DE69724882T2 - Hochfrequenz-FET - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzhalbleiterbauelemente. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement, das für ein Millimeterwellen- oder Quasi-Millimeter-Wellenschaltungsmodul für Verstärkung, Oszillation und Modulation verwendet wird.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • 1 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines derzeit stark verwendeten Hochfrequenzhalbleiterbauelements (HEMT) 1 zeigt. Bei diesem Halbleiterbauelement 1 ist auf der oberen Oberfläche eines zusammengesetzten Halbleitersubstrats 2 (Breite: 300 μm, Länge: 400 μm), in der zwei aktive Bereiche 3a und 3b gebildet sind, ein Drainanschlußflächenabschnitt 4 an einer Seite angeordnet, gegen die Leitung, die die aktiven Bereiche 3a und 3b verbindet, die als eine Grenze dient, zwei Gateanschlußflächenabschnitte 8 sind an der anderen Seite angeordnet und ein Sourceanschlußflächenabschnitt 6 ist um die Gateanschlußflächenabschnitte 8 angeordnet. Drainelektroden 5 erstrecken sich von dem Drainanschlußflächenabschnitt 4 hin zu den aktiven Bereichen 3a beziehungsweise 3b. Die Sourceelektroden 7, die jeweils in zwei Abschnitte unterteilt sind, erstrecken sich von dem Sourceanschlußflächenabschnitt 6 zu den aktiven Bereichen 3a beziehungsweise 3b. Die Gateelektroden 9 erstrecken sich von den Gateanschlußflächenabschnitten 8 zu den aktiven Be reichen 3a und 3b, derart, daß die Gateelektroden zwischen den beiden geteilten Abschnitten der Sourceelektroden 7 verlaufen. Jede feine Gateelektrode 9 (die eine Gatelänge Lg von 0,15 μm aufweist) ist zwischen der Drainelektrode 5 und der Sourceelektrode 7 in jedem der aktiven Bereiche 3a und 3b angeordnet.
  • Wenn dieses Halbleiterbauelement 1 an einer externen Schaltungsplatine befestigt ist, sind die Sourceelektroden 7 mit der Masse der Schaltungsplatine verbunden, wobei ein Verbindungsdraht mit dem Sourceanschlußflächenabschnitt 6 verbunden ist, und die Gateelektroden 9 und die Drainelektroden 5 sind mit HF-Signalleitungen der Schaltungsplatine verbunden, wobei Verbindungsdrähte mit den Gateanschlußflächenabschnitten 8 bzw. dem Drainanschlußflächenabschnitt 4 verbunden sind. Ein HF-Signal wird in die Gateelektroden 9 von der Schaltungsplatine durch den Verbindungsdraht eingegeben, und von den Drainelektroden 5 zu der Schaltungsplatine durch den Verbindungsdraht ausgegeben.
  • Es ist bekannt, daß sich in dem Verbindungsdraht, durch den ein HF-Signal übertragen wird, die HF-Charakteristika des Halbleiterbauelements 1 verschlechtern, aufgrund der parasitären Induktivität des Verbindungsdrahts bei hohen Frequenzen (insbesondere in einer Millimeterwelle). Wie es von der Struktur des Halbleiterbauelements 1, das in 1 gezeigt ist, ersichtlich ist, da die Sourceelektroden 7 sehr nahe zu den Gateelektroden 9 angeordnet sind, existiert eine parasitäre Kapazität zwischen den Gateelektroden 9 und den Sourceelektroden 7. Aufgrund der parasitären Kapazität zwischen den Gateelektroden 9 und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 zusätzlich zu der obigen parasitären Kapazität, verschlechtern sich die Hochfrequenzcharakteristika des Halbleiterbauelements 1.
  • Um parasitäre Komponenten zu reduzieren, die in einem Halbleiterbauelement erzeugt werden, kann statt Verbindungsdraht Flip-Chip-Befestigen unter Verwendung von Höckern verwendet werden. Wenn das Flip-Chip-Befestigen mit Höckern verwendet wird, verringert sich jedoch die parasitäre Induktivität, die durch Verbindungsdraht bewirkt wird, während sich die parasitäre Kapazität zwischen einer Elektrodenanschlußfläche und einer Schaltungsplatine erhöht. Dieses Verfahren löst das Problem nicht wirklich.
  • Da der Drainanschlußflächenabschnitt 4 entfernt von dem Sourceanschlußflächenabschnitt 6 an den Drainelektroden 5 ist, ist die parasitäre Kapazität zwischen beiden Anschlußflächenabschnitten 4 und 6 klein. Da die Oberfläche des Halbleiters nicht durch eine Elektrode zwischen dem Drainanschlußflächenabschnitt 4 und dem Sourceanschlußflächenabschnitt 6 bedeckt ist, kann jedoch eine Oberflächenwelle zwischen den beiden Elektroden erzeugt werden. Dieselbe bewirkt einen Verlust und die HF-Charakteristika verschlechtern sich.
  • Wie es oben beschrieben ist, hat ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement mit der herkömmlichen Struktur das Problem der Charakteristikverschlechterung, die durch parasitäre Komponenten bewirkt wird, wie zum Beispiel parasitäre Kapazität und Induktivität, und dadurch wird der Ertrag beim Herstellen von Halbleiterbauelementen reduziert. Es ist sehr schwierig, die Charakteristikverschlechterung bei einem Hochfrequenzhalbleiterbauelement zu unterdrücken, das die herkömmliche Struktur aufweist.
  • Die JP-A-61 115 783 bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement ist mit koplanaren Leitungen 14a und 14b versehen, die eine gleiche charakteristische Impedanz aufweisen wie die eines Mikrowellenmeßsystems. Eine Gateelektrode 4 und eine Drainelektrode 3 eines intrinsischen FET-Abschnitts 6 sind jeweils mit dem Eingang und dem Ausgang einer Signalleitung 11 der koplanaren Leitung 14 verbunden. Die Sourceelektroden 2a und 2b sind mit einer Masseleitung 12 der koplanaren Leitungen 14a und 14b verbunden.
  • Die JP-A-63 164 504 beschreibt ein Halbleiterbauelement. Ein Metallhalbleiter-FET 4 ist an dem Mittelteil eines Halbleitersubstrats 1 gebildet, daß aus GaAs gebildet ist. Eine Gateelektrode 5 erstreckt sich von einem Leiter 12 an der Mitte einer Betriebsschicht 20. Eine Drainelektrode 6 und eine Sourceelektrode 7 sind mit den Leitern 11, 13 verbunden, um sowohl die Betriebsschicht 12 als auch das Substrat 1 zu bedecken. Schlitzleitungen 31, 32 werden durch die Leiter 11, 12 und 11, 13 gebildet, und die Leitungen 31, 32 werden jeweils als ein Eingangsanschluß und ein Ausgangsanschluß verwendet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ausgehend von dem obigen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement zu schaffen, das reduzierte parasitäre Komponenten aufweist und verbesserte Hochfrequenzbetriebscharakteristika aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch das Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß einem der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 erreicht. Spezifische Ausführungsbeispiele sind in dem abhängigen Ansprüchen offenbart.
  • Bei dem Halbleiterbauelement der vorliegenden Erfindung sind aktive Bereiche und Elektroden symmetrisch angeordnet und parallel in benachbarten aktiven Bereichen verbunden. Da Hochfrequenzsignale, die von benachbarten aktiven Bereichen ausgegeben werden, in umgekehrten Phasen kombiniert werden, werden daher harmonische ungerader Reihenfolge unterdrückt. Als Folge ist dieser Harmonische-Unterdrückungseffekt bei Leistungsvorrichtungen, in denen Harmonische erzeugt werden, riesig.
  • Da ferner ein Hochfrequenzsignal durch eine Schlitzleitung übertragen wird, die zwischen dem Sourceanschlußflächenabschnitt und dem Gateanschlußflächenabschnitt oder dem Drainanschlußflächenabschnitt gebildet ist, wird zwischen diesen Anschlußflächenabschnitten oder zwischen Elektroden keine parasitäre Induktivität oder parasitäre Kapazität erzeugt, anders als bei einem herkömmlichen Halbleiterbauelement, und das Halbleiterbauelement erreicht die maximalen Hochfrequenzcharakteristika, die es inhärent aufweist.
  • Zusätzlich zu einem Halbleiterbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung werden die meisten Bereiche außer den Stützleitungen durch die Sourceanschlußflächenabschnitte, den Gateanschlußflächenabschnitt und den Drainanschlußflächenabschnitt bedeckt, wobei die Erzeugung einer Oberflächenwelle unterdrückt werden kann, was ein Problem bei einem Millimeterwellenbauelement ist.
  • Das Hochfrequenzhalbleiterbauelement der vorliegenden Erfindung kann so konfiguriert sein, daß eine Gatevorspannung an die Mittelleitung des Gateanschlußflächenabschnitts angelegt ist, und eine Drainvorspannung an die Mittelleitung des Drainanschlußflächenabschnitts angelegt ist.
  • Bei dem Hochfrequenzhalbleiterbauelement, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann eine gegenseitige Interferenz zwischen Schlitzleitungen, die an beiden Seiten des Gateanschlußflächenabschnitts und des Drainanschlußflächenabschnitts gebildet sind, eliminiert werden, und Signale, die entgegengesetzte Phasen aufweisen, können erzeugt werden.
  • Es ist notwendig, die Breite einer Stützleitung in einem Halbleiterbauelement zu bestimmen, wobei Eingangs- und Ausgangsimpedanzübereinstimmung berücksichtigt wird. Daher reichen bei einem beispielhaften Hochfrequenzhalbleiterbauelement mit der Gateelektrode mit einer Gatelänge von 0,12 bis 0,18 μm und einer Gatebreite von 40 bis 80 μm die Breiten der Schlitzleitungen von 0,06 bis 0,12 mm.
  • Da die Impedanz einer Schaltungsplatine häufig auf 50 bis 100 Ω eingestellt ist, hat ein Millimeterwellenhalbleiterbauelement mit einer Gatelänge von 0,12 bis 0,18 μm und einer Gatebreite von 40 bis 80 μm normalerweise eine Eingangsimpedanz von 50 bis 70 Ω und eine Ausgangsimpedanz von 70 bis 90 Ω bei 60 GHz. Wenn die Breite einer Schlitzleitung auf 0,06 bis 0,12 mm eingestellt ist, kann in diesem Fall Eingangs- und Ausgangsanpassung an dem gesamten Halbleiterbauelement erreicht werden, und der Reflektionsverlust eines Hochfrequenzsignals kann minimal gemacht werden.
  • Bei einigen Hochfrequenzhalbleiterbauelementen der vorliegenden Erfindung tauschen die Sourceelektrode und der Sourceanschlußflächenabschnitt Plätze mit der Drainelektrode und dem Drainanschlußflächenabschnitt im Vergleich zu anderen Hochfrequenzhalbleiterbauelementen. Auf diese Weise kann eine Struktur verwendet werden, bei der sowohl Elektroden als auch Anschlußflächen schalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines herkömmlichen Hochfrequenzhalbleiterbauelements zeigt.
  • 2 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine Teilansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das obige Halbleiterbauelement an einer Schaltungsplatine befestigt ist.
  • 4(a) ist ein Diagramm, das den Signalverlauf eines HF-Signals anzeigt, das von dem aktiven Bereich ausgegeben wird;
  • 4(b) ist ein Diagramm, das den Signalverlauf eines HF-Signals zeigt, das von dem anderen aktiven Bereich ausgegeben wird; und
  • 4(c) ist ein Diagramm, das den Signalverlauf anzeigt, der durch Kombinieren des in 4(a) gezeigten Signalverlaufs und des in 4(b) gezeigten Signalverlaufs hergestellt wird.
  • 5 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement zeigt, das in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 6 ist eine Teilansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das obige Halbleiterbauelement auf einer Schaltungsplatine befestigt ist, bei dem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X, der in 6 gezeigt ist.
  • 8 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement zeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
  • 9 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement zeigt, das bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 10 ist ein Querschnittabschnitt, der einen Zustand zeigt, in dem das obige Halbleiterbauelement auf einer Schaltungsplatine befestigt ist, bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement zeigt, das bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • 2 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Hochfrequenzhalbleiterbauelements 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Bauelement wird zur Verstärkung und Oszillation verwendet. Zwei aktive Bereiche 13a und 13b sind in der Vorderoberflächenschicht eines Halbleitersubstrats 12 gebildet, wie zum Beispiel einem halbisolierenden GaAs-Substrat. Als das Halbleiterbauelement 11 können Feldeffekttransistoren, wie zum Beispiel ein MESFET und ein HEMT und modifizierte Typen derselben verwendet werden.
  • Die beiden aktiven Bereiche 13a und 13b sind parallel zu den kürzeren Seiten eines Bauelementbereichs in dem Halbleitersubstrat 12 angeordnet. In beiden aktiven Bereichen 13a und 13b sind die Sourceelektroden 14, die Gateelektroden 15 und Drainelektroden 16 von außen gebildet. Anders ausgedrückt, die Elektroden 14 bis 16, die für beide aktive Bereiche 13a und 13b vorgesehen sind, sind jeweils symmetrisch angeordnet. Die Gateelektroden 15 in beiden aktiven Bereichen 13a und 13b erstrecken sich von einem Gateanschlußflächenabschnitt 17, der näher zu der Signaleingangsseite angeordnet ist als die aktiven Bereiche 13a und 13b. Die Drainelektroden 16 in beiden aktiven Bereichen 13a und 13b erstrecken sich von einem Drainanschlußflächenabschnitt 18, der näher zu der Signalausgangsseite vorgesehen ist als die aktiven Bereiche 13a und 13b. An beiden Seiten der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 sind Sourceanschlußflächenabschnitte 19 gebildet, so daß dieselben den Gateanschlußflächenabschnitt 17 und den Drainanschlußflächenabschnitt 18 zwischen sich anordnen, und die Sourceelektroden 14 erstrecken sich von den Sourceanschlußflächenabschnitten 19. Die Eingangsseite des Halbleiterbauelements 11 ist sowohl durch die Sourceanschlußflächenabschnitte 19 als auch die Gateanschlußflächenabschnitte 17 gebildet, und eine Y-förmige verzweigte Eingangsschlitzleitung 20 ist zwischen den Gateanschlußflächenabschnitt 17 und den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 gebildet. Auf gleiche Weise ist die Ausgangsseite gebildet, sowohl durch Sourceanschlußflächenabschnitte 19 als auch den Drainanschlußflächenabschnitt 18, und eine Yförmige verzweigte Ausgangsschlitzleitung 21 ist zwischen dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 und dem Sourceanschlußflächenabschnitt 19 gebildet.
  • An Positionen, die ein Ende der Eingangsschlitzleitung 20 zwischen sich anordnen, sind Durchgangslöcher 22, die elektrisch mit den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 verbunden sind, in dem Halbleitersubstrat 12 gebildet. An Positionen, die ein Ende der Ausgangsschlitzleitung 21 zwischen sich aufweisen, sind Durchgangslöcher 23, die mit den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 elektrisch verbunden sind, in dem Halbleitersubstrat 12 gebildet. Ein Durchgangsloch 24, das elektrisch mit dem Gateanschlußflächenabschnitt 17 verbunden ist, und ein Durchgangsloch 25, das elektrisch mit dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 verbunden ist, sind in dem Halbleitersubstrat 12 gebildet, und diese Durchgangslöcher 24 und 25 sind an der Mitte (an einer kurz- und lang-gestrichelten Linie 26, die in 2 gezeigt ist) des Gateanschlußflächenabschnitts 17 und des Drainanschlußflächenabschnitts 18 angeordnet, so daß beide Schlitzleitungen 20 und 21 in einem Gegenphasenmodus arbeiten. Ein HF-Signal und eine Gleichvorspannung werden an die Durchgangslöcher 22 und 23 angelegt, die elektrisch mit den Sourceelektroden 14 verbunden sind, und Gleichvorspannungen werden an die Durchgangslöcher 24 und 25 angelegt, die elektrisch mit der Gateelektrode 15 und der Drainelektrode 16 verbunden sind.
  • Die Eingangs- und Ausgangsschlitzleitungen 20 und 21 sind entworfen, so daß die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen derselben mit denen der FET-Abschnitte (intrinsische Bauelementabschnitte) übereinstimmen, die an den aktiven Bereichen 13a und 13b gebildet sind. Anders ausgedrückt, die Schlitzbreite und die Schlitzlänge der Schlitzleitungen 20 und 21 sind entworfen, so daß die Impedanzen der Schlitzleitungen 20 und 21 mit denjenigen der FET-Abschnitte übereinstimmen.
  • 3 stellt einen Zustand dar, in dem das oben beschriebene Hochfrequenzhalbleiterbauelement 11 an einer Schaltungsplatine 27 befestigt ist, so daß das Bauelement als ein Verstärker verwendet wird. Auf der oberen Oberfläche der Schaltungsplatine 27 sind eine Eingangsschlitzleitung 29 und eine Ausgangsschlitzleitung 30 zwischen den Masseleitern 28 gebildet, und die Eingangsschlitzleitung 29 und die Ausgangsschlitzleitung 30 sind mit einer freigelegte Oberfläche 31 verbunden, die von den Masseleitern 28 freigelegt ist. Eine Drainvorspannungsleitung 32 und eine Gatevorspannungsleitung 33 zum Anlegen von Gleichvorspannungen gegen die Masseleiter 28 sind so plaziert, daß dieselben die Masseleiter 28 teilen. Bei dem Halbleiterbauelement 11, das an der freigelegten Oberfläche 31 der Schal tungsplatine 27 befestigt ist, sind die Durchgangslöcher 22 und 23 mit den Masseleitern 28 an Positionen verbunden, die die Enden der Eingangs- und Ausgangsschlitzleitungen 29 und 30 zwischen sich anordnen, die an der oberen Oberfläche der Schaltungsplatine 27 vorgesehen sind, und die Schlitzleitungen 29 und 30 der Schaltungsplatine 27 sind elektrisch mit den Schlitzleitungen 20 und 21 des Halbleiterbauelements 11 verbunden. Das Durchgangsloch 24, das elektrisch mit der Mitte des Gateanschlußflächenabschnitts 17 verbunden ist, ist mit der Gatevorspannungsleitung 33 der Schaltungsplatine 27 verbunden, und das Durchgangsloch 25, das elektrisch mit der Mitte des Drainanschlußflächenabschnitts 18 verbunden ist, ist mit der Drainvorspannungsleitung 32 der Schaltungsplatine 27 verbunden.
  • Dicke Pfeile 34, die in 3 gezeigt sind, zeigen Übertragungsbedingungen eines HF-Signals (elektromagnetische Welle) an, das von der Schlitzleitung 29 der Schaltungsplatine 27 durch das Halbleiterbauelement 11 zu der Schlitzleitung 30 der Schaltungsplatine 27 übertagen wird. Ein HF-Signal wird durch die Eingangsschlitzleitung 29 übertragen, die in der Schaltungsplatine 27 gebildet ist, und dringt in die Schlitzleitung 20 des Halbleiterbauelements 11 durch die Durchgangslöcher 22 ein. Das HF-Signal, das in die Schlitzleitung 20 des Halbleiterbauelements 11 eingedrungen ist, ist in zwei Abschnitte in der Schlitzleitung 20 unterteilt, und erreicht die aktiven Bereiche 13a und 13b. Wenn das HF-Signal die Sourceelektroden 14 und die Gateelektroden 15 in den aktiven Bereichen 13a und 13b erreicht, empfängt dasselbe Signalverarbeitung, wie zum Beispiel Verstärkung durch einen gegenseitigen Effekt mit einem Träger in den aktiven Bereichen 13a und 13b, und eine Ausgabe von den Abschnitten zwischen den Gateelektroden 15 und den Drainelektroden 16 zu der Schlitzleitung 21. Die HF-Signale, die zu der Schlitzleitung 21 ausgegeben werden, werden an dem Übergang der Schlitzleitung 21 kombiniert, und durch die Durchgangslöcher 23 zu der Schlitzleitung 30 der Schaltungsplatine 27 übertragen. Daher empfängt ein HF- Signal, das in die Eingangsschlitzleitung 29 der Schaltungsplatine eingegeben wird, eine Verstärkungsoperation und wird von der Ausgangsschlitzleitung 30 der Schaltungsplatine 27 ausgegeben.
  • Merkmale des Halbleiterbauelements 11 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden beschrieben durch Vergleichen des Bauelements mit dem herkömmlichen Halbleiterbauelement. Da das herkömmliche Halbleiterbauelement 1 so entworfen ist, daß die Gateanschlußflächenabschnitte 8 und der Drainanschlußflächenabschnitt 4 als Elektroden in einer Schaltung mit konzentrierten Elementen oder Elektroden mit einer Mikrostreifenleitungsstruktur dienen, wird eine parasitäre Kapazität zwischen den Gateanschlußflächenabschnitten 8 und dem Sourceanschlußflächenabschnitt, und zwischen den Gateanschlußflächenabschnitten 8 und dem Drainanschlußflächenabschnitt 4, erzeugt. Im Gegensatz zu dem Halbleiterbauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung, da ein HF-Signal durch die Schlitzleitung 20, die zwischen dem Gateanschlußflächenabschnitt 17 und den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 angeordnet ist, und durch die Schlitzleitung 21, die zwischen dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 und dem Sourceanschlußflächenabschnitt 19 angeordnet ist, übertragen wird, existiert keine parasitäre Kapazität. Da die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen der Schlitzleitungen 20 und 21 mit denjenigen der Gateelektroden 15 übereinstimmen, verläuft ein HF-Signal durch das Bauelement ohne Reflexion.
  • Bei dem Halbleiterbauelement 11 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Gateanschlußflächenabschnitt 17 und der Drainanschlußflächenabschnitt 18 breit, und die Durchgangslöcher 24 und 25 für Gleichvorspannung sind in der Mitte von beiden Anschlußflächenabschnitten 17 und 18 angeordnet. Falls die gleiche Struktur an das herkömmliche Halbleiterbauelement 1 angelegt wird, wird davon ausgegangen, daß sich die parasitäre Kapazität erhöht und die Impedanz verringert, so daß Eingangs- und Ausgangsübereinstim mung nicht erhalten werden kann. Bei dem Halbleiterbauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Breite des Gateanschlußflächenabschnitts 17 und der Durchgangslöcher 22 erforderlich, zum Verhindern einer gegenseitigen Interferenz zwischen den beiden Abschnitten, in die sich die Schlitzleitung 20 verzweigt, und die Breite des Drainanschlußflächenabschnitts 18 und der Durchgangslöcher 23 ist erforderlich, zum Verhindern der gegenseitigen Interferenz zwischen den beiden Abschnitten, in die sich die Schlitzleitung 21 verzweigt. Da ein HF-Signal durch die Schlitzleitungen 20 und 21 verläuft, und nicht durch die Gateelektroden 15 und die Drainelektroden 16 übertragen wird, bewirken die Elektroden selbst keine parasitäre Kapazität.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind geteilte HF-Signale gegenphasig mit der Sourceelektrode 14, die als die Referenz genommen wird, und verstärkt in den Gegenphasen und kombiniert. Da HF-Signale, die durch die beiden aktiven Bereiche 13a und 13b verlaufen, und durch die Ausgangsschlitzleitung 21 übertragen werden, in Phasen entgegengesetzt zueinander sind, werden Harmonische gleicher Ordnung unterdrückt. Genauer gesagt, wenn die Grundwelle, die zweite harmonische Welle und die dritte harmonische Welle, die in 4(a) gezeigt sind, von einem aktiven Bereich 13a zu der Schlitzleitung 21 übertragen werden, werden die Grundwelle, die zweite harmonische Welle und die dritte harmonische Welle, die alle die Gegenphase aufweisen, die in 4(b) gezeigt ist, von dem anderen aktiven Bereich 13b zu der Schlitzleitung 21 übertragen. Als Folge des Kombinierens von zwei Wellen, die gegenphasig zueinander sind, die in 4(a) und 4(b) gezeigt sind, bleiben nur die Grundwelle und die dritte harmonische Welle, die Wellen ungerader Ordnung sind, und die zweite harmonische Welle (Wellen gerader Ordnung im allgemeinen) wird unterdrückt und verschwindet. Bei einem Leistungsbauelement, bei dem Harmonische stark erzeugt werden, ist dieser Unterdrükkungseffekt für Harmonische wesentlich. Wenn ein Leistungs bauelement beispielsweise in der B-Klasse arbeitet, erhöht sich die Leitungseffizienz des Bauelements um 10% bis 20%. Als Folge kann eine Harmonische-Unterdrückungsschaltung, die außerhalb des Bauelements gebildet ist, vereinfacht werden.
  • Die Abmessungen des Halbleiterbauelements 11 werden nachfolgend beschrieben. Die Breiten der Schlitzleitungen 20 und 21, die bei diesem Hochfrequenzhalbleiterbauelement 11 gebildet werden, werden unter Berücksichtigung von mit Eingangs- und Ausgangsimpedanzübereinstimmung bestimmt. Die Abmessungen der Schaltungsplatine 27 oder des Bauelementbereichs sind 400 μm in der Breite und 600 μm in der Länge. Die Impedanz der Schaltungsplatine 27 wird häufig auf 50 bis 100 Ω eingestellt. Bei einem Millimeterwellenhableiterbauelement mit einer Gatelänge von 0,15 μm und einer Gatebreite von 50 μm sind die Eingangsimpedanz Zi und die Ausgangsimpedanz Zo einer Gateelektrode 15 normalerweise 50–70 Ω beziehungsweise 70–90 Ω bei 60 GHz. Wenn in diesem Fall die Breiten der Schlitzleitungen 20 und 21 an Abschnitten, die durch A1 bis A6 in 2 angezeigt sind, auf 0,1 mm, 0,075 mm, 0,05 mm, 0,075 mm, 0,075 mm und 0,1 mm eingestellt sind, kann Eingangs- und Ausgangsübereinstimmen erhalten werden für das gesamte Halbleiterbauelement 11, und der Reflexionsverlust eines HF-Signals wird minimal gemacht.
  • Die Abstände zwischen den beiden Abschnitten der Schlitzleitungen an den Positionen, die durch A2 bis A5 in 2 angezeigt sind (nämlich die Breiten D1 und D2 des Gateanschlußflächenabschnitts 17 und die Breiten D3 und D4 des Drainanschlußflächenabschnitts 18) müssen 0,2 mm oder mehr sein, um eine gegenseitige Interferenz eines HF-Signals zwischen beiden Schlitzleitungen 20 und 21 zu verhindern, und um die Gatevorspannungsleitung 33 und die Drainvorspannungsleitung 32 durch die Durchgangslöcher 24 und 25 zu verbinden. Die Dicke des Halbleitersubstrats 12 ist auf 0,05 bis 0,13 mm (beispielsweise 100 μm) einge stellt, um einen Verbindungsverlust der Schlitzleitungen 20 und 21 zu reduzieren, und um eine Bildung von Durchgangslöchern 22 bis 25 zu ermöglichen.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • 5 ist eine Draufsicht, die eine Struktur eines Hochfrequenzhalbleiterbauelements 41 zeigt, das bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Dieses Halbleiterbauelement 41 wird für Verstärkung, Oszillation und Mischen verwendet. Bei diesem Halbleiterbauelement 41 sind die Schlitzleitungen nicht geteilt, die Schlitzleitungen 20a und 20b sind getrennt zwischen einem Gateanschlußflächenabschnitt 17 und Sourceanschlußflächenabschnitten 19 gebildet, und Schlitzleitungen 21a und 21b sind ebenfalls getrennt zwischen einem Drainanschlußflächenabschnitt 18 und den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 gebildet. Der Gateanschlußflächenabschnitt 17 und der Drainanschlußflächenabschnitt 18 erstrecken sich zu Enden eines Halbleitersubstrats 12 zum Ausrichten mit den Enden der Sourceanschlußflächenabschnitte 19, und Durchgangslöcher 42 und 43 sind an den Enden des Gateanschlußflächenabschnitts 17 und des Drainanschlußflächenabschnitts 18 vorgesehen.
  • 6 ist eine Draufsicht, die einen Zustand darstellt, in dem das oben beschriebene Hochfrequenzhalbleiterbauelement 41 auf einer Schaltungsplatine 27 befestigt ist, bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X, die in 6 gezeigt ist. Eingangs- und Ausgangsschlitzleitungen 44 und 45, die für die Schaltungsplatine 27 vorgesehen sind, verzweigen sich in einer Y-Form. Das Halbleiterbauelement 41 ist auf der Schaltungsplatine 27 befestigt, so daß die Durchgangslöcher 22 und 23, die elektrisch mit den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 verbunden sind, mit den Masseleiter 28 der Schaltungsplatine 27 verbunden sind, und das Durchgangsloch 42, das elektrisch mit dem Anschlußflächenabschnitt 17 verbunden ist, ist mit dem Masseleiter 28 zwischen den beiden Abschnitten verbunden, in die sich die Schlitzleitung 44 verzweigt, der Schaltungsplatine 27, und das Durchgangsloch 43, das elektrisch mit dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 verbunden ist, ist mit dem Masseleiter 28 verbunden, zwischen den beiden Abschnitten, in die sich die Schlitzleitung 45 verzweigt. Das Durchgangsloch 24, das elektrisch mit dem Gateanschlußflächenabschnitt 17 verbunden ist, ist mit einer Gatevorspannungsleitung 33 verbunden, und das Durchgangsloch 25, das elektrisch mit den Drainanschlußflächenabschnitt 18 verbunden ist, ist mit einer Drainvorspannungsleitung 32 verbunden. Daher sind die zweigartigen Schlitzleitungen 44 und 45, die für die Schaltungsplatine 27 vorgesehen sind, mit den Schlitzleitungen 20a und 20b beziehungsweise 21a und 21b des Halbleiterbauelements 41 verbunden.
  • Ein HF-Signal (elektromagnetische Welle), das durch die Schlitzleitung 44 übertragen wird, ist in zwei Abschnitte an der Schaltungsplatine 27 unterteilt, und wird in die Schlitzleitungen 20a und 20b des Halbleiterbauelements 41 eingegeben. Die HF-Signale, die von den Schlitzleitungen 21a und 21b des Halbleiterbauelements 41 ausgegeben werden, werden durch die Schlitzleitung 45 der Schaltungsplatine 27 übertragen und in der Schlitzleitung 45 der Schaltungsplatine 27 kombiniert.
  • Wenn ein Hälfte der in 5 gezeigten Struktur getrennt ist und verwendet wird, bei einem Beispiel das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, werden Schlitzleitungen an der Eingangs- und Ausgangsseite hergestellt, sogar bei einem Hochfrequenzhalbleiterbauelement, das nur einen aktiven Bereich aufweist. 8 zeigt ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement 46, das einen aktiven Bereich aufweist, wie es oben beschrieben ist.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • 9 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement 51 zeigt, das bei einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 10 ist ein Querschnitt, der einen Zustand darstellt, in dem das Halbleiterbauelement 51 auf einer Schaltungsplatine 27 befestigt ist. Bei diesem Halbleiterbauelement 51 sind die Sourceanschlußflächenabschnitte 19, ein Drainanschlußflächenabschnitt 18 und ein Gateanschlußflächenabschnitt 17 mit Höckern 52, 53, 54, 55, 56 und 57 versehen, anstatt mit Durchgangslöchern.
  • Wenn dasselbe an der gleichen Schaltungsplatine befestigt ist wie die Schaltungsplatine 27, die in 6 gezeigt ist, bei dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ist das Halbleiterbauelement 51 Flip-Chip-Befestigt an der Schaltungsplatine 27, so daß Höcker 52 und 53, die elektrisch mit den Sourceanschlußflächenabschnitten 19 verbunden sind, mit dem Masseleiter 28 der Schaltungsplatine 27 verbunden sind, ein Höcker 54, der elektrisch mit dem Gateanschlußflächenabschnitt 17 verbunden ist, ist mit dem Masseleiter 28 der Schaltungsplatine 27 zwischen den beiden Abschnitten der Schlitzleitung 44 verbunden, und ein Höcker 55, der elektrisch mit dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 verbunden ist, ist mit dem Masseleiter 28 zwischen den beiden Abschnitten der Schlitzleitung 45 verbunden. Ein Höcker 56, der elektrisch mit dem Gateanschlußflächenabschnitt 17 verbunden ist, ist mit der Gatevorspannungsleitung 33 verbunden, und ein Höcker 57, der elektrisch mit dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 verbunden ist, ist mit der Drainvorspannungsleitung 32 verbunden. Die Zweigtypschlitzleitungen 44 und 45, die für die Schaltungsplatine 27 vorgesehen sind, sind mit den Schlitzleitungen 20a und 20b und 21a und 21b des Halbleiterbauelements 41 durch die Höcker 52 bis 57 verbunden.
  • (Viertes Ausführungsbeispiel)
  • 11 ist eine Draufsicht, die ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement 61 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei diesem Halbleiterbauelement 61 sind die Schlitzleitungen 20 und 21 zweimal geteilt, und dadurch wird ein HF-Signal, das in die Schlitzleitung 20 eingegeben wird, zu vier aktiven Bereichen 13a und 13b übertragen, und HF-Signale, die von den vier aktiven Bereichen 13a und 13b ausgegeben werden, werden in der Schlitzleitung 21 kombiniert und ausgegeben. Bei diesem Halbleiterbauelement 61 kann das Ausgangssignal vergrößert werden und Harmonische geradzahliger Reihenfolge können beseitigt werden.
  • (Fünftes und sechstes Ausführungsbeispiel)
  • Bei jedem Hochfrequenzhalbleiterbauelement, das bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können die Sourceelektroden 14 und die Sourceanschlußflächenabschnitte 19 Platz mit den Drainelektroden 16 und dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 tauschen. In diesem Fall ist eine Eingangsschlitzleitung 20 zwischen dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 und dem Gateanschlußflächenabschnitt 17 gebildet, und eine Ausgangsschlitzleitung 21 ist zwischen den Drainanschlußflächenabschnitt 18 und dem Sourceanschlußflächenabschnitt 19 gebildet. 12 zeigt ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement 62, bei dem die Sourceelektroden 14 und der Sourceanschlußflächenabschnitt 19 Platz mit den Drainelektroden 16 und dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Bauelement 2 tauschen. In 12 sind Durchgangslöcher 63 und 64 elektrisch mit den Eingangs- und Ausgangsseiten der Drainanschlußflächenabschnitte 18 verbunden, und sind mit dem Masseleiter einer Schaltungsplatine verbunden. Ein Durchgangsloch 65 ist elektrisch mit dem Sourceanschlußflä chenabschnitt 19 verbunden und ist mit einer Sourcevorspannungsleitung der Schaltungsplatine verbunden.
  • 13 zeigt ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement 66, bei dem die Sourceelektroden 14 und die Sourceanschlußflächenabschnitte 19 Platz mit den Gateelektroden 16 und dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 tauschen, im Vergleich zu dem in 5 gezeigten Bauelement, das auf einer Schaltungsplatine 27 befestigt sein soll, wie es in 6 gezeigt ist.
  • Außerdem werden bei diesen Halbleiterbauelementen 62 und 66, bei denen die Sourceanschlußflächenabschnitte 19 Platz mit dem Drainanschlußflächenabschnitt 18 tauschen, verbesserte Charakteristika erreicht, auf die gleiche Weise wie für die in 2 und 5 gezeigten Bauelemente.

Claims (5)

  1. Ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement, das folgende Merkmale umfaßt: einen ersten und einen zweiten benachbarten aktiven Bereich (13a, 13b), die in einem Halbleitersubstrat (12) gebildet sind, wobei in jedem eine Sourceelektrode (14), eine Gateelektrode (15) und eine Drainelektrode (16) angeordnet ist, wobei die Sourceelektrode (14), die Gateelektrode (15) und die Drainelektrode (16) des ersten aktiven Bereichs (13a) symmetrisch zu der Sourceelektrode (14), der Gateelektrode (15) und der Drainelektrode (16) des zweiten benachbarten aktiven Bereichs (13b) angeordnet sind, und jede der Gateelektroden (15) zwischen eine der Sourceelektroden (14) und eine der Drainelektroden (16) plaziert ist; einen Gateanschlußflächenabschnitt (17), der elektrisch mit den Gateelektroden (15) verbunden ist, die für die benachbarten aktiven Bereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, der an einer Eingangsregion auf dem Halbleitersubstrat (12) angeordnet ist, und einen Drainanschlußflächenabschnitt (18), der elektrisch mit den Drainelektroden (16) verbunden ist, die für die benachbarten aktiven Bereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, der an einer Ausgangsregion auf dem Halbleitersubstrat (12) angeordnet ist; und Sourceanschlußflächenabschnitte (19), die elektrisch mit den Sourceelektroden (14) verbunden sind, die für die benachbarten aktiven Bereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, die an beiden gegenüberliegenden Seiten entlang dem Gateanschlußflächenabschnitt (17) und dem Drainanschlußflächenabschnitt (18) angeordnet sind; wobei ein erstes Paar von Schlitzleitungen (20a, 20b) durch den Gateanschlußflächenabschnitt (17) und die Sourceanschlußflächenabschnitte (19) gebildet ist, wobei das erste Paar von Schlitzleitungen (20a, 20b) die Eingangsregion bildet, und ein zweites Paar von Schlitzleitungen (21a, 21b) durch den Drainanschlußflächenabschnitt (18) und die Sourceanschlußflächenabschnitte (19) gebildet ist, wobei das zweite Paar von Schlitzleitungen (21a, 21b) die Ausgangsregion bildet, gekennzeichnet dadurch, daß jede Schlitzleitung (20a, 20b) des ersten Paares von Schlitzleitungen elektrisch mit einem jeweiligen Zweig einer Y-förmigen verzweigten Eingangsschlitzleitung (20; 44) verbunden ist, und jede Schlitzleitung (21a, 21b) des zweiten Paares von Schlitzleitungen elektrisch mit einem jeweiligen Zweig einer Y-förmigen verzweigten Ausgangsschlitzleitung (21; 45) verbunden ist.
  2. Ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement, das folgende Merkmale umfaßt: einen ersten und einen zweiten benachbarten aktiven Bereich (13a, 13b), die in einem Halbleitersubstrat (12) gebildet sind, wobei in jedem eine Sourceelektrode (14), eine Gateelektrode (15) und eine Drainelektrode (16) angeordnet ist, wobei die Sourceelektrode (14), die Gateelektrode (15) und die Drainelektrode (16) des ersten aktiven Bereichs (13a) symmetrisch zu der Sourceelektrode (14), der Gateelektrode (15) und der Drainelektrode (16) des benachbarten zweiten aktiven Bereichs (13b) angeordnet sind, und wobei jede der Gateelektroden (15) zwischen eine der Sourceelektroden (14) und eine der Drainelektroden (16) plaziert ist; einen Gateanschlußflächenabschnitt (17), der elektrisch mit den Gateelektroden (15) verbunden ist, die für die benachbarten aktiven Bereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, der an einer Eingangsregion auf dem Halbleitersubstrat (12) angeordnet ist, und einen Sourceanschlußflächenabschnitt (19), der elektrisch mit den Sourceelektroden (14) verbunden ist, die für die benachbarten aktiven Bereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, der an einer Ausgangsregion auf dem Halbleitersubstrat (12) angeordnet ist; und Drainanschlußflächenabschnitte (18), die elektrisch mit den Drainelektroden (16) verbunden sind, die für die benachbarten aktiven Bereiche (13a, 13b) vorgesehen sind, die an beiden gegenüberliegenden Seiten entlang dem Gateanschlußflächenabschnitt (17) und dem Sourceanschlußflächenabschnitt (19) angeordnet sind; wobei ein erstes Paar von Schlitzleitungen (20a, 20b) durch den Gateanschlußflächenabschnitt (17) und die Drainanschlußflächenabschnitte (18) gebildet ist, wobei das erste Paar von Schlitzleitungen (20a, 20b) die Eingangsregion bildet, und ein zweites Paar von Schlitzleitungen (21a, 21b) durch den Sourceanschlußflächenabschnitt (19) und die Drainanschlußflächenabschnitte (18) gebildet ist, wobei das zweite Paar von Schlitzleitungen (21a, 21b) die Ausgangsregion bildet, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schlitzleitung (20a, 20b) des ersten Paares von Schlitzleitungen elektrisch mit einem jeweiligen Zweig einer Y-förmigen verzweigten Eingangsschlitzleitung (20; 44) verbunden ist, und jede Schlitzleitung (21a, 21b) des zweiten Paares von Schlitzleitungen elektrisch mit einem jeweiligen Zweig einer Y-förmigen verzweigten Ausgangsschlitzleitung (21; 45) verbunden ist.
  3. Ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Gateanschlußflächenabschnitt (17) elektrisch mit einer Gatevorspannungsleitung (33) verbunden ist, um eine Gatevorspannung an die Gateelektrode (15) anzulegen, und der Drainanschlußflächenabschnitt (18) elektrisch mit einer Drainvorspannungsleitung (32) verbunden ist, um eine Drainvorspannung an die Drainelektrode (16) anzulegen.
  4. Ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß Anspruch 2, bei dem der Gateanschlußflächenabschnitt (17) elektrisch mit einer Gatevorspannungsleitung (33) verbunden ist, um eine Gatevorspannung an die Gateelektrode (15) anzulegen, und der Sourceanschlußflächenabschnitt (19) elektrisch mit einer Sourcevorspannungsleitung verbunden ist, um eine Sourcevorspannung an die Sourceelektrode (14) anzulegen.
  5. Ein Hochfrequenzhalbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Breiten der Schlitzleitungen (20a, 20b, 21a, 21b) von 0,04 bis 0,12 mm reichen, wenn jede Gateelektrode (15) eine Gatelänge von 0,12 bis 0,18 μm und eine Gatebreite von 80 bis 120 μm aufweist.
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