JP2002289835A - 高周波パワーアンプ装置 - Google Patents
高周波パワーアンプ装置Info
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- JP2002289835A JP2002289835A JP2001091827A JP2001091827A JP2002289835A JP 2002289835 A JP2002289835 A JP 2002289835A JP 2001091827 A JP2001091827 A JP 2001091827A JP 2001091827 A JP2001091827 A JP 2001091827A JP 2002289835 A JP2002289835 A JP 2002289835A
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- Japan
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- gaas
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い電圧で動作可能な高周波パワーアンプ装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル
層３３０上に、Ｉｎ組成を深さ方向下から連続的に０か
ら０．５付近まで変化させ、ＶＩ族元素をドーピングし
たｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０６，３０７と、その上にさら
にＩｎＰ系バイポーラトランジスタ形成用エピタキシャ
ル層３２９を成長したエピタキシャルウエハを利用し
て、高周波パワーアンプ回路のＲＦトランジスタをＧａ
Ａｓ−ＨＢＴ、ＤＣベースバイアス回路のバイポーラト
ランジスタをＩｎＰ系のバンドギャップの狭い物質を用
いたバイポーラトランジスタである。ＧａＡｓ−ＨＢＴ
の高周波特性の良さを維持しつつ、低電圧化に対応でき
るパワーアンプ回路を１チップ上に作成する。
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル
層３３０上に、Ｉｎ組成を深さ方向下から連続的に０か
ら０．５付近まで変化させ、ＶＩ族元素をドーピングし
たｎ−ＩｎＧａＡｓ層３０６，３０７と、その上にさら
にＩｎＰ系バイポーラトランジスタ形成用エピタキシャ
ル層３２９を成長したエピタキシャルウエハを利用し
て、高周波パワーアンプ回路のＲＦトランジスタをＧａ
Ａｓ−ＨＢＴ、ＤＣベースバイアス回路のバイポーラト
ランジスタをＩｎＰ系のバンドギャップの狭い物質を用
いたバイポーラトランジスタである。ＧａＡｓ−ＨＢＴ
の高周波特性の良さを維持しつつ、低電圧化に対応でき
るパワーアンプ回路を１チップ上に作成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波の周波数を
利用する高周波無線装置に用いられる高周波パワーアン
プ装置に関する。
利用する高周波無線装置に用いられる高周波パワーアン
プ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、携帯電話等に使用される高周波パ
ワーアンプ装置で、バイポーラトランジスタによって構
成されるものは、図１のような回路で構成される。この
回路は、大きく５つの回路から構成されていると考える
ことが出来る。高周波（以下、ＲＦ）トランジスタ１０
１、ＲＦ出力回路１０２、ＲＦ入力回路１０３、ＤＣコ
レクタバイアス回路１０４、ＤＣベースバイアス回路１
０５である。
ワーアンプ装置で、バイポーラトランジスタによって構
成されるものは、図１のような回路で構成される。この
回路は、大きく５つの回路から構成されていると考える
ことが出来る。高周波（以下、ＲＦ）トランジスタ１０
１、ＲＦ出力回路１０２、ＲＦ入力回路１０３、ＤＣコ
レクタバイアス回路１０４、ＤＣベースバイアス回路１
０５である。
【０００３】ＤＣベースバイアス回路１０５の最も重要
な機能は、バイアス点での温度による変化を抑制するこ
とにある。ＤＣコレクタバイアス回路１０４のように、
単純に一定電圧でＲＦトランジスタ１０１にベースバイ
アスを与えると、温度が変動した際に、ＲＦトランジス
タ１０１のコレクタ電流も変化してしまう。
な機能は、バイアス点での温度による変化を抑制するこ
とにある。ＤＣコレクタバイアス回路１０４のように、
単純に一定電圧でＲＦトランジスタ１０１にベースバイ
アスを与えると、温度が変動した際に、ＲＦトランジス
タ１０１のコレクタ電流も変化してしまう。
【０００４】また、ＤＣベースバイアス回路１０５がそ
の機能を実現するために必要な基本構成要素は、ダイオ
ード１０８，１０９、抵抗１１０である。ダイオードに
流れる電流を一定にすれば、ダイオードの両端の電圧に
より、温度が変化しても電流が一定になるような接合電
圧が得られる。この電圧をＲＦトランジスタ１０１のベ
ースに与えれば、ＲＦトランジスタ１０１のコレクタ電
流の温度変動が抑えられる。
の機能を実現するために必要な基本構成要素は、ダイオ
ード１０８，１０９、抵抗１１０である。ダイオードに
流れる電流を一定にすれば、ダイオードの両端の電圧に
より、温度が変化しても電流が一定になるような接合電
圧が得られる。この電圧をＲＦトランジスタ１０１のベ
ースに与えれば、ＲＦトランジスタ１０１のコレクタ電
流の温度変動が抑えられる。
【０００５】実際の高周波パワーアンプ回路では、ベー
スバイアスは低インピーダンスで与える必要があるの
で、バイポーラトランジスタ１０６、抵抗１０７で構成
されるエミッタフォロワ回路を負荷する必要がある。さ
らに、バイポーラトランジスタ１０６のベース−エミッ
タ間の電圧降下を補うために、ダイオード１０８が付加
されて、ＤＣベースバイアス回路１０５が構成される。
スバイアスは低インピーダンスで与える必要があるの
で、バイポーラトランジスタ１０６、抵抗１０７で構成
されるエミッタフォロワ回路を負荷する必要がある。さ
らに、バイポーラトランジスタ１０６のベース−エミッ
タ間の電圧降下を補うために、ダイオード１０８が付加
されて、ＤＣベースバイアス回路１０５が構成される。
【０００６】このＤＣベースバイアス回路１０５では、
ダイオード１０８，１０９にかかる電圧Ｖによって、Ｃ
ＭＯＳ回路から供給されるバイアス電流Ｉを調整するこ
とで、バイアス点が決定できる。したがって、バイアス
電流は、 Ｉ＝（Ｖ−（Ｖ８＋Ｖ９）））／Ｒ１０ …（１） で決定される。ここで、Ｖ８はダイオード１０８にかか
る電圧、Ｖ９はダイオード１０９にかかる電圧、Ｒ１０
は抵抗１１０の抵抗値である。温度によって、Ｖ８，Ｖ
９が変動する。たとえば、−３０（℃）〜＋８０（℃）
の範囲では、（Ｖ８＋Ｖ９）の変動は、〜０．２（Ｖ）
であるから、もし、Ｖ−（Ｖ８＋Ｖ９）＞＞０．２
（Ｖ）とすれば、バイアス電流Ｉの熱による変動は抑え
られる。通常、Ｖ−（Ｖ８＋Ｖ９）を０．４（Ｖ）以上
とする。
ダイオード１０８，１０９にかかる電圧Ｖによって、Ｃ
ＭＯＳ回路から供給されるバイアス電流Ｉを調整するこ
とで、バイアス点が決定できる。したがって、バイアス
電流は、 Ｉ＝（Ｖ−（Ｖ８＋Ｖ９）））／Ｒ１０ …（１） で決定される。ここで、Ｖ８はダイオード１０８にかか
る電圧、Ｖ９はダイオード１０９にかかる電圧、Ｒ１０
は抵抗１１０の抵抗値である。温度によって、Ｖ８，Ｖ
９が変動する。たとえば、−３０（℃）〜＋８０（℃）
の範囲では、（Ｖ８＋Ｖ９）の変動は、〜０．２（Ｖ）
であるから、もし、Ｖ−（Ｖ８＋Ｖ９）＞＞０．２
（Ｖ）とすれば、バイアス電流Ｉの熱による変動は抑え
られる。通常、Ｖ−（Ｖ８＋Ｖ９）を０．４（Ｖ）以上
とする。
【０００７】このバイポーラトランジスタによる高周波
パワーアンプ回路は、材料的に高周波特性のよいＧａＡ
ｓ基板上に、図２のようにエピタキシャル成長したウエ
ハ上に作られるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以
下、ＧａＡｓ−ＨＢＴ）をＲＦトランジスタ１０１とし
て構成される事が多い。
パワーアンプ回路は、材料的に高周波特性のよいＧａＡ
ｓ基板上に、図２のようにエピタキシャル成長したウエ
ハ上に作られるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以
下、ＧａＡｓ−ＨＢＴ）をＲＦトランジスタ１０１とし
て構成される事が多い。
【０００８】ＧａＡｓ−ＨＢＴを用いた高周波パワーア
ンプ回路は通常、ＲＦトランジスタ１０１とバイポーラ
トランジスタ１０６の２つのトランジスタは、同じＧａ
Ａｓ基板上で形成される。高周波パワーアンプ回路を一
つのＧａＡｓ基板上に形成する場合、バイポーラトラン
ジスタ１０６もＲＦトランジスタ１０１と同じ接合構造
をもったトランジスタとして製造するのが従来の技術で
ある。つまり、ＲＦトランジスタ１０１およびバイポー
ラトランジスタ１０６のエミッタ−ベース間電圧と同じ
電圧降下が必要なダイオード１０８，１０９は、ともに
ＲＦトランジスタ１０１およびバイポーラトランジスタ
１０６のベース−エミッタ接合と同じ接合のｐｎ接合を
持ったダイオードとなる。例えば、ＲＦトランジスタ１
０１およびバイポーラトランジスタ１０６がＡｌＧａＡ
ｓ系ＨＢＴであるなら、ｐ型ＧａＡｓ／ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓというｐｎ接合をもったダイオードとなるし、ＩｎＧ
ａＰ系ＨＢＴであれば、ｐ型ＧａＡｓ／ｎ型ＩｎＧａＰ
というｐｎ接合をもったダイオードとなる。これらダイ
オードにかかる電圧Ｖ８，Ｖ９は、主にｐ型ＧａＡｓの
バンドギャップによって決定され、温度が−３０（℃）
の場合、１．２（Ｖ）程度であり、８０（℃）の場合、
１．３（Ｖ）程度となる。
ンプ回路は通常、ＲＦトランジスタ１０１とバイポーラ
トランジスタ１０６の２つのトランジスタは、同じＧａ
Ａｓ基板上で形成される。高周波パワーアンプ回路を一
つのＧａＡｓ基板上に形成する場合、バイポーラトラン
ジスタ１０６もＲＦトランジスタ１０１と同じ接合構造
をもったトランジスタとして製造するのが従来の技術で
ある。つまり、ＲＦトランジスタ１０１およびバイポー
ラトランジスタ１０６のエミッタ−ベース間電圧と同じ
電圧降下が必要なダイオード１０８，１０９は、ともに
ＲＦトランジスタ１０１およびバイポーラトランジスタ
１０６のベース−エミッタ接合と同じ接合のｐｎ接合を
持ったダイオードとなる。例えば、ＲＦトランジスタ１
０１およびバイポーラトランジスタ１０６がＡｌＧａＡ
ｓ系ＨＢＴであるなら、ｐ型ＧａＡｓ／ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓというｐｎ接合をもったダイオードとなるし、ＩｎＧ
ａＰ系ＨＢＴであれば、ｐ型ＧａＡｓ／ｎ型ＩｎＧａＰ
というｐｎ接合をもったダイオードとなる。これらダイ
オードにかかる電圧Ｖ８，Ｖ９は、主にｐ型ＧａＡｓの
バンドギャップによって決定され、温度が−３０（℃）
の場合、１．２（Ｖ）程度であり、８０（℃）の場合、
１．３（Ｖ）程度となる。
【０００９】さて、この従来技術によって構成されたＧ
ａＡｓ−ＨＢＴの高周波パワーアンプ回路において、電
圧Ｖが最大どの程度必要になるか計算すると、８０
（℃）の場合のＶ８，Ｖ９から電圧Ｖは３．０（Ｖ）以
上必要となる。
ａＡｓ−ＨＢＴの高周波パワーアンプ回路において、電
圧Ｖが最大どの程度必要になるか計算すると、８０
（℃）の場合のＶ８，Ｖ９から電圧Ｖは３．０（Ｖ）以
上必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】携帯電話において、電
圧ＶはＣＭＯＳ回路で供給される。最近、ＣＭＯＳ回路
の電圧がＣＭＯＳの微細化のため低下してきており、電
圧Ｖを３（Ｖ）以下にしたいという要求が増加してい
る。しかしながら、従来のＧａＡｓ−ＨＢＴの高周波パ
ワーアンプ回路においては、ダイオード１０８，１０９
にかかる電圧Ｖ８，Ｖ９は前述のとおり、ｐ型ＧａＡｓ
のバンドギャップという物性によって大方決定されるた
め、電圧Ｖを３（Ｖ）以下にするという要求には応える
事が難しい。
圧ＶはＣＭＯＳ回路で供給される。最近、ＣＭＯＳ回路
の電圧がＣＭＯＳの微細化のため低下してきており、電
圧Ｖを３（Ｖ）以下にしたいという要求が増加してい
る。しかしながら、従来のＧａＡｓ−ＨＢＴの高周波パ
ワーアンプ回路においては、ダイオード１０８，１０９
にかかる電圧Ｖ８，Ｖ９は前述のとおり、ｐ型ＧａＡｓ
のバンドギャップという物性によって大方決定されるた
め、電圧Ｖを３（Ｖ）以下にするという要求には応える
事が難しい。
【００１１】このような理由から、ベース材料としてｐ
型ＧａＡｓ以外の物質を利用することも考えられる。半
導体材料として最も利用されているＳｉはバンドギャッ
プが０．６程度と小さいが、電子の移動度がＧａＡｓと
比較すると小さいため、今後さらに高周波化が必要とな
るパワーアンプにおいては不利である。
型ＧａＡｓ以外の物質を利用することも考えられる。半
導体材料として最も利用されているＳｉはバンドギャッ
プが０．６程度と小さいが、電子の移動度がＧａＡｓと
比較すると小さいため、今後さらに高周波化が必要とな
るパワーアンプにおいては不利である。
【００１２】また、ＩｎＰ基板上に成長したエピタキシ
ャルウエハを用いてパワーアンプ回路を作成する方法も
ある。この場合、ベース層の材料はＩｎＰに格子整合す
るＩｎ組成が０．５程度であるＩｎＧａＡｓを用いるこ
とが一般的である。このＩｎＧａＡＳはバンドギャップ
が０．７５（Ｖ）程度であり、これを用いて、ダイオー
ド１０８，１０９を形成すれば、式（１）よりＶ＞１．
８（Ｖ）となり、大幅な改善が見込まれる。しかしなが
ら、ＩｎＰ基板上に成長したＩｎＧａＡｓベーストラン
ジスタは、一般的に耐圧が低い開発途上の技術であり、
ＲＦトランジスタに用いることは難しい。
ャルウエハを用いてパワーアンプ回路を作成する方法も
ある。この場合、ベース層の材料はＩｎＰに格子整合す
るＩｎ組成が０．５程度であるＩｎＧａＡｓを用いるこ
とが一般的である。このＩｎＧａＡＳはバンドギャップ
が０．７５（Ｖ）程度であり、これを用いて、ダイオー
ド１０８，１０９を形成すれば、式（１）よりＶ＞１．
８（Ｖ）となり、大幅な改善が見込まれる。しかしなが
ら、ＩｎＰ基板上に成長したＩｎＧａＡｓベーストラン
ジスタは、一般的に耐圧が低い開発途上の技術であり、
ＲＦトランジスタに用いることは難しい。
【００１３】また、ＧａＡｓ−ＨＢＴのｐ型ＧａＡｓの
代わりにｐ型ＩｎＧａＡｓをひずみ層として用いる例も
あるが、ひずみ層であるため、欠陥の少ない決勝を成長
させるためにＩｎ組成に上限があり、ベース層のバンド
ギャップを小さくする効果はさほど望めない。
代わりにｐ型ＩｎＧａＡｓをひずみ層として用いる例も
あるが、ひずみ層であるため、欠陥の少ない決勝を成長
させるためにＩｎ組成に上限があり、ベース層のバンド
ギャップを小さくする効果はさほど望めない。
【００１４】本発明は、前記課題に鑑みてなされたもの
であり、低い電圧で動作可能な高周波パワーアンプ装置
を提供することを目的とする。
であり、低い電圧で動作可能な高周波パワーアンプ装置
を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明による高周波パ
ワーアンプ装置は、ＧａＡｓ基板上に形成されたＧａＡ
ｓとの格子定数の差が２％以下であるような半導体をベ
ースとして用いたｎｐｎヘテロ接合バイポーラトランジ
スタである高周波出力用トランジスタと、ベース層にＩ
ｎＰとの格子定数の差が２％以下で、バンドギャップが
１ｅＶ以下である半導体を用いたｎｐｎバイポーラトラ
ンジスタであるベースバイアス回路用トランジスタとを
具備することを特徴としている。
ワーアンプ装置は、ＧａＡｓ基板上に形成されたＧａＡ
ｓとの格子定数の差が２％以下であるような半導体をベ
ースとして用いたｎｐｎヘテロ接合バイポーラトランジ
スタである高周波出力用トランジスタと、ベース層にＩ
ｎＰとの格子定数の差が２％以下で、バンドギャップが
１ｅＶ以下である半導体を用いたｎｐｎバイポーラトラ
ンジスタであるベースバイアス回路用トランジスタとを
具備することを特徴としている。
【００１６】そして、前記高周波出力用トランジスタと
前記ベースバイアス回路用トランジスタは、同一のＧａ
Ａｓ基板上に形成されたことを特徴としている。また、
前記ＧａＡｓ基板上に成長させた、前記高周波出力用ト
ランジスタを形成するための第１のエピタキシャル層
と、前記第１のエピタキシャル層上に、Ｉｎ組成を深さ
方向下から連続的に０から、ＩｎＰに格子整合する０．
５３程度まで変化させたＶＩ族元素がドーピングされた
ＩｎＧａＡｓ層と、前記ＩｎＧａＡｓ層上に形成され
た、前記ベースバイアス回路用バイポーラトランジスタ
を形成するための第２のエピタキシャル層とを有するエ
ピタキシャルウエハから成ることを特徴としている。
前記ベースバイアス回路用トランジスタは、同一のＧａ
Ａｓ基板上に形成されたことを特徴としている。また、
前記ＧａＡｓ基板上に成長させた、前記高周波出力用ト
ランジスタを形成するための第１のエピタキシャル層
と、前記第１のエピタキシャル層上に、Ｉｎ組成を深さ
方向下から連続的に０から、ＩｎＰに格子整合する０．
５３程度まで変化させたＶＩ族元素がドーピングされた
ＩｎＧａＡｓ層と、前記ＩｎＧａＡｓ層上に形成され
た、前記ベースバイアス回路用バイポーラトランジスタ
を形成するための第２のエピタキシャル層とを有するエ
ピタキシャルウエハから成ることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、高周波パワーアンプに
おいて、ＲＦトランジスタ１０１には従来どおりＧａＡ
ｓ−ＨＢＴを用い、ＤＣベースバイアス回路１０５のバ
イポーラトランジスタ１０６にはベース層としてＧａＡ
ｓよりもバンドギャップの小さい、ＩｎＰに格子整合す
るような物質を用いることを特徴としている。
おいて、ＲＦトランジスタ１０１には従来どおりＧａＡ
ｓ−ＨＢＴを用い、ＤＣベースバイアス回路１０５のバ
イポーラトランジスタ１０６にはベース層としてＧａＡ
ｓよりもバンドギャップの小さい、ＩｎＰに格子整合す
るような物質を用いることを特徴としている。
【００１８】このとき、バイポーラトランジスタ１０６
のベース層は、例えば、Ｉｎ組成が０．４以上のｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓや、Ｓｂ組成が０．４以上のｐ型ＧａＡｓＳ
ｂを用いる。バイポーラトランジスタ１０６の材料をＧ
ａＡｓ以外のものにするため、それに合わせてダイオー
ド１０８もバイポーラトランジスタ１０６の材料と同じ
物質を用いる必要がある。
のベース層は、例えば、Ｉｎ組成が０．４以上のｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓや、Ｓｂ組成が０．４以上のｐ型ＧａＡｓＳ
ｂを用いる。バイポーラトランジスタ１０６の材料をＧ
ａＡｓ以外のものにするため、それに合わせてダイオー
ド１０８もバイポーラトランジスタ１０６の材料と同じ
物質を用いる必要がある。
【００１９】また、本発明は、高周波パワーアンプ回路
を格子定数の違うＧａＡｓとＩｎＰにそれぞれ格子整合
する物質を、同一のＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成
長し、そのエピタキシャルウエハを用いて高周波パワー
アンプ回路を同一基板上に形成することを特徴とする。
を格子定数の違うＧａＡｓとＩｎＰにそれぞれ格子整合
する物質を、同一のＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成
長し、そのエピタキシャルウエハを用いて高周波パワー
アンプ回路を同一基板上に形成することを特徴とする。
【００２０】このエピタキシャルウエハの大きな特徴
は、ＧａＡｓ−ＨＢＴ層群３３０の上層にＴｅなどのＶ
Ｉ族元素をドーピングし、Ｉｎ組成を０からＩｎＰに格
子整合する０．５３程度まで連続的に変化させたＩｎＧ
ａＡｓグレーディング層３０７、ＶＩ族元素ドーピング
されたＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層３０６を成長さ
せ、さらにその上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓをベースとする
バイポーラトランジスタを形成するのに必要な、エピタ
キシャル層群３２９を成長することにある。
は、ＧａＡｓ−ＨＢＴ層群３３０の上層にＴｅなどのＶ
Ｉ族元素をドーピングし、Ｉｎ組成を０からＩｎＰに格
子整合する０．５３程度まで連続的に変化させたＩｎＧ
ａＡｓグレーディング層３０７、ＶＩ族元素ドーピング
されたＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層３０６を成長さ
せ、さらにその上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓをベースとする
バイポーラトランジスタを形成するのに必要な、エピタ
キシャル層群３２９を成長することにある。
【００２１】このとき、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ
層３０６、ＩｎＧａＡｓグレーディング層３０７は、Ｇ
ａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル層群３３０におけ
る、ノンアロイ層としての役目の他に、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓベース層を有するＩｎＰ系バイポーラトランジスタ形
成用エピタキシャル層群３２９を成長するためのメタモ
ルフィック層としての役割がある。ＧａＡｓとＩｎＰは
格子定数がそれぞれ５．６５、５．８７（Å）と４％程
度異なるため、ＧａＡｓ基板上にＩｎＰに格子整合する
物質を成長するには、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層
３０６、ＩｎＧａＡｓグレーディング層３０７のような
メタモルフィック層を用いて格子を緩和させる必要があ
る。これらのメタモルフィック層はＶＩ族元素がドーピ
ングされているため、Ｉｎの３次元成長が抑制され、表
面モフォロジーなどの結晶性が向上する。このメタモル
フィック層を用いれば、その上層にＩｎＰを５０００
（Å）ほど成長しても、ＨＢＴプロセスには十分の表面
モフォロジーをもったウエハが得られる。
層３０６、ＩｎＧａＡｓグレーディング層３０７は、Ｇ
ａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル層群３３０におけ
る、ノンアロイ層としての役目の他に、ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓベース層を有するＩｎＰ系バイポーラトランジスタ形
成用エピタキシャル層群３２９を成長するためのメタモ
ルフィック層としての役割がある。ＧａＡｓとＩｎＰは
格子定数がそれぞれ５．６５、５．８７（Å）と４％程
度異なるため、ＧａＡｓ基板上にＩｎＰに格子整合する
物質を成長するには、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層
３０６、ＩｎＧａＡｓグレーディング層３０７のような
メタモルフィック層を用いて格子を緩和させる必要があ
る。これらのメタモルフィック層はＶＩ族元素がドーピ
ングされているため、Ｉｎの３次元成長が抑制され、表
面モフォロジーなどの結晶性が向上する。このメタモル
フィック層を用いれば、その上層にＩｎＰを５０００
（Å）ほど成長しても、ＨＢＴプロセスには十分の表面
モフォロジーをもったウエハが得られる。
【００２２】有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）を
用いて、図３に示すようなエピタキシャルウエハを成長
させる。本実施の形態において、ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成
用エピタキシャル層群３３０では、特に断りの無い場合
には、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｐ原料と
してホスフィン（ＰＨ３）、Ｇａ原料としてトリメチル
ガリウム（ＴＭＧａ）、Ｉｎ原料としてトリメチルイン
ジウム（ＴＭＩｎ）、ｎ型ドーパント原料としてシラン
（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパント原料として四臭化炭素
（ＣＢｒ４）を用いる。
用いて、図３に示すようなエピタキシャルウエハを成長
させる。本実施の形態において、ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成
用エピタキシャル層群３３０では、特に断りの無い場合
には、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｐ原料と
してホスフィン（ＰＨ３）、Ｇａ原料としてトリメチル
ガリウム（ＴＭＧａ）、Ｉｎ原料としてトリメチルイン
ジウム（ＴＭＩｎ）、ｎ型ドーパント原料としてシラン
（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパント原料として四臭化炭素
（ＣＢｒ４）を用いる。
【００２３】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１７上に、
ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層３１６、ｎ型Ｉｎ０．４８
Ｇａ０．５２Ｐエッチングストッパー層３１５、ｎ型Ｇ
ａＡｓコレクタ層３１４を６００（℃）で順次成長させ
る。続いて、反応炉温度を５５０（℃）まで下げ、ｐ型
ＧａＡｓベース層３１３を成長させる。
ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層３１６、ｎ型Ｉｎ０．４８
Ｇａ０．５２Ｐエッチングストッパー層３１５、ｎ型Ｇ
ａＡｓコレクタ層３１４を６００（℃）で順次成長させ
る。続いて、反応炉温度を５５０（℃）まで下げ、ｐ型
ＧａＡｓベース層３１３を成長させる。
【００２４】続いて、再び反応炉温度を６００（℃）に
戻し、ｎ型Ｉｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐリッジ層３１
２、ｕ型ＧａＡｓエッチングストッパー層３１１、ｎ型
Ｉｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエミッタ層３１０、ｎ型Ｉ
ｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐバラスト抵抗層３０９、ｎ型
ＧａＡｓエミッタコンタクト層３０８を順次成長させ
る。
戻し、ｎ型Ｉｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐリッジ層３１
２、ｕ型ＧａＡｓエッチングストッパー層３１１、ｎ型
Ｉｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエミッタ層３１０、ｎ型Ｉ
ｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐバラスト抵抗層３０９、ｎ型
ＧａＡｓエミッタコンタクト層３０８を順次成長させ
る。
【００２５】続いて、反応炉温度を４８０（℃）に下
げ、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｇａ原料と
してトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｉｎ原料として
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｔｅ原料としてジ
エチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いて、ＩｎＧａＡｓグレ
ーディング層３０７、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層
３０６を成長させる。
げ、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｇａ原料と
してトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｉｎ原料として
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｔｅ原料としてジ
エチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いて、ＩｎＧａＡｓグレ
ーディング層３０７、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層
３０６を成長させる。
【００２６】このように、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１７
上にＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル層群３３０
（層３１６〜３０６）が存在する。本実施の形態では、
ベース層としてｐ型ＧａＡｓが用いられているが、この
トランジスタ自体の低電圧化を狙って、ｐ型ＧａＩｎＮ
ＡｓやＩｎ組成が０．１程度の、ひずみｐ型ＩｎＧａＡ
ｓを用いてもよい。
上にＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル層群３３０
（層３１６〜３０６）が存在する。本実施の形態では、
ベース層としてｐ型ＧａＡｓが用いられているが、この
トランジスタ自体の低電圧化を狙って、ｐ型ＧａＩｎＮ
ＡｓやＩｎ組成が０．１程度の、ひずみｐ型ＩｎＧａＡ
ｓを用いてもよい。
【００２７】また、ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシ
ャル層群３３０の上層には、ｎ＋型ＩｎＧａＡｓ：Ｔｅ
ノンアロイ・サブコレクタ・メタモルフィック層３０
７、ｎ＋型Ｉｎ０．５３Ｇａ．４７Ａｓ：Ｔｅノンアロ
イ・サブコレクタ・緩和層３０６が存在する。ノンアロ
イ層のＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層３０６，ＩｎＧ
ａＡｓ層３０７は、次層のアンドープＩｎＰコレクタ層
３０５を成長するためのメタモルフィック・緩和層であ
るが、それと同時にＧａＡｓ−ＨＢＴのノンアロイ層と
しての役割もある。
ャル層群３３０の上層には、ｎ＋型ＩｎＧａＡｓ：Ｔｅ
ノンアロイ・サブコレクタ・メタモルフィック層３０
７、ｎ＋型Ｉｎ０．５３Ｇａ．４７Ａｓ：Ｔｅノンアロ
イ・サブコレクタ・緩和層３０６が存在する。ノンアロ
イ層のＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層３０６，ＩｎＧ
ａＡｓ層３０７は、次層のアンドープＩｎＰコレクタ層
３０５を成長するためのメタモルフィック・緩和層であ
るが、それと同時にＧａＡｓ−ＨＢＴのノンアロイ層と
しての役割もある。
【００２８】続いて、エピタキシャル層群３２９を成長
させる。このエピタキシャル層群３２９は、メタモルフ
ィック層上に図１におけるバイポーラトランジスタ１０
６、ダイオード１０８を作成するためのＩｎＰ系バイポ
ーラトランジスタ形成用である。特に断りの無い場合に
は、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｐ原料とし
てターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、Ｇａ原料と
してトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｉｎ原料として
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ｎ型ドーパント原
料としてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ｐ型ドーパント原料
として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いる。
させる。このエピタキシャル層群３２９は、メタモルフ
ィック層上に図１におけるバイポーラトランジスタ１０
６、ダイオード１０８を作成するためのＩｎＰ系バイポ
ーラトランジスタ形成用である。特に断りの無い場合に
は、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｐ原料とし
てターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）、Ｇａ原料と
してトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｉｎ原料として
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ｎ型ドーパント原
料としてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ｐ型ドーパント原料
として四臭化炭素（ＣＢｒ４）を用いる。
【００２９】まず、反応炉温度をＩｎ０．５３Ｇａ０．
４７Ａｓ層３０６成長後の４８０（℃）に保ったまま、
ｎ型ＩｎＰ：Ｓｉコレクタ層３０５を成長し、さらにそ
のままｐ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ：Ｃベース層
３０４を成長させる。続いて、反応炉温度を５００
（℃）に上げ、ｎ型ＩｎＰ：Ｓｉエミッタ層３０３、ｎ
型Ｉｎｐ：Ｓｉエミッタコンタクト層３０２、ｎ型Ｉｎ
０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ：Ｔｅノンアロイ層３０１を
成長させる。
４７Ａｓ層３０６成長後の４８０（℃）に保ったまま、
ｎ型ＩｎＰ：Ｓｉコレクタ層３０５を成長し、さらにそ
のままｐ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ：Ｃベース層
３０４を成長させる。続いて、反応炉温度を５００
（℃）に上げ、ｎ型ＩｎＰ：Ｓｉエミッタ層３０３、ｎ
型Ｉｎｐ：Ｓｉエミッタコンタクト層３０２、ｎ型Ｉｎ
０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ：Ｔｅノンアロイ層３０１を
成長させる。
【００３０】ここでは、ｐ＋型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４
７Ａｓベース層３０４の上にｎ型ＩｎＰエミッタ層３０
３を積んだヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢ
Ｔ）構造となっているが、エミッタ層にｎ型ＩｎＧａＡ
ｓを用いたホモ接合バイポーラトランジスタでもよい。
７Ａｓベース層３０４の上にｎ型ＩｎＰエミッタ層３０
３を積んだヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢ
Ｔ）構造となっているが、エミッタ層にｎ型ＩｎＧａＡ
ｓを用いたホモ接合バイポーラトランジスタでもよい。
【００３１】また、ｐ＋型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａ
ｓベース層３０４のＩｎ組成は０．５３であるが、Ｉｎ
組成をさらに上げることで、さらにバンドギャップを小
さくし、低電圧化を図ってもよい。また、ＩｎXＧａ1-X
Ａｓではなく、ＧａＡｓXＳｂ1-Xを用いてもよい。
ｓベース層３０４のＩｎ組成は０．５３であるが、Ｉｎ
組成をさらに上げることで、さらにバンドギャップを小
さくし、低電圧化を図ってもよい。また、ＩｎXＧａ1-X
Ａｓではなく、ＧａＡｓXＳｂ1-Xを用いてもよい。
【００３２】以上のような手法によって成長させたエピ
タキシャルウエハを用いて、図１に示すような高周波パ
ワーアンプ回路を構成する。
タキシャルウエハを用いて、図１に示すような高周波パ
ワーアンプ回路を構成する。
【００３３】レジスト塗布、リソグラフィー、エッチン
グを繰り返し、トランジスタ３３１（図１のバイポーラ
トランジスタ１０６に相当）、トランジスタ３３４（図
１のＲＦトランジスタ１０１に相当）、ダイオード３３
２（図１のダイオード１０８に相当）およびダイオード
３３３（図１のダイオード１０９に相当）の電極領域を
形成した後、インプランテーションにより素子間分離イ
ンプランテーション３２８を形成する。続いて、ＳｉＯ
２を堆積して、レジスト塗布、リソグラフィー、エッチ
ング工程を経て、それぞれに電極３１８〜３２７を形成
する。
グを繰り返し、トランジスタ３３１（図１のバイポーラ
トランジスタ１０６に相当）、トランジスタ３３４（図
１のＲＦトランジスタ１０１に相当）、ダイオード３３
２（図１のダイオード１０８に相当）およびダイオード
３３３（図１のダイオード１０９に相当）の電極領域を
形成した後、インプランテーションにより素子間分離イ
ンプランテーション３２８を形成する。続いて、ＳｉＯ
２を堆積して、レジスト塗布、リソグラフィー、エッチ
ング工程を経て、それぞれに電極３１８〜３２７を形成
する。
【００３４】図示されていないが、続いて、ＳｉＮ層を
デポし、各電極部分上のＳｉＮ層をリソグラフィーによ
りエッチングした後、１層配線を形成する。つづいてポ
リイミドを塗布し、その上に２層配線を形成し、ここで
抵抗、コイル、コンデンサを形成して配線を施すことで
回路を形成する。
デポし、各電極部分上のＳｉＮ層をリソグラフィーによ
りエッチングした後、１層配線を形成する。つづいてポ
リイミドを塗布し、その上に２層配線を形成し、ここで
抵抗、コイル、コンデンサを形成して配線を施すことで
回路を形成する。
【００３５】上記高周波パワーアンプ回路では、バイポ
ーラトランジスタ１０６のベース層として、ＩｎＰに格
子整合する低バンドギャップ物質を用いている。よっ
て、ダイオード１０８の役割を考えると、ダイオード１
０８のｐ型半導体も全く同じＩｎＰに格子整合する低バ
ンドギャップ物質を用いることとなる。例として、この
ｐ型半導体にＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを用いたと
する。この場合、ダイオード１０８にかかる電圧Ｖ８は
０．７５（Ｖ）程度に抑えられる。そのため、（１）式
に立ち返ると、必要な電圧Ｖの値は２．３５（Ｖ）程度
まで抑えることでき、大きな電圧低下の効果が得られ
る。
ーラトランジスタ１０６のベース層として、ＩｎＰに格
子整合する低バンドギャップ物質を用いている。よっ
て、ダイオード１０８の役割を考えると、ダイオード１
０８のｐ型半導体も全く同じＩｎＰに格子整合する低バ
ンドギャップ物質を用いることとなる。例として、この
ｐ型半導体にＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを用いたと
する。この場合、ダイオード１０８にかかる電圧Ｖ８は
０．７５（Ｖ）程度に抑えられる。そのため、（１）式
に立ち返ると、必要な電圧Ｖの値は２．３５（Ｖ）程度
まで抑えることでき、大きな電圧低下の効果が得られ
る。
【００３６】同様に、ダイオード１０８のｐ型半導体と
して、Ｓｂ組成が０．５のＧａＡｓ０．５Ｓｂ０．５を
用いたとする。この場合、ダイオード１０８にかかる電
圧Ｖ８は０．８（Ｖ）程度となるので、電圧Ｖとして必
要な電圧は２．４（Ｖ）以上となり、これも大きな動作
電圧の減少が可能となる。
して、Ｓｂ組成が０．５のＧａＡｓ０．５Ｓｂ０．５を
用いたとする。この場合、ダイオード１０８にかかる電
圧Ｖ８は０．８（Ｖ）程度となるので、電圧Ｖとして必
要な電圧は２．４（Ｖ）以上となり、これも大きな動作
電圧の減少が可能となる。
【００３７】上記高周波パワーアンプ回路において、Ｒ
Ｆトランジスタ１０１は、従来のＧａＡｓ系トランジス
タを用いている。エミッタフォロワ回路バイポーラトラ
ンジスタ１０６のＲＦ性能は、パワーアンプ全体のＲＦ
特性自体には大きく寄与しない。よって、上記パワーア
ンプ装置は、すべてのトランジスタ、ダイオードのｐ型
半導体をｐ型ＧａＡｓで形成していた従来のパワーアン
プ装置と比較して、ＲＦ特性は劣らない。
Ｆトランジスタ１０１は、従来のＧａＡｓ系トランジス
タを用いている。エミッタフォロワ回路バイポーラトラ
ンジスタ１０６のＲＦ性能は、パワーアンプ全体のＲＦ
特性自体には大きく寄与しない。よって、上記パワーア
ンプ装置は、すべてのトランジスタ、ダイオードのｐ型
半導体をｐ型ＧａＡｓで形成していた従来のパワーアン
プ装置と比較して、ＲＦ特性は劣らない。
【００３８】その他、この発明の要旨を変えない範囲に
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。
【００３９】
【発明の効果】本発明の高周波パワーアンプ装置は、バ
イポーラトランジスタ１０６のベース層として、ＩｎＰ
に格子整合する低バンドギャップ物質を用い、且つ、ダ
イオード１０８のｐ型半導体も全く同じＩｎＰに格子整
合する低バンドギャップ物質を用いているので、ダイオ
ード１０８にかかる電圧Ｖ８を低く抑えることができ
る。したがって、大きな電圧低下の効果が得られる。
イポーラトランジスタ１０６のベース層として、ＩｎＰ
に格子整合する低バンドギャップ物質を用い、且つ、ダ
イオード１０８のｐ型半導体も全く同じＩｎＰに格子整
合する低バンドギャップ物質を用いているので、ダイオ
ード１０８にかかる電圧Ｖ８を低く抑えることができ
る。したがって、大きな電圧低下の効果が得られる。
【００４０】また、上記高周波パワーアンプ回路におい
て、ＲＦトランジスタ１０１は、従来のＧａＡｓ系トラ
ンジスタを用いているが、エミッタフォロワ回路バイポ
ーラトランジスタ１０６のＲＦ性能は、パワーアンプ全
体のＲＦ特性自体には大きく寄与しない。よって、本発
明の高周波パワーアンプ装置は、すべてのトランジス
タ、ダイオードのｐ型半導体をｐ型ＧａＡｓで形成して
いた従来のパワーアンプ装置と比較して、ＲＦ特性は劣
らない。
て、ＲＦトランジスタ１０１は、従来のＧａＡｓ系トラ
ンジスタを用いているが、エミッタフォロワ回路バイポ
ーラトランジスタ１０６のＲＦ性能は、パワーアンプ全
体のＲＦ特性自体には大きく寄与しない。よって、本発
明の高周波パワーアンプ装置は、すべてのトランジス
タ、ダイオードのｐ型半導体をｐ型ＧａＡｓで形成して
いた従来のパワーアンプ装置と比較して、ＲＦ特性は劣
らない。
【図１】高周波パワーアンプ回路の詳細な回路図。
【図２】従来における高周波パワーアンプ装置の断面
図。
図。
【図３】本発明における高周波パワーアンプ装置の断面
図。
図。
１０１…ＲＦトランジスタ １０２…ＲＦ出力回路 １０３…ＲＦ入力回路 １０４…ＤＣコレクタバイアス回路 １０５…ＤＣベースバイアス回路 １０６…バイポーラトランジスタ １０８，１０９…ダイオード ３２９…ＩｎＰ系バイポーラトランジスタ形成用エピタ
キシャル層 ３３０…ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル層
キシャル層 ３３０…ＧａＡｓ−ＨＢＴ形成用エピタキシャル層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F003 BA92 BC02 BC08 BE02 BE05 BF06 BG06 BJ12 BJ99 BM03 BP31 BP96 5J092 AA01 AA41 CA37 FA01 FA16 HA02 HA06 HA19 HA24 HA25 HA29 HA33 KA12 KA47 MA21 QA02
Claims (3)
- 【請求項１】ＧａＡｓ基板上に形成されたＧａＡｓとの
格子定数の差が２％以下であるような半導体をベースと
して用いたｎｐｎヘテロ接合バイポーラトランジスタで
ある高周波出力用トランジスタと、 ベース層にＩｎＰとの格子定数の差が２％以下で、バン
ドギャップが１ｅＶ以下である半導体を用いたｎｐｎバ
イポーラトランジスタであるベースバイアス回路用トラ
ンジスタとを具備することを特徴とする高周波パワーア
ンプ装置。 - 【請求項２】前記高周波出力用トランジスタと前記ベー
スバイアス回路用トランジスタは、同一のＧａＡｓ基板
上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の高周
波パワーアンプ装置。 - 【請求項３】前記ＧａＡｓ基板上に成長させた、前記高
周波出力用トランジスタを形成するための第１のエピタ
キシャル層と、 前記第１のエピタキシャル層上に、Ｉｎ組成を深さ方向
下から連続的に０から、ＩｎＰに格子整合する０．５３
程度まで変化させたＶＩ族元素がドーピングされたＩｎ
ＧａＡｓ層と、 前記ＩｎＧａＡｓ層上に形成された、前記ベースバイア
ス回路用バイポーラトランジスタを形成するための第２
のエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウエハか
ら成ることを特徴とする請求項１または２に記載の高周
波パワーアンプ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091827A JP2002289835A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 高周波パワーアンプ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001091827A JP2002289835A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 高周波パワーアンプ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289835A true JP2002289835A (ja) | 2002-10-04 |
Family
ID=18946388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001091827A Pending JP2002289835A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 高周波パワーアンプ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002289835A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006332257A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Sony Corp | ヘテロ接合半導体装置及びその製造方法 |
| JP2007005616A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2007201445A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-08-09 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JP2007335586A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Sony Corp | 半導体集積回路装置および半導体集積回路装置の製造方法 |
| US10291182B2 (en) | 2017-02-17 | 2019-05-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power amplifier module |
| JP2019201132A (ja) * | 2018-05-17 | 2019-11-21 | 株式会社サイオクス | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用ウエハおよびヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| CN116073770A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-05-05 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种hbt功率放大器和电子设备 |
| WO2023223793A1 (ja) * | 2022-05-17 | 2023-11-23 | 株式会社村田製作所 | 無線周波数増幅回路 |
Citations (3)
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| JPH0878327A (ja) * | 1994-09-06 | 1996-03-22 | Toshiba Corp | 半導体ウエハ |
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| JP2000332124A (ja) * | 1999-03-18 | 2000-11-30 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001091827A patent/JP2002289835A/ja active Pending
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| JP2019201132A (ja) * | 2018-05-17 | 2019-11-21 | 株式会社サイオクス | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用ウエハおよびヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| JP7160562B2 (ja) | 2018-05-17 | 2022-10-25 | 株式会社サイオクス | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用ウエハおよびヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
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| CN116073770A (zh) * | 2023-03-21 | 2023-05-05 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种hbt功率放大器和电子设备 |
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