JP2000040705A - 半導体装置およびその半導体装置を用いた増幅装置 - Google Patents
半導体装置およびその半導体装置を用いた増幅装置Info
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Abstract
く変えることができる半導体装置およびこの半導体装置
を用いた増幅装置の提供を目的とする。 【解決手段】 半導体装置には、少なくとも二以上の
電界効果トランジスタ・ユニットが設けられる。電界効
果トランジスタ・ユニットの総ゲ−ト幅は、異なる長さ
に形成される。また、各電界効果トランジスタ・ユニッ
トには、ドレイン電圧を供給するためのドレイン用パッ
ドがそれぞれ設けられる。電界効果トランジスタ・ユニ
ットは、ドレイン電圧の選択的な給電により個々に動作
させることができる。本発明の半導体装置は、動作させ
る電界効果トランジスタ・ユニットを選択して組み合わ
せることにより、最大出力を幅広い範囲で変えることが
できる。
Description
れる半導体装置およびその半導体装置を用いた増幅装置
に関するものである。
は、シリコン(Si)と比較して数倍大きい。従って、
電力増幅に用いられる半導体装置を、より早く、より高
い周波数で動作させる場合には、シリコンよりもガリウ
ム砒素を用いて作製したほうが特性的に有利となる。こ
の結果、近年は、半導体装置として、ガリウム砒素を用
いたnチャンネル形のショットキィ接合電界効果トラン
ジスタ(以下、GaAsFETという)が広く用いられ
ている。このため、GaAs FETを例示にして、半
導体装置について説明する。
の構造例について説明する。
板1の表面には、比抵抗の大きいバッファ−層2が設け
られる。バッファ−層2の表面には、厚みが0.3から
0.6μm程度のn形半導体層3が設けられる。n形半
導体層3には、1017cm-3前後の不純物がド−プされ
る。さらに、n形半導体層3の表面には、オ−ミック接
合のソ−ス電極4およびドレイン電極5と、ショットキ
ィ接合のゲ−ト電極6とが設けられる。ソ−ス電極4お
よびドレイン電極5は、金等を蒸着することにより形成
される。また、ゲ−ト電極6は、アルミニウム等を蒸着
することにより形成される。
もドレイン電極5に高い電圧を印加すると、電子はソ−
ス電極4からドレイン電極5に流れる。この電子の流れ
であるドレイン電流の電流量は、ゲ−ト電極6に印加さ
れる電圧値によって制御される。
は、ゲ−ト電極6のゲ−ト幅Lgに比例する。従って、
高出力のGaAs FETでは、ゲ−ト幅Lgができる
だけ長く設計される。また、マイクロ波帯域における特
性の指標となる雑音指数をできるだけ小さくするため、
ゲ−ト電極6のゲ−ト長Wgができるだけ狭く設計され
る。
s FETのゲ−ト幅Lgを長くすると、ゲ−ト電極6
の抵抗値の増大や、位相のズレに起因して伝搬遅延ロス
が発生する。また、n形半導体層3の結晶構造欠陥など
に起因して、半導体装置のある部分に電流集中が生じ、
破壊の原因となる場合がある。このため、高出力のGa
As FETでは、電極構造に種々の工夫がなされてい
る。
的な電極構造について、図12を用いて、説明する。
ゲ−ト給電母線8が設けられ、ゲ−ト給電母線8の伸張
方向に直交する方向には、複数の単位ゲ−ト電極9が等
間隔に形成される。単位ゲ−ト電極9のゲ−ト幅Lg
は、通常100から300μm程度とされる。この結
果、一本当たりのゲ−ト幅Lgは短くても、ゲ−ト幅L
gを足し合わせた総ゲ−ト幅が長くなるので、大きな出
力を得ることができる。なお、ゲ−ト給電母線8の一端
には、単位ゲ−ト電極9にゲ−ト電圧Vgを印加するた
めのゲ−ト用パッド10が設けられる。
2は、単位ゲ−ト電極9を挟むように、交互に配置形成
される。単位ソ−ス電極11および単位ドレイン電極1
2は、単位ゲ−ト電極9のゲ−ト幅Lgとほぼ同じ長さ
に設定される。
3に共通接続される。共通接続する場合は、ゲ−ト給電
母線8との電気的接触を避けるため、例えばゲ−ト給電
母線8を跨ぐように設けられたエア−ブリッジ配線14
を介して接続される。ソ−ス給電母線13には、接地用
端子としてソ−ス用パッド15が接続される。
線16に共通接続される。ドレイン給電母線16には、
単位ドレイン電極12にドレイン電圧Vdを給電するた
めのドレイン用パッド17が接続される。
11から単位ドレイン電極12に流れるドレイン電流の
電流量は、ゲ−ト電圧Vgの電圧値によって制御され
る。また、GaAs FET7の最大出力は、ドレイン
電圧Vdの電圧値によって決まる。
FETが望まれるため、単位ソ−ス電極および単位ドレ
イン電極の形状をできるだけ小さくする必要がある。一
方、単位ソ−ス電極および単位ドレイン電極は、その形
状あるいは配置位置等により、分布定数としてのインダ
クタンス成分あるいは抵抗成分となる。
作する場合に熱が発生する。電子の移動度は、温度に対
する依存性が大きいため、単位ゲ−ト電極の間に温度差
が生じると、単位ゲ−ト電極間での増幅特性が不揃いと
なり、出力される信号に位相差が生じ、利得や電力効率
の悪化の要因となる。このため、高出力のGaAsFE
Tでは、発生した熱を、効率良く放熱させる必要があ
る。従って、単位ゲ−ト電極、単位ソ−ス電極および単
位ドレイン電極の形状あるいは配置位置等は、これらの
要素を考慮して設計される。
体装置について説明したが、シリコンを用いた半導体装
置でも、能動素子および受動素子からなる回路構成を半
導体基板上に形成したマイクロ波集積回路(MMIC:
Monolithic Microwave Integrated Circuit)における
電力増幅部でも、GaAs FETと同様の構造および
電極構造を有する。従って、半導体装置には、これらが
含まれる。
装置では、ドレイン電圧Vdの電圧値によって最大出力
を変えることができるが、図13に示すように、横軸に
ドレイン電圧Vdの電圧値をプロットし、縦軸に半導体
装置の最大出力をプロットしたさいに得られる特性曲線
18のリニアリティ−が悪くなるという問題があった。
このため、半導体装置の最大出力を変える場合は、リニ
アリティ−を補正する回路が別途必要となり、回路構成
が複雑となっていた。
型化に伴って、内蔵される電源の容量が年々小さくなっ
ている。このため、電源の定格電圧値が低圧化し、ドレ
イン電圧Vdの電圧値を幅広いレンジで可変しにくい。
従って、半導体装置の最大出力は、ほぼ一定に固定され
てしまうという問題があった。
合は、仕様によっては、単位ゲ−ト電極、単位ソ−ス電
極、単位ドレイン電極の形状あるいは配置位置等を新た
に設計しなければならなかった。すなわち、半導体装置
はカスタムメイドとなり、コストが極めて高くなるだけ
でなく、作製するまでに時間がかかるという問題があっ
た。
の半導体装置およびその半導体装置を用いた増幅装置を
提供することを目的とする。
装置は、少なくとも一つのゲ−ト電極、ドレイン電極お
よびソ−ス電極を有する電界効果トランジスタ・ユニッ
トを少なくとも二以上設けた半導体装置において、前記
各電界効果トランジスタ・ユニットのゲ−ト電極の総ゲ
−ト幅を異なる長さに設けるとともに、前記電界効果ト
ランジスタ・ユニットのそれぞれにドレイン電圧を給電
するための給電手段を設けたものである。
ト幅は、各電界効果トランジスタ・ユニットごとに異な
る長さに形成される。このため、半導体装置には、最大
出力の異なる電界効果トランジスタ・ユニットが少なく
とも二以上設けられる。また、給電手段は、それぞれの
電界効果トランジスタ・ユニットに個別に、ドレイン電
圧を給電する。ドレイン電圧を給電することにより、電
界効果トランジスタ・ユニットが動作する。各電界効果
トランジスタ・ユニットの給電手段に選択的に通電する
ことにより動作する電界効果トランジスタ・ユニットを
選別することができる。
トランジスタ・ユニットのゲ−ト電極を、前記各電界効
果トランジスタ・ユニットごとに設けたゲ−ト給電母線
に形成したものである。
トの単位ゲ−ト電極には、それぞれのゲ−ト給電母線を
介してゲ−ト電圧が印加される。
界効果トランジスタ・ユニットのゲ−ト電極を、共通の
ゲ−ト給電母線の両側に形成したものである。
ゲ−ト電極には、共通のゲ−ト給電母線を介してゲ−ト
電圧が印加される。
電母線には複数のゲ−ト電極を櫛歯状に形成したもので
ある。
により総ゲ−ト幅が長くなり、大きな出力電力を得るこ
とができる。また、ゲ−ト幅が異なるので、各電界効果
トランジスタ・ユニットの出力電力が異なる。
トランジスタ・ユニットの櫛歯状に形成されたゲ−ト電
極は、中央領域に配置形成されたゲ−ト電極のゲ−ト幅
を、両端領域に配置形成されたゲ−ト電極のゲ−ト幅よ
りも短く形成したものである。
−ト長は、両端領域のゲ−ト電極のゲ−ト幅よりも短く
形成される。このため、中央領域のゲ−ト電極における
発熱は、両端領域のゲ−ト電極における発熱よりも小さ
くなる。
トランジスタ・ユニットの櫛歯状に形成されたゲ−ト電
極は、中央領域に配置形成されたゲ−ト電極のゲ−ト間
隔を、両端領域に配置形成されたゲ−ト電極のゲ−ト間
隔よりも広く形成したものである。
−ト間隔は、両端領域のゲ−ト電極のゲ−ト間隔よりも
広く形成される。このため、中央領域のゲ−ト電極の密
度は、両端領域のゲ−ト電極の密度よりも小さくなる。
また、中央領域のゲ−ト電極のゲ−ト間隔が広いため、
放熱面積が広くなる。このため、中央領域のゲ−ト電極
における発熱は、両端領域のゲ−ト電極における発熱よ
りも小さくなる。
ら請求項6までのいずれかに記載の半導体装置と、前記
半導体装置を構成する前記電界効果トランジスタ・ユニ
ットを選択的に選び出してドレイン給電手段にドレイン
電圧を供給する通電制御手段とからなるものである。
イン電圧給電手段には、通電制御手段によって、ドレイ
ン電圧が選択的に給電される。この結果、ドレイン電圧
が供給される電界効果トランジスタ・ユニットの組み合
わせにより、異なった最大出力が得られる。
本的な電極構造を備えた第一の半導体装置19につい
て、図1を用いて説明する。なお、半導体装置19の構
造例は、従来例と同じなため、説明は省略する。
ジスタ・ユニット(以下「FETユニット」という)2
0と、第二のFETユニット21とから構成される。
ゲ−ト電極22と、第一の単位ソ−ス電極23と、第一
の単位ドレイン電極24とを備える。
ト給電母線25の一端側に接続される。第一のゲ−ト給
電母線25の他端側には、共通ゲ−ト用パッド26が接
続される。第一の単位ゲ−ト電極22のゲ−ト幅はLg
1の長さに設定される。
レイン電極24は、第一の単位ゲ−ト電極22を挟むよ
うに、配置形成される。第一の単位ソ−ス電極23およ
び第一の単位ドレイン電極24は、第一の単位ゲ−ト電
極22のゲ−ト幅Lg1とほぼ同じ長さに設定される。
第一の単位ソ−ス電極23は、エア−ブリッジ配線27
を介して、第一のソ−ス用パッド28に接続される。ま
た、第一の単位ドレイン電極24は、第一のドレイン用
パッド29に接続される。
Tユニット20と同様に、第二の単位ゲ−ト電極30
と、第二の単位ソ−ス電極31と、第二の単位ドレイン
電極32とを備える。
ト給電母線33の一端側に接続される。第二のゲ−ト給
電母線33の他端側には、共通ゲ−ト用パッド26が接
続される。第二の単位ゲ−ト電極30のゲ−ト幅はLg
2の長さに設定される。但し、Lg2>Lg1とする。
レイン電極32は、第二の単位ゲ−ト電極30を挟むよ
うに、配置形成される。第二の単位ソ−ス電極31およ
び第二の単位ドレイン電極32は、第二の単位ゲ−ト電
極30のゲ−ト幅Lg2とほぼ同じ長さに設定される。
第二の単位ソ−ス電極31は、第二のソ−ス用パッド3
4に接続される。また、第二の単位ドレイン電極32
は、第二のドレイン用パッド35に接続される。
−ス電極31は、それぞれに接続された第一のソ−ス用
パッド28と第二のソ−ス用パッド34を介して接地さ
れる。第一の単位ゲ−ト電極22および第二の単位ゲ−
ト電極30には、共通ゲ−ト用パッド26を介して、ゲ
−ト電圧Vgが印加される。
幅Lg1は、第二のFETユニット21のゲ−ト幅Lg
2よりも短いため、第一のFETユニット20の最大出
力W1は、第二のFETユニット21の最大出力W2よ
りも小さくなる。
ット20を動作させる場合は、第一のドレイン用パッド
29を介して一定電圧値のドレイン電圧Vdが、第一の
単位ドレイン電極24に給電される。同様に、第二のF
ETユニット21を動作させる場合は、第二のドレイン
用パッド35を介して一定電圧値のドレイン電圧Vd
が、第二の単位ドレイン電極32に給電される。すなわ
ち、第一のFETユニット20および第二のFETユニ
ット21は、ドレイン電圧Vdの選択的な給電により動
作が制御され得る。
のドレイン電圧Vdの給電の仕方により、 1)第一のFETユニット20のみが動作する場合 2)第二のFETユニット21のみが動作する場合 3)第一のFETユニット20および第二のFETユニ
ット21が動作する場合の三つの組み合わせのうちから
いずれかが選択される。
9では最大出力電力としてW1、W2、W1+W2のい
ずれかが選択され、ドレイン電圧Vdを変えることなく
半導体装置19の最大出力電力をリニアリティ−良く変
えることができる。
単位ソ−ス電極31には、第一のソ−ス用パッド28と
第二のソ−ス用パッド34をそれぞれ設けなくても良
い。この場合は、共通ソ−ス用パッドが設けられ、第一
の単位ソ−ス電極23および第二の単位ソ−ス電極31
がこの共通ソ−ス用パッドに共通接続される。この結
果、半導体装置を占めるソ−ス用パッドの割合が低減さ
れて半導体装置が小型化されるとともに、電極構造が簡
略化される。
−ト電極36と第二の単位ゲ−ト電極37が、共通ゲ−
ト給電母線38に設けられた第二の半導体装置39につ
いて説明する。その他の構成は、図1の半導体装置19
と同様であるため、説明は簡略化する。
給電母線38に対し、その伸張方向と直交方向の一方側
(例えば、図面上の左側)に形成される。第一の単位ゲ
−ト電極36のゲ−ト幅はLg1である。
給電母線38に対し、その伸張方向と直交方向の他方側
(例えば、図面上の右側)に形成される。第二の単位ゲ
−ト電極37のゲ−ト幅はLg2である。
位ゲ−ト電極37には、共通ゲ−ト給電母線38に接続
された共通ゲ−ト用パッド40を介して、同一のゲ−ト
電圧Vgが印加される。
合は、図1の半導体装置19と同様に、第一のドレイン
用パッド42と、第一のソ−ス用パッド43の間に一定
電圧値が印加される。この結果、第一の単位ドレイン電
極42に、ドレイン電圧Vdが給電される。また、第二
のFETユニット44を動作させる場合は、第二のドレ
イン用パッド45と、第二のソ−ス用パッド46の間に
一定電圧値が印加される。この結果、第二の単位ドレイ
ン電極47に、ドレイン電圧Vdが給電される。
けることにより、半導体装置39を占めるゲ−ト給電母
線38の割合が低減されて半導体装置39が小型化され
るとともに、電極構造が簡略化される。また、第一の単
位ソ−ス電極48と第一のソ−ス用パッド43とを接続
するさいに、エア−ブリッジ配線等の配線を行う必要が
なくなるので、作製する際の工程が簡略化される。
ための電極構造を備えた第三の半導体装置49について
説明する。なお、半導体装置49の構造例は、従来例と
同じなため、説明は省略する。
ニット50、51、52、53から構成される。
電極54と、単位ソ−ス電極55と、単位ドレイン電極
56とを備える。
−ト給電母線57に対して、等間隔かつ直角方向(図面
上の右側)に伸張して複数本形成される。この結果、単
位ゲ−ト電極54は、櫛歯状に形成される。
位ゲ−ト電極54の一本当たりのゲ−ト幅Lgの長さは
短いが、全部のゲ−ト幅Lgを足し合わせた総ゲ−ト幅
が長くなるので、大きな出力を得ることができる。
6は、単位ゲ−ト電極54を挟むように、交互に配置形
成される。
極56は、単位ゲ−ト電極54のゲ−ト幅Lgとほぼ同
じ長さに設定される。単位ソ−ス電極57は、単位ドレ
イン電極56を跨ぐように形成されたエア−ブリッジ配
線部を有するソ−ス電極母線58を介して、接地用端子
の共通ソ−ス用パッド59に共通接続される。
線60に共通接続される。ドレイン給電母線60は、単
位ドレイン電極56にドレイン電圧Vdを給電するため
のドレイン用パッド61に接続される。
54、55は、第一のFETユニット52と同じ電極構
造に形成されるため、説明は省略する。なお、相違する
点は、第一のFETユニット50の単位ゲ−ト電極56
のゲ−ト幅をLg1、第二のFETユニット53ではL
g2、また第三のFETユニットではLg3、さらに第
四のFETユニットではLg4に設定したことである。
但し、Lg1<Lg2<Lg3<Lg4とする。
50、51、52、53は、それぞれのゲ−ト給電母線
が平行に配置され、さらに、それぞれの単位ゲ−ト電極
がそれぞれのゲ−ト給電母線の伸張方向と直角方向に対
して同一側(例えば、図面上の右側)に位置するように
配置される。この結果、第一、第二、第三、第四のFE
Tユニット50、51、52、53が横一列に配置され
る。なお、それぞれのゲ−ト給電母線は共通母線62に
接続され、さらにゲ−ト用パッド63に接続される。
三、第四のFETユニット50、51、52、53は、
図1の半導体装置19と同様に、ドレイン電圧Vdによ
り選択的に動作される。
50、51、52、53のそれぞれのゲ−ト幅Lgを、
一例として、 Lg1:Lg2:Lg3:Lg4=2:3:4:8 の比率に設定する。
出力電力の値をWとすると、第二のFETユニット51
の最大出力電力の値は1.5×W、第三のFETユニッ
ト52の最大出力電力の値は2×W、第四のFETユニ
ット53の最大出力の値は4×Wとなる。従って、図5
に示すように、第一、第二、第三、第四のFETユニッ
ト50、51、52、53の動作組み合わせにより、半
導体装置49の最大出力電力は、W、1.5×W、2×
W、2.5×W、3×W、、…、7.5×W、8×W、
8.5×Wのごとく16通りの組み合わせのいずれかに
設定される。すなわち、ドレイン電圧Vdを変えること
なく、半導体装置49の最大出力を幅広い範囲で変える
ことができるとともに、最大出力の値を0.5×Wの間
隔で細かく変えることができる。
装置64について説明する。
二、第三、第四のFETユニット50、51、52、5
3のそれぞれにゲ−ト給電母線を設けた。しかしなが
ら、第一、第二、第三、第四のFETユニット50、5
1、52、53のそれぞれにゲ−ト給電母線を設けるこ
となく、隣接するFETユニットに対して、共通のゲ−
ト給電母線を設けても良い。第四の半導体装置64は、
このような電極構造を有するものである。なお、図4と
同様の説明は省略する。
ニット65、66、67、68から構成される。
−ト電極70は、第一の共通ゲ−ト給電母線71に対
し、その伸張方向の両側に複数本形成される。すなわ
ち、第一の単位ゲ−ト電極69は、第一の共通ゲ−ト給
電母線71に対して、図面上の左側に形成される。第二
の単位ゲ−ト電極70は、第二の共通ゲ−ト給電母線7
1に対して、図面上の右側に形成される。第一の単位ゲ
−ト電極69のゲ−ト幅はLg1の長さであり、第二の
単位ゲ−ト電極70のゲ−ト幅はLg2の長さである。
−ト電極73は、第二の共通ゲ−ト給電母線74に対
し、その伸張方向の両側に複数本形成される。すなわ
ち、第三の単位ゲ−ト電極72は、第二の共通ゲ−ト給
電母線74に対して、図面上の左側に形成される。第三
の単位ゲ−ト電極73は、第二の共通ゲ−ト給電母線7
4に対して、図面上の右側に形成される。第三の単位ゲ
−ト電極72のゲ−ト幅はLg3の長さであり、第四の
単位ゲ−ト電極73のゲ−ト幅はLg4の長さである。
但し、Lg1<Lg2<Lg3<Lg4となるように設
定される。
通ゲ−ト給電母線74は、第二の単位ゲ−ト電極70と
第三の単位ゲ−ト電極72を挟むように、平行に配置さ
れる。第一の共通ゲ−ト給電母線71と第二の共通ゲ−
ト給電母線74の端部は共通接続され、共通ゲ−ト用パ
ッド75に接続される。
母線77に共通接続される。ソ−ス電極母線77は、ソ
−ス用パッド(図示せず)に接続される。第四の単位ソ
−ス電極78は、ソ−ス電極母線79に共通接続され
る。ソ−ス電極母線79は、ソ−ス用パッド(図示せ
ず)に接続される。
−ス電極81は、第一の共通ゲ−ト給電母線71と第二
の共通ゲ−ト給電母線74の間に設けられた共通ソ−ス
電極母線82に共通接続される。共通ソ−ス電極母線8
2は、ソ−ス用パッド(図示せず)に接続される。
は、単位ソ−ス電極を跨ぐように形成されたエア−ブリ
ッジ配線部を有するドレイン給電母線83を介して、ド
レイン用パッドに共通接続される。また、同様に、FE
Tユニット66、67、68のそれぞれの単位ドレイン
電極も、ドレイン給電母線を介して、それぞれのドレイ
ン用パッドに共通接続される。
6、67、68が横一列に配置される。なお、半導体装
置64では、ゲ−ト給電母線およびソ−ス電極母線を共
通化したことにより、半導体装置を占めるゲ−ト給電母
線およびソ−ス電極母線の割合が低減されて半導体装置
が小型化される。
る場合は熱が発生し、この発熱は主として単位ゲ−ト電
極の近傍で生じる。電子の移動度は、温度に対する依存
性が大きい。従って、高出力の半導体装置では、動作時
に発生する熱に対する考察が必要となる。
造を備える高出力の半導体装置49の放熱を考慮した、
第五の高出力の半導体装置84についての説明をする。
半導体装置84と半導体装置49との差異は、単位ゲ−
ト電極の長さのみである。このため、単位ゲ−ト電極に
ついてのみ説明し、他の説明は省略する。なお、図7で
は、単位ソ−ス電極を共通接続するためのエア−ブリッ
ジ配線およびソ−ス用パッドは省略されている。
ニットから構成され、第一、第二、第三、第四のFET
ユニット85、86、87、88が横一列に配置形成さ
れる。
された複数の単位ゲ−ト電極配列のうち、中央領域A1
に配置された単位ゲ−ト電極は、両端領域B1に配置さ
れた単位ゲ−ト電極と、第二のFETユニット86の櫛
歯状に配列された複数の単位ゲ−ト電極配列のうち、中
央領域A2に配置形成された単位ゲ−ト電極とによって
囲まれるため、中央領域A1における熱は両端領域B1
と中央領域A2には逃げにくくなる。
に配列された複数の単位ゲ−ト電極のうち、中央領域A
2に配置された単位ゲ−ト電極列は、両端領域B2に配
置された単位ゲ−ト電極と、第一のFETユニット85
の中央領域A1の単位ゲ−ト電極と、第三のFETユニ
ット87の櫛歯状に配列された複数の単位ゲ−ト電極の
うち、中央領域A3に配置された単位ゲ−ト電極によっ
て囲まれるため、中央領域A2における熱は両端領域B
2と中央領域A1、A3には逃げにくくなる。
に、第三のFETユニット87の櫛歯状配列の複数の単
位ゲ−ト電極列のうち、中央領域A3の単位ゲ−ト電極
で生じる熱は両端領域B2と中央領域A2、A4の領域
には逃げにくくなる。
同様に、第四のFETユニット88の櫛歯状配列の複数
の単位ゲ−ト電極のうち、中央領域A4に配置された単
位ゲ−ト電極で生じる熱は両端領域B4と中央領域A3
には逃げにくくなる。
Tユニット85、86、87、88のそれぞれの中央領
域A1、A2、A3、A4には、熱が蓄熱されやすい。
における単位ゲ−ト電極の発熱を、低減するため、中央
領域A1に配置形成される単位ゲ−ト電極のゲ−ト幅
は、両端領域B1に形成される単位ゲ−ト電極のゲ−ト
幅よりも短く形成される。また、中央領域A2に配置形
成される単位ゲ−ト電極のゲ−ト長は、両端領域部B2
に形成される単位ゲ−ト電極のゲ−トよりも短く形成さ
れる。
置49と同じ最大出力が得られるように、第一、第二、
第三、第四のFETユニット85、86、87、88の
総ゲ−ト幅は、図4に示す第一、第二、第三、第四のF
ETユニット50、51、52、53と同じに、設定さ
れる。すなわち、中央領域A1、A2、A3、A4にお
ける単位ゲ−ト電極の短くなったゲ−ト幅は、両端領域
B1、B2、B3、B4の単位ゲ−ト電極のゲ−ト幅に
加算される。両端領域B1、B2、B3、B4における
単位ゲ−ト電極のゲ−ト幅を長くすると、発熱が大きく
なるが半導体装置84の周縁領域に逃げるので、両端領
域B1、B2、B3、B4には熱が蓄積されない。
4における単位ゲ−ト電極の発熱が、半導体装置49に
比べて低減される。
成された複数の単位ゲ−ト電極は、熱が最も蓄積されや
すい中央領域に配置されるものを最も短く形成し、中央
領域から両端領域に移るにしたがって、順次長くなるよ
うに形成しても良い。
電極構造を備える高出力の半導体装置49の放熱を改善
した、第六の高出力の半導体装置89である。半導体装
置89と半導体装置49との差異は、単位ゲ−ト電極の
間隔と、単位ゲ−ト電極の間に配置形成される単位ソ−
ス電極および単位ドレイン電極の単位ゲ−ト電極間の長
さである。単位ソ−ス電極および単位ドレイン電極の長
さが発熱に及ぼす影響は、単位ゲ−ト電極に比べて小さ
い。このため、単位ゲ−ト電極についてのみ説明し、他
の説明は省略する。なお、図8では、単位ソ−ス電極を
共通接続するためのエア−ブリッジ配線およびソ−ス用
パッドは省略されている。
ニットから構成され、第一、第二、第三、第四のFET
ユニット90、91、92、93が横一列に配置形成さ
れる。
三、第四のFETユニット90、91、92、93の中
央領域A1、A2、A3、A4には、熱が蓄積されやす
い。このため、第一、第二、第三、第四のFETユニッ
ト90、91、92、93の櫛歯状に形成された複数の
単位ゲ−ト電極配置のうち、中央領域A1、A2、A
3、A4に形成された単位ゲ−ト電極の間隔は、両端領
域B1、B2、B3、B4に形成された単位ゲ−ト電極
の間隔に比べて、広く形成される。このため、半導体装
置89では、図4の半導体装置49に比べて、中央領域
A1、A2、A3、A4における単位ゲ−ト電極の密度
が両端領域B1、B2、B3、B4に比べて小さくな
る。また、中央領域A1、A2、A3、A4では、隣接
する単位ゲ−ト電極の間隔が広くなるため、単位面積当
たりの発熱量も小さくなるとともに、単位ゲ−ト電極で
発生する熱の放熱面積が増加する。この結果、中央領域
A1、A2、A3、A4における単位ゲ−ト電極の発熱
が、半導体装置49に比べて低減される。
ニット90、91、92、93における櫛歯状に形成さ
れた複数の単位ゲ−ト電極の間隔は、熱が最も蓄積され
やすい中央領域において最も広く形成し、熱が蓄積され
にくい両端領域に移るにしたがって順次狭くなるように
形成しても良い。
電極構造を備える高出力の半導体装置49の放熱を考慮
した、第七の高出力電力の半導体装置94である。な
お、半導体装置94と半導体装置49との差異は、FE
Tユニットを配置する順番だけである。従って、半導体
装置49と同じFETユニットは同じ番号を用いて説明
する。なお、図9では、単位ソ−ス電極を共通接続する
ためのエア−ブリッジ配線およびソ−ス用パッドは省略
されている。
ETユニットを半導体装置の中央に配置する。
Tユニット50、51、52、53の単位ゲ−ト電極の
幅は、第一、第二、第三の、第四のFETユニット5
0、51、52、53の順番に長い。従って、動作時の
発熱は、単位ゲ−ト電極の幅の順に大きくなる。
四のFETユニット53と、次に発熱が大きい第三のF
ETユニット52が両外側に配置される。そして、第四
と第3のFETユニット53と52の間には、第一のF
ETユニット50と、第二の電界効果トランジスタ・ユ
ニット51が配置される。その際、最も発熱が小さい第
一の電界効果トランジスタ・ユニット50が、最も発熱
が大きい第四のFETユニット53に隣接して配置さ
れ、次に発熱が小さい第二のFETユニット52が、次
に発熱が大きい第二のFETユニット52に隣接して配
置される。
3、52で発生する熱は、半導体装置94の周縁領域に
逃げやすくなる。また、発熱の大きいFETユニットと
発熱の小さいFETユニットを隣接させて配置形成する
ことより、動作時に発生する熱は半導体装置94の内部
でほぼ均一化される。
る発熱が、半導体装置49に比べて低減される。
対策を施した半導体装置について説明したが、これらの
例示を組み合わせた半導体装置としても良く、この組み
合わせにより、半導体装置の蓄熱は一層低減される。
装置95について説明する。
置とから構成される。半導体装置は、図1乃至図9に例
示の半導体装置のいずれでも良く、本実施例では、図1
で示す半導体装置19を例示にして説明する。なお、半
導体装置19の説明は省略し、同じ構成部分は同じ番号
を用いる。
98とから構成される。なお、スイッチ部96は、第一
のスイッチ99と第二のスイッチ100とを備える。
100の一端は端子T1に共通接続され、端子T1は一
定電圧値の直流電源に接続される。第一のスイッチ99
の他端は端子T2に接続され、端子T2は半導体装置1
9の第一のドレイン用パッド29に接続される。第二の
スイッチ100の他端は端子T3に接続され、端子T3
は半導体装置19の第二のドレイン用パッド35に接続
される。なお、端子T2と第一のドレイン用パッド2
9、端子T3と第二のドレイン用パッド35の間は、ボ
ンディングワイヤ−101を用いて接続される。
Unit)を備え、スイッチ部97の第一のスイッチ99
と第二のスイッチ100のオン・オフ制御を行う。
トランジスタ・ユニット20の動作制御を行う場合は、
第一のスイッチ99がオン制御され、第一のドレイン用
パッド29にドレイン電圧Vdが給電される。また、半
導体装置19を構成する第二の電界効果トランジスタ・
ユニット21を動作制御する場合は、第二のスイッチ1
00がオン制御され、第二のドレイン用パッド35にド
レイン電圧Vdが給電される。すなわち、制御手段98
によって、第一の電界効果トランジスタ・ユニット20
と第二の電界効果トランジスタ・ユニット21が選択的
に動作される。
は、 1)第一のFETユニット20の最大出力電力W1 2)第二のFETユニット21の最大出力電力W2 3)第一のFETユニット20の最大出力電力W1およ
び第二のFETユニット21の最大出力電力W2を加算
した(W1+W2)のいずれかが選択される。
99と第二のスイッチ100の二つのスイッチを備える
場合を示したが、スイッチの数は、半導体装置を構成す
るFETユニットの数と同じ個数のスイッチが設けられ
る。
次のような効果を有する。
ゲ−ト幅の異なる少なくとも二以上のFETユニットを
有する。また、各FETユニットはドレイン電圧の選択
的な給電により個々に動作させることができる。このた
め、動作させるFETユニットを選択して組み合わせる
ことにより、半導体装置の最大出力を幅広い範囲で変え
ることができる。
変えていたが、本発明の半導体装置を使用することによ
り一つの半導体装置で種々の仕様に対応することができ
る。このため、仕様に応じて半導体装置を取り替えた
り、最大出力が異なる種々の半導体装置をあらかじめ保
有しておく必要がなくなり、また、仕様に応じて半導体
装置を作製することが不要となる。この結果、本発明の
半導体装置は、極めて汎用性が高いものとなる。
の開発段階では、回路設計を極めて効率良く行うことが
できるとともに、開発コストを低減することができる。
装置の最大出力の調整により、半導体装置を用いた回路
の出力のバラツキを低減することができる。従って、半
導体装置を用いた回路の生産歩留まりを、向上させるこ
とができる。
ごとにゲ−ト給電母線が設けられる。このため、FET
ユニットの電極構造がパタ−ン化して、電極設計が容易
となる。
のそれぞれにゲ−ト給電母線を設けることなく、隣接す
るFETユニットのゲ−ト給電母線を共通化する。この
ため、半導体装置を占める給電母線の割合が低減される
ので、半導体装置が小型化される。このため、半導体装
置が用いられる電子機器の形状を、さらに小型化するこ
とができる。
トの複数のゲ−ト電極が櫛歯状に形成されることより、
総ゲ−ト幅が長くなり、大きな出力を得ることができ
る。また、櫛歯状に形成することにより、一方の方向に
のみゲ−ト幅が伸びる電極構造を避けることができる。
おける蓄熱が低減される。このため、ゲ−ト電極間の増
幅特性のバラツキが小さくなり、半導体装置の生産歩留
まりが向上する。
装置を動作制御するための制御手段が設けられている。
このため、制御手段の設計等が不要となり、本発明の半
導体装置をさらに汎用的に使用することができる。
示す図である。
ETユニットを選択動作させたときの最大出力の変化を
示す図である。
示す図である。
示す図である。
ETユニットを選択動作させたときの最大出力の変化を
示す図である。
示す図である。
放熱手段を示す図である。
放熱手段を示す図である。
放熱手段を示す図である。
る。
る。
変えた場合の最大出力の変化を示す図である。
FETユニット) 21 第二の電界効果トランジスタ・ユニット(第二の
FETユニット) 22 第一の単位ゲ−ト電極 23 第一の単位ソ−ス電極 24 第一の単位ドレイン電極 25 第一のゲ−ト給電母線 26 ゲ−ト用パッド 27 エア−ブリッジ配線 28 第一のソ−ス用パッド 29 第一のドレイン用パッド 30 第二の単位ゲ−ト電極 31 第二の単位ソ−ス電極 32 第二の単位ドレイン電極 33 第二のゲ−ト給電母線 34 第二のゲ−ト用パッド 35 第二のソ−ス用パッド 36 第二のドレイン用パッド Lg1 第一の単位ゲ−ト電極のゲ−ト幅 Lg2 第二の単位ゲ−ト電極のゲ−ト幅 D ドレイン S ソ−ス
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくとも一つのゲ−ト電極、ドレイン
電極およびソ−ス電極を有する電界効果トランジスタ・
ユニットを少なくとも二以上設けた半導体装置におい
て、前記各電界効果トランジスタ・ユニットのゲ−ト電
極の総ゲ−ト幅を異なる長さに設けるとともに、前記電
界効果トランジスタ・ユニットのそれぞれにドレイン電
圧を給電するための給電手段を設けたことを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項2】 電界効果トランジスタ・ユニットのゲ−
ト電極を、前記各電界効果トランジスタ・ユニットごと
に設けたゲ−ト給電母線に形成したことを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 隣接の電界効果トランジスタ・ユニット
のゲ−ト電極を、共通のゲ−ト給電母線の両側に形成し
たことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 ゲ−ト給電母線には複数のゲ−ト電極を
櫛歯状に形成したことを特徴とする請求項2または請求
項3に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 電界効果トランジスタ・ユニットの櫛歯
状に形成されたゲ−ト電極は、中央領域に配置形成され
たゲ−ト電極のゲ−ト幅を、両端領域に配置形成された
ゲ−ト電極のゲ−ト幅よりも短く形成したことを特徴と
する請求項4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 電界効果トランジスタ・ユニットの櫛歯
状に形成されたゲ−ト電極は、中央領域に配置形成され
たゲ−ト電極のゲ−ト間隔を、両端領域に配置形成され
たゲ−ト電極のゲ−ト間隔よりも広く形成したことを特
徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 【請求項7】 請求項1から請求項6までのいずれかに
記載の半導体装置と、前記半導体装置を構成する前記電
界効果トランジスタ・ユニットを選択的に選び出してド
レイン給電手段にドレイン電圧を供給する通電制御手段
とからなる増幅装置。
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---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-07-24 JP JP20951798A patent/JP3521750B2/ja not_active Expired - Fee Related
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