reduced and as a result, the power efficiency is also deteriorated (see, for example, Non-Patent Document 1). ).
この課題を解決する2つの方法が提案されている。図19および図20は、従来においてベースにバラスト抵抗を付加した場合に電力効率の低下を防止するための構造を示す回路図である。図19に示すように、第1の方法は、各ユニットHBTに接続されたベースバラスト抵抗113にキャパシタ129を並列させ、高周波入力をキャパシタでバイパスさせる方法である(例えば特許文献1および特許文献2参照)。
Two methods for solving this problem have been proposed. 19 and 20 are circuit diagrams showing a structure for preventing a reduction in power efficiency when a ballast resistor is added to the base in the prior art. As shown in FIG. 19, the first method is a method in which a
第2の方法としては、図20に示すように、各ユニットHBTにそれぞれDC入力端子115とRF入力端子116を設け、DC入力端子115にはベースバラスト抵抗113を、RF入力端子116にはキャパシタを接続するものである(例えば特許文献3参照)。より具体的には、ベースバラスト抵抗113はDC入力端子115とユニットHBT125のベースとの間に接続する。一方、キャパシタ129は、RF入力端子116とユニットHBT125のベースとの間に接続する。このような構成とすることにより、RF入力信号はベースバラスト抵抗113を経由せずにユニットHBT125のベースへ入力されるので、ベースバラスト抵抗による電流コラプス現象を低減しつつ、且つ利得が低下しないという特性を実現することができる。
しかしながら、上述の第1の方法において利得を高くするには並列においたキャパシタ129の容量値を十分大きくする必要がある。その結果、より大きなチップ面積が必要になるといった不具合が生じてしまう。
However, in order to increase the gain in the first method, it is necessary to sufficiently increase the capacitance value of the
一方、上述の第2の方法においても、DCとRFとを別々に入力することとしているため、DC入力配線とRF入力配線とを別々に設ける必要があることと、各ユニットHBTにキャパシタ129が接続されていることとが原因となって必要とするチップ面積が大きくなってしまうことといった不具合が生じてしまう。
On the other hand, in the second method described above, since DC and RF are input separately, it is necessary to separately provide DC input wiring and RF input wiring, and a
本発明の目的は、チップ面積の増大を抑制しつつ、電流コラプス現象の低減が可能であって利得が低下しない半導体装置、高周波増幅器および携帯情報端末を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device, a high-frequency amplifier, and a portable information terminal capable of reducing a current collapse phenomenon and preventing a gain from being reduced while suppressing an increase in chip area.
本発明では、チップの小型化を実現するため、トランジスタ内部にキャパシタを内臓する。 In the present invention, a capacitor is built in the transistor in order to reduce the size of the chip.
具体的には、本発明における第1の半導体装置は、真性ベース領域および外部ベース領域を有する第1の半導体層と、前記真性ベース領域の上に設けられ、エミッタ領域またはコレクタ領域となる第2の半導体層と、前記外部ベース領域の一部の上に設けられた容量膜と、前記容量膜の上に設けられた電極と、前記外部ベース領域の他部の上に設けられたベース電極とを備えている。 Specifically, a first semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor layer having an intrinsic base region and an external base region, and a second semiconductor layer provided on the intrinsic base region and serving as an emitter region or a collector region. A semiconductor layer, a capacitive film provided on a part of the external base region, an electrode provided on the capacitive film, and a base electrode provided on the other part of the external base region, It has.
この構造では、ユニットHBT内に、第2の半導体層、容量膜および電極からなるキャパシタを設けているため、チップ面積の小型化を図りつつ、電流コプラス現象を抑制することができる。 In this structure, since the capacitor composed of the second semiconductor layer, the capacitive film, and the electrode is provided in the unit HBT, the current coplus phenomenon can be suppressed while reducing the chip area.
本発明における第1の半導体装置において、前記容量膜はInxGayP膜(0.4≦x≦0.6, 0.4≦y≦0.6, x+y=1)であってもよい。この場合には、InxGayPの比誘電率は大きいため、キャパシタで保持できる容量の値を大きくすることができる。 In the first semiconductor device of the present invention, the capacitor film may be an In x Ga y P film (0.4 ≦ x ≦ 0.6, 0.4 ≦ y ≦ 0.6, x + y = 1). In this case, since the relative dielectric constant of In x Ga y P is large, the value of the capacity that can be held by the capacitor can be increased.
本発明における第1の半導体装置において、前記InxGayP膜は、10nm以上50nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜の膜厚を薄くすることにより、キャパシタの体積を小さくすることができる。なお、容量膜がInxGayPである場合には、エピタキシャル成長によって容量膜を形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。 In the first semiconductor device of the present invention, the In x Ga y P film preferably has a thickness of 10 nm to 50 nm. Thus, by reducing the thickness of the capacitor film, the volume of the capacitor can be reduced. Note that when the capacitive film is In x Ga y P, the capacitive film can be formed by epitaxial growth, and therefore, leakage current hardly occurs even if the film thickness is reduced.
本発明における第1の半導体装置において、前記容量膜はInP膜であってもよい。 In the first semiconductor device of the present invention, the capacitor film may be an InP film.
本発明における第1の半導体装置において、前記InP膜は、10nm以上100nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜の膜厚を薄くすることにより、キャパシタの体積を小さくすることができる。なお、容量膜がInP膜である場合には、エピタキシャル成長によって容量膜を形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。 In the first semiconductor device of the present invention, the InP film preferably has a thickness of 10 nm to 100 nm. Thus, by reducing the thickness of the capacitor film, the volume of the capacitor can be reduced. In the case where the capacitive film is an InP film, it is possible to form the capacitive film by epitaxial growth. Therefore, even if the film thickness is reduced, leakage current hardly occurs.
本発明における第1の半導体装置において、前記容量膜はInxAlyAs膜(0.5≦x≦0.55, 0.45≦y≦0.5, x+y=1)であることが好ましい。 In the first semiconductor device of the present invention, the capacitor film is preferably an In x Al y As film (0.5 ≦ x ≦ 0.55, 0.45 ≦ y ≦ 0.5, x + y = 1).
本発明における第1の半導体装置において、前記InxAlyAs膜は、10nm以上150nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜の膜厚を薄くすることにより、キャパシタの体積を小さくすることができる。なお、容量膜がInxAlyAs膜である場合には、エピタキシャル成長によって容量膜を形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。 In the first semiconductor device of the present invention, the In x Al y As film preferably has a thickness of 10 nm to 150 nm. Thus, by reducing the thickness of the capacitor film, the volume of the capacitor can be reduced. In the case where the capacitive film is an In x Al y As film, it is possible to form the capacitive film by epitaxial growth. Therefore, even if the film thickness is reduced, leakage current hardly occurs.
本発明における第1の半導体装置において、前記容量膜はAlxGayAs膜(0.2≦x≦0.4, 0.6≦y≦0.8, x+y=1)であることが好ましい。 In the first semiconductor device of the present invention, the capacitor film is preferably an Al x Ga y As film (0.2 ≦ x ≦ 0.4, 0.6 ≦ y ≦ 0.8, x + y = 1).
本発明における第1の半導体装置において、前記AlxGayAs膜は、10nm以上100nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜の膜厚を薄くすることにより、キャパシタの体積を小さくすることができる。なお、容量膜がAlxGayAs膜である場合には、エピタキシャル成長によって容量膜を形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。 In the first semiconductor device of the present invention, the Al x Ga y As film preferably has a thickness of 10 nm to 100 nm. Thus, by reducing the thickness of the capacitor film, the volume of the capacitor can be reduced. In the case where the capacitive film is an Al x Ga y As film, the capacitive film can be formed by epitaxial growth, and therefore, a leakage current hardly occurs even if the film thickness is reduced.
本発明における第1の半導体装置において、前記電極は第1の入力端子であり、前記ベース電極は第2の入力端子であってもよい。 In the first semiconductor device of the present invention, the electrode may be a first input terminal, and the base electrode may be a second input terminal.
本発明における第1の半導体装置において、前記電極と前記ベース電極とが電気的に接続される第1接続部をさらに備え、前記第1接続部は入力端子であってもよい。 The first semiconductor device according to the present invention may further include a first connection part that electrically connects the electrode and the base electrode, and the first connection part may be an input terminal.
本発明における第1の半導体装置は、抵抗体をさらに備え、前記抵抗体の一端は前記ベース電極に接続され、他端は第1の入力端子であってもよい。この場合には、ベース電極に入力されるDC入力を第1の入力端子とし、電極に入力されるRF入力を第1の端子とは異なる端子とすることにより、RF入力信号を抵抗を介することなく電極に入力できるようになる。したがって、利得の低減を防止することができる。また、ベース電極に抵抗体を接続することにより、トランジスタの自己発熱による不均一動作を低減することができる。 The first semiconductor device according to the present invention may further include a resistor, one end of the resistor being connected to the base electrode, and the other end being a first input terminal. In this case, the DC input input to the base electrode is a first input terminal, and the RF input input to the electrode is a terminal different from the first terminal, whereby the RF input signal is passed through a resistor. Without being able to input to the electrode. Therefore, a reduction in gain can be prevented. In addition, by connecting a resistor to the base electrode, nonuniform operation due to self-heating of the transistor can be reduced.
なお、本発明における第1の半導体装置は、前記ベース電極と一端が接続される抵抗体と、前記抵抗体の他端と前記電極とが接続される第2接続部とをさらに備え、前記第2接続部は入力端子であってもよい。この場合にも、RF入力信号を抵抗を介することなく電極に入力できるようになる。したがって、利得の低減を防止することができる。また、ベース電極に抵抗体を接続することにより、トランジスタの自己発熱による不均一動作を低減することができる。 The first semiconductor device according to the present invention further includes a resistor to which the base electrode and one end are connected, and a second connection portion to which the other end of the resistor and the electrode are connected. The two connecting portions may be input terminals. Also in this case, an RF input signal can be input to the electrode without passing through a resistor. Therefore, a reduction in gain can be prevented. In addition, by connecting a resistor to the base electrode, nonuniform operation due to self-heating of the transistor can be reduced.
本発明における第1の半導体装置において、前記ベース電極は抵抗体として機能してもよい。この場合には抵抗体を別途設けなくてもよいため、素子の小型化が可能となる。また、また、ベース電極に抵抗体を内蔵することにより、トランジスタの自己発熱による不均一動作を低減することができる。 In the first semiconductor device of the present invention, the base electrode may function as a resistor. In this case, since it is not necessary to provide a separate resistor, the element can be miniaturized. In addition, by incorporating a resistor in the base electrode, nonuniform operation due to self-heating of the transistor can be reduced.
本発明における第1の半導体装置において、前記第1の半導体層の下方に設けられた第3の半導体層をさらに備え、前記第3の半導体層はコレクタ領域であって、前記第2の半導体層はエミッタ領域であってもよい。 The first semiconductor device of the present invention further includes a third semiconductor layer provided below the first semiconductor layer, wherein the third semiconductor layer is a collector region, and the second semiconductor layer May be the emitter region.
本発明における第1の半導体装置において、前記第1の半導体層の下方に設けられた第3の半導体層をさらに備え、前記第3の半導体層はエミッタ領域であって、前記第2の半導体層はコレクタ領域であってもよい。 The first semiconductor device according to the present invention further comprises a third semiconductor layer provided below the first semiconductor layer, the third semiconductor layer being an emitter region, and the second semiconductor layer. May be a collector region.
本発明における第1の半導体装置を用いて高周波増幅器を構成してもよい。 A high-frequency amplifier may be configured using the first semiconductor device according to the present invention.
本発明における第1の半導体装置を用いて高周波増幅器を構成してもよく、この高周波増幅器は、前記ベース電極に接続されたDC入力端子と、前記電極に接続されるRF入力端子とを備えていてもよい。 A high-frequency amplifier may be configured using the first semiconductor device according to the present invention, and the high-frequency amplifier includes a DC input terminal connected to the base electrode and an RF input terminal connected to the electrode. May be.
本発明における第1の半導体装置を用いて高周波増幅器を構成してもよく、この高周波増幅器は、前記DC入力端子に接続されるバイアス回路と、前記RF入力端子に接続される入力整合回路とを備えていてもよい。 A high-frequency amplifier may be configured using the first semiconductor device according to the present invention. The high-frequency amplifier includes a bias circuit connected to the DC input terminal and an input matching circuit connected to the RF input terminal. You may have.
本発明における第1の半導体装置を用いて携帯情報端末を構成してもよい。 You may comprise a portable information terminal using the 1st semiconductor device in this invention.
本発明における第1の半導体装置を用いて携帯情報端末を構成してもよく、この携帯情報端末は、前記半導体装置を有する送信増幅器と、前記送信増幅器に接続されるアンテナと、前記送信増幅器と前記アンテナとの間に介在し、前記送信増幅器と前記アンテナとの電気的な接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えていてもよい。 A portable information terminal may be configured using the first semiconductor device according to the present invention. The portable information terminal includes a transmission amplifier having the semiconductor device, an antenna connected to the transmission amplifier, and the transmission amplifier. There may be provided an antenna switch that is interposed between the antenna and switches the electrical connection between the transmission amplifier and the antenna.
本発明における第1の半導体装置を用いた携帯情報端末において、前記送信増幅器は、前記ベース電極に接続されるDC入力端子と、前記電極に接続されるRF入力端子と、前記DC入力端子に接続されたバイアス回路と、前記RF入力端子に接続される入力整合回路とを備えていてもよい。 In the portable information terminal using the first semiconductor device according to the present invention, the transmission amplifier is connected to the DC input terminal connected to the base electrode, the RF input terminal connected to the electrode, and the DC input terminal. And an input matching circuit connected to the RF input terminal.
本発明の半導体装置、高周波増幅器および携帯情報端末では、キャパシタをトランジスタ本体に内蔵するため、電流コプラス現象を低減しつつ、チップサイズの小型化が可能となる。また、ベース電極部に抵抗体を接続または内蔵することにより、トランジスタの自己発熱による不均一動作を低減することができる。また、RF入力を抵抗を経由せずトランジスタに入力することができるため、高い利得および高い効率を実現することができる。 In the semiconductor device, the high-frequency amplifier, and the portable information terminal of the present invention, since the capacitor is built in the transistor body, the chip size can be reduced while reducing the current co-plus phenomenon. In addition, by connecting or incorporating a resistor in the base electrode portion, nonuniform operation due to self-heating of the transistor can be reduced. Further, since the RF input can be input to the transistor without going through a resistor, high gain and high efficiency can be realized.
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る高周波半導体装置の基本回路例を示す図である。図1では、GaAs基板上にエピタキシャル成長法を用いて形成されたHBTを例として示している。 FIG. 1 is a diagram illustrating a basic circuit example of the high-frequency semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 shows an example of HBT formed on a GaAs substrate using an epitaxial growth method.
図1に示すように、本実施形態の半導体装置は、GaAs基板6と、GaAs基板6の上に設けられ、5×1018cm-3の不純物濃度を有する厚さ600nmのn+−GaAsからなるサブコレクタ層5と、サブコレクタ層5の上の一部に設けられ、1×1016cm-3の不純物濃度を有する厚さ800nmのn-−GaAsからなるコレクタ層4と、コレクタ層4の上に設けられ、4×1019cm-3の不純物濃度を有する厚さ80nmのp−GaAsからなるベース層(第1の半導体層)3と、ベース層3のうち真性ベース領域11の上に設けられ、3×1017cm-3の不純物濃度を有する厚さ30nmのn−In0.5Ga0.5Pからなる第2エミッタ層(第2の半導体層)2aと、ベース層3のうち外部ベース領域12の上に設けられ、3×1017cm-3の不純物濃度を有する厚さ30nmのn−In0.5Ga0.5Pからなる第2エミッタ層(第2の半導体層)2bと、第2エミッタ層2aの上に設けられ、3×1018〜2×1019cm-3の不純物濃度を有する厚さ200nmのn+−InxGayP(0≦x≦0.5, 0.5≦y≦1, x+y=1)からなる第1エミッタ層1とを有している。ここで、第1エミッタ層1の上にはエミッタ電極7が設けられ、ベース層3のうち外部ベース領域12の上には、第2エミッタ層2aおよび第1エミッタ層1と離間してベース電極8が設けられている。第2エミッタ層2bの上には容量上部電極9が設けられている。サブコレクタ層5の上にはコレクタ電極10が設けられている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes a
図1に示す半導体装置は、レジストマスクを使用して、ウェットエッチング、ドライエッチングまたは電極蒸着などの通常の半導体の製造方法を用いて作成すればよい。なお、真性ベース領域11とは、図1に示すように、ベース層3のうちエミッタ電流またはコレクタ電流の流れる領域のことであり、外部ベース領域12とは、ベース層3のうちエミッタ電流またはコレクタ電流の流れる領域以外の領域のことであり、外部ベース領域12は真性ベース領域11を囲んでいる。
The semiconductor device illustrated in FIG. 1 may be manufactured using a normal semiconductor manufacturing method such as wet etching, dry etching, or electrode evaporation using a resist mask. As shown in FIG. 1,
第2エミッタ層2bには以下の理由により容量が蓄積される。ベース層3がp−GaAsからなり、第2エミッタ層2bがn−In0.5Ga0.5Pからなるため、これら2つの層の間にはp−n接合が形成され、この部分には接合容量が生じる。ベース層3のp型ドーピング濃度(4×1019cm-3)は第2エミッタ層2のn型ドーピング濃度(3×1017cm-3)と比べて約2桁高く、第2エミッタ層2bは30nmと薄いため、p−n接合のビルトイン電圧(Vbi)により第2エミッタ層2bは完全に空乏化する。その結果、容量上部電極9、第2エミッタ層2bおよびベース層3はキャパシタとして機能することになる。
A capacitance is accumulated in the
ベース電極8の外部にはベースバラスト抵抗13の一端が接続され、ベースバラスト抵抗13の他端はDC入力端子15となる。一方、容量上部電極9はRF入力端子16となる。
One end of a
本実施形態によれば、ユニットHBT内部にベース電極8および容量上部電極9が形成されているため、DC入力、RF入力を分けた基本回路を容易に構成することが可能となる。これにより、ベースバラスト抵抗13によって電流コラプス現象の発生を抑制できる。それと共に、RF入力信号がベースバラスト抵抗13を経由せずにHBTへ入力されるので、高い利得と高い効率とを実現することが可能となる。なお、ベースバラスト抵抗13としては、NiCr等の金属薄膜抵抗や半導体層を用いた半導体抵抗が一般的に用いられる。
According to the present embodiment, since the
図18および図19に示すような従来のHBTにおけるキャパシタは、通常、プラズマCVD法によって堆積された膜厚200nm程度のSiN膜を絶縁膜(I)として有するM-I-M構造である。SiN膜が200nmの場合、1um2あたりの容量値は3.1×10-16(F/um2)となる。単位面積あたりの容量値を更に増加させるためにはSiN膜厚を200nm以下にすればよい。しかしながら、200nm以下の膜厚のSiN膜では、堆積装置の限界から膜厚のばらつきが大きくなりやすい。また、下地電極にダストなどの異物が存在した場合には、そこを起点にSiN膜に穴が生じて漏れ電流や短絡が生じてしまう問題がある。つまり、従来のキャパシタにおいて、単位面積あたりの容量値を上記値よりも増加させるのは困難である。 The capacitor in the conventional HBT as shown in FIGS. 18 and 19 usually has a MIM structure having, as an insulating film (I), a SiN film having a thickness of about 200 nm deposited by a plasma CVD method. If the SiN film is 200 nm, the capacitance value per 1um 2 becomes 3.1 × 10 -16 (F / um 2). In order to further increase the capacitance value per unit area, the SiN film thickness should be 200 nm or less. However, the SiN film having a film thickness of 200 nm or less tends to have a large variation in film thickness due to the limit of the deposition apparatus. In addition, when foreign matter such as dust is present on the base electrode, there is a problem that a hole is formed in the SiN film from that point and leakage current or short circuit occurs. That is, in the conventional capacitor, it is difficult to increase the capacitance value per unit area from the above value.
一方、本実施形態のキャパシタでは、30nmの膜厚を有するn−In0.5Ga0.5P層(第2エミッタ層2b)がM-I-M構造の絶縁膜(I)に相当する。In0.5Ga0.5Pの比誘電率は約11.9であり、SiN膜の比誘電率約7.0より1.7倍大きい。さらに、In0.5Ga0.5Pはエピタキシャル成長によって形成されるため、200nm以下の膜厚でも漏れ電流を生ずることがない。その結果、1um2あたりの容量値は、膜厚200nmのSiN膜を絶縁膜として有する従来のM-I-M容量の約11.3倍の35.1×10-16(F/um2)という高い値となる。
On the other hand, in the capacitor of this embodiment, the n-In 0.5 Ga 0.5 P layer (
ここで、ユニットHBTには、高周波特性を確保するために0.3pF程度のキャパシタを組み込むことが一般的である(先行技術文献4参照)。SiN膜を用いた従来のキャパシタでは、0.3pFを実現するためには約970μm2の面積を必要とするが、本実施形態では、わずか約86μm2の面積で0.3pFの容量値を実現できる。具体的には、ユニットHBTは通常20μm〜30μmの長さで作成されることを考慮すると、例えば容量上部電極9の幅を4.3μm、ユニットHBTの長さを20μmとしたり、あるいは容量上部電極9の幅を2.9μm、 ユニットHBTの長さを30μmとすることにより、面積を約86μm2とすることができる。このようにキャパシタの小型化が可能であるため、本実施形態では、従来のようにキャパシタを外付けにすることなくユニットHBTの内部に取り込むことができる。これにより、チップ面積の大幅な縮小が可能になる。
Here, the unit HBT generally incorporates a capacitor of about 0.3 pF in order to ensure high-frequency characteristics (see Prior Art Document 4). In the conventional capacitor using the SiN film, an area of about 970 μm 2 is required to realize 0.3 pF, but in this embodiment, a capacitance value of 0.3 pF is realized with an area of only about 86 μm 2. it can. Specifically, considering that the unit HBT is usually formed with a length of 20 μm to 30 μm, for example, the width of the capacitor
なお、図1に示す構造では、真性ベース領域11に設けられた第2エミッタ層2bと外部ベース領域12に設けられた第2エミッタ層2aとは分離されているが、これらは必ずしも分離する必要はなく、図2に示すように1つの第2エミッタ層2を設けてもよい。図2は、第1の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。このように第2エミッタ層2を形成した場合にも、第2エミッタ層2のうち外部ベース領域12の上に配置する部分は高濃度のp型ベース層3によって完全に空乏化し、導電性を有さない。そのため、エミッタ電極7と容量上部電極9は短絡しない。
In the structure shown in FIG. 1, the
また、図1に示す構造では、ベース電極8をp型ベース層3の上に形成したが、図2に示すように、ベース電極8を第2エミッタ層2の上に形成してもよい。この場合には、例えばベース電極8をPt/Ti/Pt/Auといった多層構造として300℃程度の熱処理を行うことにより、第2エミッタ層2のうちベース電極8の下に配置する部分に合金領域14を形成すればよい。つまり、合金領域14を介して、ベース層3とベース電極8とをオーミック接触させればよい。
In the structure shown in FIG. 1, the
なお、図1および図2では、1つのユニットHBTに1つのベースバラスト抵抗13を接続する構造について説明したが、図3に示すようにn個(n=2,3,・・・・)のユニットHBTに1つのベースバラスト抵抗13を接続する構成としてもよい。図3は、第1の実施形態の半導体装置の変形例を示す図である。このような構成としても、電流コラプス現象の発生する実情に応じてnの値を決めるなどHBTの製造条件を調整することができる。
1 and 2, the structure in which one
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る高周波半導体装置の構造について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
The structure of the high-frequency semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図4は第2の実施形態に係る半導体装置の基本回路例を示す図である。図4における半導体装置は、ベース電極8そのものがDC入力端子15となる点を除いて図1に示す構造と同様の構造を有する。したがってその詳細な説明を省略する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a basic circuit example of the semiconductor device according to the second embodiment. The semiconductor device in FIG. 4 has the same structure as that shown in FIG. 1 except that the
図5は、第2の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。本実施形態では、図5に示す半導体装置のように、真性ベース領域11と外部ベース領域12とに跨る1つの第2エミッタ層2を形成してもよく、また、第2エミッタ層2の上にベース電極8を形成して、合金領域14によってベース電極8とベース層3とを電気的に接続してもよい。なお、これらの構造については第1の実施形態で述べた通りであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the semiconductor device according to the second embodiment. In the present embodiment, as in the semiconductor device shown in FIG. 5, one second emitter layer 2 straddling the
図6は、第2の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。本実施形態では、図6に示す半導体装置のように、図4および図5に示すユニットHBTを並列接続してもよい。このような構成としても、電流コラプス現象の発生する実情に応じて製造条件を調整することができるのは第1の実施形態で述べたとおりである。 FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the semiconductor device according to the second embodiment. In the present embodiment, like the semiconductor device shown in FIG. 6, the unit HBTs shown in FIGS. 4 and 5 may be connected in parallel. Even with such a configuration, as described in the first embodiment, the manufacturing conditions can be adjusted in accordance with the actual occurrence of the current collapse phenomenon.
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、キャパシタを外付けすることなくユニットHBT内部に取り込むことが可能であることから、チップ面積の大幅な縮小が可能となる。また、RF入力端子16はDC入力端子15と別端子となっておりRF入力信号はベース電極8を経由せずユニットHBTへ入力されるため、上述したようにベース内部抵抗が高い場合も利得が低下しない。したがって、高い利得と高い効率を実現できる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, since the capacitor can be taken into the unit HBT without attaching an external capacitor, the chip area can be greatly reduced. Further, since the
(第3の実施形態)
以下に、本発明の第3の実施形態に係る高周波半導体装置の構造について図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
The structure of the high-frequency semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図7は第3の実施形態に係る高周波半導体装置の基本回路例を示す図である。図7に示す半導体装置では、ベース電極8と前記容量上部電極9とが電気的に接続されて、DC/RF共通入力端子17となっている。それ以外の構造は図1に示す構造と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
FIG. 7 is a diagram illustrating a basic circuit example of the high-frequency semiconductor device according to the third embodiment. In the semiconductor device shown in FIG. 7, the
図8は、第3の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。本実施形態では、図8に示す半導体装置のように、真性ベース領域11と外部ベース領域12とに跨る1つの第2エミッタ層2を形成してもよく、また、第2エミッタ層2の上にベース電極8を形成して合金領域14によってベース電極8とベース層3とを電気的に接続してもよい。なお、これらの構造については第1の実施形態で述べた通りであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a modification of the semiconductor device according to the third embodiment. In the present embodiment, as in the semiconductor device shown in FIG. 8, one second emitter layer 2 straddling the
図9は、第3の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す図である。本実施形態では、図9に示す半導体装置のように、図7および図8に示すユニットHBTを並列接続してもよい。このような構成としても、電流コラプス現象の発生する実情に応じて製造条件を調整することができるのは第1の実施形態で述べたとおりである。 FIG. 9 is a diagram illustrating a modification of the semiconductor device according to the third embodiment. In the present embodiment, the unit HBTs shown in FIGS. 7 and 8 may be connected in parallel as in the semiconductor device shown in FIG. Even with such a configuration, as described in the first embodiment, the manufacturing conditions can be adjusted in accordance with the actual occurrence of the current collapse phenomenon.
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、キャパシタを外付けすることなくユニットHBT内部に取り込むことが可能であることから、チップ面積の大幅な縮小が可能となる。 In the present embodiment, as in the first embodiment, since the capacitor can be taken into the unit HBT without attaching an external capacitor, the chip area can be greatly reduced.
(第4の実施形態)
以下に、本発明の第4の実施形態に係る高周波増幅器の構造について図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
The structure of the high-frequency amplifier according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図10(a)は、第4の実施形態に係る高周波増幅器を示す回路図である。図10(a)では、エミッタ接地型1段増幅器を例として示している。 FIG. 10A is a circuit diagram showing a high-frequency amplifier according to the fourth embodiment. FIG. 10A shows a grounded-emitter single-stage amplifier as an example.
図10(a)に示すように、本実施形態の高周波増幅器では、HBT25のエミッタは接地され、HBT25のDC入力(ベース)は、DC入力端子15を介してバイアス回路20と接続されている。これにより、HBT25のベース電圧またはベース電流が制御される。HBT25が所望の周波数でRF特性を確保できるように、HBT25の入力端子21には入力整合回路22が、出力端子24には出力整合回路23がそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 10A, in the high frequency amplifier of this embodiment, the emitter of the
ここで、HBT25としては、例えば図1や図2に示すユニットHBTを並列接続したものを用いる。図10(b)は、第4の実施形態において、ユニットHBTを並列接続した半導体装置を示す図である。図10(b)に示すように、各ユニットHBT27のベース電極8にはベースバラスト抵抗13が接続されている。図10(c)は、図10(b)に示す構造を等価回路で表した回路図である。
Here, as the
本実施形態の高周波増幅器では、各ユニットHBT27にベースバラスト抵抗13が設けられているので電流コラプス現象の発生を抑制できる。それと共に、RF入力信号がベースバラスト抵抗13を経由せずに各ユニットHBT27へ入力されるので、高い利得と高い効率とを実現することが可能となる。
In the high-frequency amplifier of this embodiment, since the
また、本実施形態では、従来のようにキャパシタを外付けすることなくユニットHBT27内部に取り込むことができる。これにより、チップ面積の大幅な縮小が可能となり、低コストで高周波増幅器を製造することができる。
In the present embodiment, it is possible to incorporate the capacitor into the
また、図10(b)では、各ユニットHBT27にベースバラスト抵抗13が接続されているが、図3に示すようにn個のユニットHBT27につき1つのベースバラスト抵抗13を接続してもよいし、図6および図9に示すようにベースバラスト抵抗を接続しなくてもよい。ただし、図9に示すHBTを用いる場合は、図9の回路を図11(b)に示すように結線して図11(a)に示すような増幅器を形成すればよい。なお、図11(a)は、第4の実施形態に係る高周波増幅器の変形例を示す回路図であり、図11(b)は、第4の実施形態において、ユニットHBTを並列接続した半導体装置を示す図であり、図11(c)は図11(b)を等価回路であらわした回路図であり、図11(a)に示すHBT25に相当する回路を示す。
10B, the
また、図10(a)〜図11(c)では1段増幅器の例を用いて説明しているが、本実施形態ではそれ以外の回路構成の増幅器を用いてもよい。例えば、多段増幅器を用いてもよい。 Further, although FIGS. 10A to 11C are described using an example of a single-stage amplifier, an amplifier having a circuit configuration other than that may be used in this embodiment. For example, a multistage amplifier may be used.
(第5の実施形態)
以下に、本発明の第5の実施形態に係る高周波半導体装置の構造について図面を参照しながら説明する。
(Fifth embodiment)
The structure of the high-frequency semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図12は、第5の実施形態に係る高周波半導体装置の基本回路例を示す図である。図12に示す半導体装置では、ベース電極30が抵抗の役割を兼ねること以外は図1に示す構造と同様であるのでその説明を省略する。ベース電極30に抵抗の役割を兼ねさせるためには、ベース電極30とベース層3との接触抵抗率を例えば1×10-5Ωcm-2程度まで高くするか、あるいは、導電率が極めて低い材料をベース電極30として用いることによりベース電極30の内部抵抗を大きくし、ベース電極30自身をベースバラスト抵抗として機能させればよい。
FIG. 12 is a diagram illustrating a basic circuit example of the high-frequency semiconductor device according to the fifth embodiment. The semiconductor device shown in FIG. 12 is the same as the structure shown in FIG. 1 except that the
図13は、第5の実施形態に係る高周波半導体装置の変形例を示す図である。本実施形態では、図13に示す半導体装置のように、真性ベース領域11と外部ベース領域12とに跨る1つの第2エミッタ層2を形成してもよく、また、第2エミッタ層2の上にベース電極8を形成して合金領域14によってベース電極8とベース層3とを電気的に接続してもよい。なお、これらの構造については第1の実施形態で述べた通りであるので、その詳細な説明は省略する。
FIG. 13 is a diagram illustrating a modification of the high-frequency semiconductor device according to the fifth embodiment. In the present embodiment, as in the semiconductor device shown in FIG. 13, one second emitter layer 2 straddling the
本実施形態では、電流コラプス現象の発生を抑制しつつ高い利得と高い効率とを実現できる。かつ、キャパシタを外付けすることなくユニットHBT内部に取り込むことが可能であることから、チップ面積の大幅な縮小が可能となる。 In the present embodiment, high gain and high efficiency can be realized while suppressing the occurrence of the current collapse phenomenon. In addition, since it can be taken into the unit HBT without attaching a capacitor externally, the chip area can be greatly reduced.
(第6の実施形態)
以下に、本発明の第6の実施形態に係る高周波増幅器の構造について図面を参照しながら説明する。
(Sixth embodiment)
The structure of the high-frequency amplifier according to the sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図14(a)は、第6の実施形態に係る高周波増幅器を示す回路図である。図14(a)では、エミッタ接地型1段増幅器を例として示している。 FIG. 14A is a circuit diagram showing a high-frequency amplifier according to the sixth embodiment. FIG. 14A shows a grounded-emitter single-stage amplifier as an example.
図14(a)に示すように、本実施形態の高周波増幅器では、HBT25のエミッタは接地され、HBT25のDC入力は、DC入力端子15を介してバイアス回路20と接続されており、これにより、HBT25のベース電圧またはベース電流が制御される。HBT25が所望の周波数でRF特性を確保できるように、HBT25の入力端子21には入力整合回路22が、出力端子24には出力整合回路23がそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 14A, in the high frequency amplifier of the present embodiment, the emitter of the
ここで、HBT25としては、例えば図12や図13に示すようなユニットHBTを並列接続した構造を有する図14(b)に示すようなものを用いる。図14(b)は、第6の実施形態において、ユニットHBTを並列接続した半導体装置を示す図である。図14(b)において、各ユニットHBT27のベース電極30は、抵抗としての機能も兼ね備えている。図14(c)は、図14(b)に示す構造を等価回路で表した回路図である。
Here, as the
本実施形態の高周波増幅器では、各ユニットHBT27のベース電極30がバラスト抵抗として機能するので電流コラプス現象の発生を抑制できる。同時に、RF入力は高抵抗のベース電極30を経由せずにHBTへ入力されるので、高い利得と高い効率とを実現することが可能となる。
In the high-frequency amplifier of this embodiment, the
また、本実施形態では、従来のようにキャパシタを外付けすることなくユニットHBT内部に取り込むことができる。これにより、チップ面積の大幅な縮小が可能となり、低コストで高周波増幅器を製造することができる。 Further, in the present embodiment, it is possible to take in the unit HBT without attaching a capacitor as in the prior art. As a result, the chip area can be greatly reduced, and a high-frequency amplifier can be manufactured at low cost.
また、図14(a)〜(c)では1段増幅器の例を用いて説明しているが、本実施形態では、それ以外の回路構成の増幅器を用いてもよい。例えば、多段増幅器を用いてもよい。 14A to 14C, an example of a single-stage amplifier is described. However, in the present embodiment, an amplifier having a circuit configuration other than that may be used. For example, a multistage amplifier may be used.
(第7の実施形態)
以下に、本発明の第7の実施形態に係る携帯情報端末について図面を参照しながら説明する。本実施形態の携帯情報端末は、第1〜第3、第5の実施形態に係る高周波半導体装置または第4、第6の実施形態に係る高周波増幅器を用いるものである。
(Seventh embodiment)
A portable information terminal according to the seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The portable information terminal of this embodiment uses the high-frequency semiconductor device according to the first to third and fifth embodiments or the high-frequency amplifier according to the fourth and sixth embodiments.
図15(a)は、第7の実施形態に係る携帯情報端末(携帯電話を含む)の無線通信フロントエンド部を示す回路図である。図15(a)に示すように、本実施形態に係る無線通信フロントエンド部は、送信増幅器44、受信低ノイズ増幅器45、アンテナスイッチ43およびアンテナ42から構成されている。アンテナスイッチ43は、アンテナ42と、送信増幅器44および受信低ノイズ増幅器45との間の接続を切り替える。受信低ノイズ増幅器45は端子46を介してダウンコンバータ(図示せず)に接続されている。一方、送信増幅器44は、端子47を介してアップコンバータ(図示せず)に接続されている。なお、ダウンコンバータはRF信号をIF信号にダウンコンバートし、アップコンバータはIF信号をRF信号にアップコンバートする。
FIG. 15A is a circuit diagram showing a wireless communication front end unit of a portable information terminal (including a mobile phone) according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 15A, the radio communication front-end unit according to the present embodiment includes a
図15(b)は、図15(a)に示す送信増幅器44の構成を示す回路図である。図15(b)では、送信増幅器44として、エミッタ接地型2段増幅器を使用する場合を例として示している。図15(b)に示すように、本実施形態の携帯情報端末における送信増幅器44では、図14(a)に示すような高周波増幅器が2段接続されている。HBT25のエミッタは接地され、HBT25のDC入力は、DC入力端子15を介してバイアス回路20と接続されることにより、HBT25のベース電圧またはベース電流を制御する。HBT25が所望の周波数でRF特性を確保できるように、入力端子21には入力整合回路22が、出力端子24には出力整合回路23が、段間には段間整合回路41が接続されている。
FIG. 15B is a circuit diagram showing a configuration of the
ここで、HBT25としては、例えば図12や図13に示すようなユニットHBTを並列接続した構造を有する図16(a)に示すものを用いる。図16(a)は、第7の実施形態において、ユニットHBTを並列接続した半導体装置を示す図である。図16(a)において、各ユニットHBT27のベース電極28は、抵抗としての機能も兼ね備えている。図16(b)は、図16(a)に示す構造を等価回路で表した回路図である。
Here, as the
本実施形態の携帯情報端末においては、送信増幅器44における各ユニットHBT27のベース電極28がバラスト抵抗として機能するので、電流コラプス現象の発生を抑制できる。同時に、RF入力は高抵抗のベース電極28を経由せずにユニットHBT27へ入力されるので、高い利得と高い効果とを実現することが可能となる。一般に、携帯情報端末における全使用電流の約7割程度が送信増幅器によって消費される。したがって、本実施形態の携帯情報端末のように、送信増幅器44が高効率化されると、長時間の通話やデータ通信が可能になる。
In the portable information terminal of this embodiment, since the
また、本実施形態では、従来のようにキャパシタを外付けにすることなくユニットHBT内部に取り込むことができる。これにより、チップ面積の大幅な縮小が可能となり、低コストでかつ小型の送信増幅器を製造することができるため、携帯情報端末の小型低コスト化が可能となる。 In the present embodiment, the capacitor can be taken into the unit HBT without externally attaching a capacitor as in the prior art. As a result, the chip area can be significantly reduced, and a low-cost and small-sized transmission amplifier can be manufactured. Therefore, the portable information terminal can be reduced in size and cost.
また、本実施形態では、第1〜第3、第5の実施形態において説明した高周波半導体装置を用いて送信増幅器を構成しても、同様の効果を得ることができる。また、送信増幅器として第4の実施形態で説明した高周波増幅器を用いても、同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the same effect can be obtained even if a transmission amplifier is configured using the high-frequency semiconductor device described in the first to third and fifth embodiments. The same effect can be obtained even when the high-frequency amplifier described in the fourth embodiment is used as the transmission amplifier.
(その他の実施形態)
上述の第1〜第7の実施形態では、第2エミッタ層2bであるInxGayP膜の組成比が、x=0.5、y=0.5である場合について説明した。しかしながら、本発明の適用できる組成比はそれに限られない。具体的には、InxGayP膜における各元素の組成比は、0.4≦x≦0.6, 0.4≦y≦0.6, x+y=1であることが好ましい。また、InxGayPは、10nm以上50nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜である第2エミッタ層2bの膜厚を薄くすることにより、キャパシタの面積を小さくすることができる。なお、第2エミッタ層2bがInxGayPである場合には、エピタキシャル成長によって容量膜を形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。
(Other embodiments)
In the first to seventh embodiments described above, the case where the composition ratio of the In x Ga y P film as the
また、本発明では、第2エミッタ層2bとしてInP膜を用いてもよい。また、InP膜の膜厚は、10nm以上100nm以下とすることが好ましい。このように、容量膜である第2エミッタ層2bの膜厚を薄くすることにより、キャパシタの面積を小さくすることができる。InP膜はエピタキシャル成長によって形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。
In the present invention, an InP film may be used as the
また、本発明では、第2エミッタ層2bとしてInxAlyAs膜(0.5≦x≦0.55, 0.45≦y≦0.5, x+y=1)を用いてもよい。また、InxAlyAs膜は、10nm以上150nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜である第2エミッタ層2bの膜厚を薄くすることにより、キャパシタの面積を小さくすることができる。なお、InxAlyAs膜はエピタキシャル成長によって形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。
In the present invention, an In x Al y As film (0.5 ≦ x ≦ 0.55, 0.45 ≦ y ≦ 0.5, x + y = 1) may be used as the
また、本発明では、第2エミッタ層2bとしてAlxGayAs膜(0.4≦x≦0.6, 0.6≦y≦0.8, x+y=1)を用いてもよい。また、AlxGayAs膜は、10nm以上100nm以下の膜厚を有することが好ましい。このように容量膜である第2エミッタ層2bの膜厚を薄くすることにより、キャパシタの面積を小さくすることができる。なお、AlxGayAs膜はエピタキシャル成長によって形成することが可能であるため、膜厚を薄くしても漏れ電流が生じにくい。
In the present invention, an Al x Ga y As film (0.4 ≦ x ≦ 0.6, 0.6 ≦ y ≦ 0.8, x + y = 1) may be used as the
なお、上記1〜7の実施形態では、GaAs基板上に作製されたHBTを例にして説明を行ったが、本発明は、他の材料、例えばInPによる基板を用いたHBTにも適用することができる。 In the first to seventh embodiments described above, the HBT produced on the GaAs substrate has been described as an example. However, the present invention is also applicable to HBTs using other materials, for example, InP substrates. Can do.
なお、第1〜第7の実施形態では、ベース層3の上に第2エミッタ層2(2a, 2b)および第1エミッタ層1が存在するエミッタアップ型HBTを例に用いて説明した。しかしながら、本発明はベース層の上にコレクタ層が存在するコレクタアップ型HBTにも適用することができる。この場合の具体的な構造の例について、図17(a)、(b)を参照しながら説明する。図17(a)は、本発明におけるコレクタアップ型HBTの一形態の構造を示す断面図である。図17(a)、(b)に示すように、本発明のコレクタアップ型HBTでは、GaAs基板6の上部にサブエミッタ層55が形成され、サブエミッタ層55の上には、エミッタ層54およびエミッタ電極57が形成されている。エミッタ層54の上にはベース層3が形成されている。ベース層3のうち真性ベース領域11の上には、第2コレクタ層52aが形成され、ベース層3のうち外部ベース領域12の上には、第2コレクタ層52bが形成されている。第2コレクタ層52aの上には第1コレクタ層51が形成されており、第1コレクタ層51の上にはコレクタ電極60が形成されている。一方、第2コレクタ層52bの上には容量上部電極9が形成されている。
In the first to seventh embodiments, the emitter-up type HBT in which the second emitter layer 2 (2a, 2b) and the first emitter layer 1 are present on the
図17(b)は、本発明におけるコレクタアップ型HBTの一形態の構造を示す断面図である。図17(b)に示す構造では、ベース層3における真性ベース領域11の上から外部ベース領域12の上にかけて1つの第2エミッタ層52が形成されている。また、図17(b)に示すように、ベース電極8が第2エミッタ層52の上に形成され、合金領域14を介して、ベース電極8とベース層3とが電気的に接続されている。
FIG. 17B is a cross-sectional view showing the structure of one embodiment of the collector-up type HBT in the present invention. In the structure shown in FIG. 17B, one
なお、図17(a)、(b)では、第1の実施形態で述べたエミッタアップ型HBTをコレクタアップ型HBTに変形した形態について説明した。しかしながら、本発明では、第2〜第3および第5の実施形態で述べたエミッタアップ型HBTをコレクタアップ型HBTに変形してもよい。また、第4および第6の実施形態で述べた高周波増幅器や第7の実施形態で述べた携帯情報端末にコレクタアップ型HBTを用いてもよい。 17A and 17B, the emitter-up HBT described in the first embodiment has been described as a collector-up HBT. However, in the present invention, the emitter-up type HBT described in the second to third and fifth embodiments may be modified to a collector-up type HBT. Further, a collector-up type HBT may be used in the high-frequency amplifier described in the fourth and sixth embodiments and the portable information terminal described in the seventh embodiment.
本発明の半導体装置、高周波増幅器および携帯情報端末は、チップサイズの小型化および低コスト化が可能となる点、不均一動作を低減することができる点および高い利得と高い効率を実現することができる点で、産業上の利用可能性は高い。 The semiconductor device, the high-frequency amplifier, and the portable information terminal of the present invention can reduce the chip size and reduce the cost, can reduce non-uniform operation, and can achieve high gain and high efficiency. Industrial applicability is high in that it can be done.
1 第1エミッタ層
2 第2エミッタ層
2a 外部ベース領域
2a 第2エミッタ層
2b 第2エミッタ層
3 p型ベース層
4 コレクタ層
5 サブコレクタ層
6 GaAs基板
7 エミッタ電極
8 ベース電極
9 容量上部電極
10 コレクタ電極
11 真性ベース領域
12 外部ベース領域
13 ベースバラスト抵抗
14 合金領域
15 DC入力端子
16 RF入力端子
17 RF共通入力端子
20 バイアス回路
21 入力端子
22 入力整合回路
23 出力整合回路
24 出力端子
25 HBT
27 ユニットHBT
28 ベース電極
30 ベース電極
41 段間整合回路
42 アンテナ
43 アンテナスイッチ
44 送信増幅器
45 受信低ノイズ増幅器
46、47 端子
51 第1コレクタ層
52 第2エミッタ層
52a 第2コレクタ層
52b 第2コレクタ層
54 エミッタ層
55 サブエミッタ層
57 エミッタ電極
60 コレクタ電極
1 First emitter layer
2 Second emitter layer
2a External base area
2a Second emitter layer
2b Second emitter layer
3 p-type base layer
4 Collector layer
5 Subcollector layer
6 GaAs substrate
7 Emitter electrode
8 Base electrode
9 Capacitor upper electrode
10 Collector electrode
11 Intrinsic base area
12 External base area
13 Base ballast resistor
14 Alloy region
15 DC input terminal
16 RF input terminal
17 RF common input terminal
20 Bias circuit
21 Input terminal
22 Input matching circuit
23 Output matching circuit
24 output terminals
25 HBT
27 Unit HBT
28 Base electrode
30 Base electrode
41 Interstage matching circuit
42 Antenna
43 Antenna switch
44 Transmitting amplifier
45 Receiving low noise amplifier
46, 47 terminals
51 First collector layer
52 Second emitter layer
52a Second collector layer
52b Second collector layer
54 Emitter layer
55 Sub-emitter layer
57 Emitter electrode
60 Collector electrode
Claims (22)
前記真性ベース領域の上に設けられ、エミッタ領域またはコレクタ領域となる第2の半導体層と、
前記外部ベース領域の一部の上に設けられた容量膜と、
前記容量膜の上に設けられた電極と、
前記外部ベース領域の他部の上に設けられたベース電極とを備える半導体装置。 A first semiconductor layer having an intrinsic base region and an external base region;
A second semiconductor layer provided on the intrinsic base region and serving as an emitter region or a collector region;
A capacitive film provided on a portion of the external base region;
An electrode provided on the capacitive film;
And a base electrode provided on the other part of the external base region.
前記ベース電極は第2の入力端子である、請求項1に記載の半導体装置。 The electrode is a first input terminal;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the base electrode is a second input terminal.
前記第1接続部は入力端子である、請求項1に記載の半導体装置。 A first connecting portion for electrically connecting the electrode and the base electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first connection portion is an input terminal.
前記抵抗体の一端は前記ベース電極に接続され、他端は第1の入力端子である、請求項1に記載の半導体装置。 A resistor,
The semiconductor device according to claim 1, wherein one end of the resistor is connected to the base electrode, and the other end is a first input terminal.
前記抵抗体の他端と前記電極とが接続される第2接続部とをさらに備え、
前記第2接続部は入力端子である、請求項1に記載の半導体装置。 A resistor having one end connected to the base electrode;
A second connecting portion to which the other end of the resistor and the electrode are connected;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second connection portion is an input terminal.
前記第3の半導体層はコレクタ領域であって、
前記第2の半導体層はエミッタ領域である、請求項1に記載の半導体装置。 A third semiconductor layer provided below the first semiconductor layer;
The third semiconductor layer is a collector region;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is an emitter region.
前記第3の半導体層はエミッタ領域であって、
前記第2の半導体層はコレクタ領域である、請求項1に記載の半導体装置。 A third semiconductor layer provided below the first semiconductor layer;
The third semiconductor layer is an emitter region;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is a collector region.
前記ベース電極に接続されたDC入力端子と、
前記電極に接続されるRF入力端子とを備える、高周波増幅器。 A high-frequency amplifier using the semiconductor device according to claim 1,
A DC input terminal connected to the base electrode;
A high frequency amplifier comprising an RF input terminal connected to the electrode.
前記DC入力端子に接続されるバイアス回路と、
前記RF入力端子に接続される入力整合回路と
を備える、高周波増幅器。 A high-frequency amplifier using the semiconductor device according to claim 1,
A bias circuit connected to the DC input terminal;
A high frequency amplifier comprising an input matching circuit connected to the RF input terminal.
前記半導体装置を有する送信増幅器と、
前記送信増幅器に接続されるアンテナと、
前記送信増幅器と前記アンテナとの間に介在し、前記送信増幅器と前記アンテナとの電気的な接続を切り替えるアンテナスイッチとを備える、携帯情報端末。 A portable information terminal using the semiconductor device according to claim 1,
A transmission amplifier having the semiconductor device;
An antenna connected to the transmission amplifier;
A portable information terminal comprising: an antenna switch that is interposed between the transmission amplifier and the antenna and switches an electrical connection between the transmission amplifier and the antenna.
前記送信増幅器は、
前記ベース電極に接続されるDC入力端子と、
前記電極に接続されるRF入力端子と、
前記DC入力端子に接続されたバイアス回路と、
前記RF入力端子に接続される入力整合回路とを備える、携帯情報端末。 The portable information terminal according to claim 21, wherein
The transmission amplifier includes:
A DC input terminal connected to the base electrode;
An RF input terminal connected to the electrode;
A bias circuit connected to the DC input terminal;
A portable information terminal comprising: an input matching circuit connected to the RF input terminal.
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|---|---|---|---|
| JP2005260756A JP2006108655A (en) | 2004-09-13 | 2005-09-08 | Semiconductor device, high frequency amplifier and portable information terminal |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210408089A1 (en) * | 2017-06-07 | 2021-12-30 | Argo AI, LLC | Geiger-mode focal plane array with monolithically integrated resistors |
| CN114975102A (en) * | 2022-07-29 | 2022-08-30 | 泉州市三安集成电路有限公司 | Integrated heterojunction bipolar transistor and method of making the same |
-
2005
- 2005-09-08 JP JP2005260756A patent/JP2006108655A/en active Pending
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