JP2002368193A - 化合物半導体スイッチ回路装置 - Google Patents

化合物半導体スイッチ回路装置

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JP2002368193A
JP2002368193A JP2001173495A JP2001173495A JP2002368193A JP 2002368193 A JP2002368193 A JP 2002368193A JP 2001173495 A JP2001173495 A JP 2001173495A JP 2001173495 A JP2001173495 A JP 2001173495A JP 2002368193 A JP2002368193 A JP 2002368193A
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fet
fets
compound semiconductor
circuit device
switch circuit
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Tetsuo Asano
哲郎 浅野
Mikito Sakakibara
幹人 榊原
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
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    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0605Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV

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Abstract

(57)【要約】 【課題】シャントFETを省いてスイッチ回路のチップ
サイズを大幅に縮小しているが、FETのゲート幅を広
げるような要求にはチップサイズを再度大きくしなけれ
ばならなかった。 【解決手段】抵抗をn+型不純物拡散領域で形成し、隣
接するパッドおよび配線層の下にもn+型不純物拡散領
域を形成することにより、それぞれの間隔を4μmまで
低減することができる。曲折した抵抗の配置の幅を狭
め、スペースを有効活用し、制御端子と出力端子の間に
抵抗全てとFETの一部を配置することにより、チップ
サイズ同一のまま、FETのゲート幅を大きくすること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に高周波スイッ
チング用途に用いられる化合物半導体スイッチ回路装
置、特に2.4GHz帯以上に用いる化合物半導体スイ
ッチ回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話等の移動体用通信機器では、G
Hz帯のマイクロ波を使用している場合が多く、アンテ
ナの切換回路や送受信の切換回路などに、これらの高周
波信号を切り替えるためのスイッチ素子が用いられるこ
とが多い(例えば、特開平9−181642号)。その
素子としては、高周波を扱うことからガリウム・砒素
(GaAs)を用いた電界効果トランジスタ(以下FE
Tという)を使用する事が多く、これに伴って前記スイ
ッチ回路自体を集積化したモノリシックマイクロ波集積
回路(MMIC)の開発が進められている。
【0003】図4(A)は、GaAs FETの断面図
を示している。ノンドープのGaAs基板1の表面部分
にN型不純物をドープしてN型のチャネル領域2を形成
し、チャネル領域2表面にショットキー接触するゲート
電極3を配置し、ゲート電極3の両脇にはGaAs表面
にオーミック接触するソース・ドレイン電極4、5を配
置したものである。このトランジスタは、ゲート電極3
の電位によって直下のチャネル領域2内に空乏層を形成
し、もってソース電極4とドレイン電極5との間のチャ
ネル電流を制御するものである。
【0004】図4(B)は、GaAs FETを用いた
SPDT(Single Pole Double Throw)と呼ばれる化合物
半導体スイッチ回路装置の原理的な回路図を示してい
る。
【0005】第1と第2のFET1、FET2のソース
(又はドレイン)が共通入力端子INに接続され、各F
ET1、FET2のゲートが抵抗R1、R2を介して第
1と第2の制御端子Ctl-1、Ctl-2に接続され、
そして各FETのドレイン(又はソース)が第1と第2
の出力端子OUT1、OUT2に接続されたものであ
る。第1と第2の制御端子Ctl-1、Ctl-2に印加
される信号は相補信号であり、Hレベルの信号が印加さ
れたFETがONして、入力端子INに印加された信号
をどちらか一方の出力端子に伝達するようになってい
る。抵抗R1、R2は、交流接地となる制御端子Ctl
-1、Ctl-2の直流電位に対してゲート電極を介して
高周波信号が漏出することを防止する目的で配置されて
いる。
【0006】かかる化合物半導体スイッチ回路装置の等
価回路図を図5に示す。マイクロ波では特性インピーダ
ンス50Ωを基準としており、各端子のインピーダンス
はR1=R2=R3=50Ω抵抗で表される。また、各
端子の電位をV1、V2、V3とすると挿入損失(Inser
tion Loss)およびアイソレーション(Isolation)は以下
の式で表される。
【0007】 Insertion Loss=20log(V2/V1)[dB] これは共通入力端子INから出力端子OUT1へ信号を
伝送したときの挿入損失であり、 Isolation=20log(V3/V1)[dB] これは共通入力端子INから出力端子OUT2との間の
アイソレーション(Isolation)である。化合物半導体ス
イッチ回路装置では上記した挿入損失(InsertionLoss)
をできるだけ少なくし、アイソレーション(Isolation)
を向上することが要求され、信号経路に直列に挿入され
るFETの設計が大切である。このFETとしてGaA
s FETを用いる理由はGaAsの方がSiより電子
移動度が高いことから抵抗が小さく低損失化が図れ、G
aAsは半絶縁性基板であることから信号経路間の高ア
イソレーション化に適しているためである。その反面、
GaAs基板はSiに比べて高価であり、PINダイオ
ードのように等価なものがSiで出来ればコスト競争で
負けてしまう。
【0008】かかる化合物半導体スイッチ回路装置で
は、FETのチャネル領域2の抵抗Rが R= 1/ enμS [Ω] e:電子電荷量(1.6×10-19 C/cm3) n:電子キャリア濃度 μ:電子移動度 S:チャネル領域の断面積 (cm2) で表されるので、抵抗Rを出来るだけ小さくするために
チャネル幅を出来るだけ大きく設計して、チャネル領域
の断面積を稼いで挿入損失(Insertion Loss)を小さくし
ていた。
【0009】このためにゲート電極3とチャネル領域2
で形成されるショットキー接触に依る容量成分が大きく
なり、ここから高周波の入力信号が漏れてアイソレーシ
ョン(Isolation)を悪化させる。これを回避するために
シャントFETを設けて、アイソレーション(Isolatio
n)の改善を図っていたが、チップサイズが大きくコスト
高となるため、シリコンの安価なチップに置き換えが進
み、市場を失う結果を招いていた。
【0010】そこで、シャントFETを省いてチップの
シュリンクを実現したスイッチング回路が開発されてい
る。
【0011】図6は、ゲート幅400μmの化合物半導
体スイッチ回路装置を示す回路図である。第1のFET
1と第2のFET2のソース電極(あるいはドレイン電
極)が共通入力端子INに接続され、FET1およびF
ET2のゲート電極がそれぞれ抵抗R1、R2を介して
第1と第2の制御端子Ctl-1、Ctl-2に接続さ
れ、そしてFET1およびFET2のドレイン電極(あ
るいはソース電極)が第1と第2の出力端子OUT1、
OUT2に接続されたものである。第1と第2の制御端
子Ctl-1、Ctl-2に印加される制御信号は相補信
号であり、Hレベルの信号が印加された側のFETがO
Nして、共通入力端子INに印加された入力信号をどち
らか一方の出力端子に伝達するようになっている。抵抗
R1、R2は、交流接地となる制御端子Ctl-1、C
tl-2の直流電位に対してゲート電極を介して高周波
信号が漏出することを防止する目的で配置されている。
【0012】図6に示す回路は、図4(B)に示すGa
As FETを用いたSPDT(S ingle Pole Double T
hrow)と呼ばれる化合物半導体スイッチ回路装置の原理
的な回路とほぼ同じ回路構成であり、FET1およびF
ET2のゲート電極のゲート幅Wgは400μmに設計
されている。ゲート幅Wgを従来のものに比べて小さく
することはFETのオン抵抗を大きくすることを意味
し、且つゲート電極の面積(Lg×Wg)が小さくなる
ことによりゲート電極とチャネル領域とのショットキー
接合による寄生容量が小さくなることを意味し、回路動
作の上では大きな差が出る。
【0013】図7は、この化合物半導体スイッチ回路装
置を集積化した化合物半導体チップの1例を示してい
る。
【0014】GaAs基板にスイッチを行うFET1お
よびFET2を中央部に配置し、各FETのゲート電極
に抵抗R1、R2が接続されている。また共通入力端子
IN、出力端子OUT1、OUT2、制御端子Ctl-
1、Ctl-2に対応するパッドが基板の周辺に設けら
れている。なお、点線で示した第2層目の配線は各FE
Tのゲート電極形成時に同時に形成されるゲート金属層
(Ti/Pt/Au)20であり、実線で示した第3層
目の配線は各素子の接続およびパッドの形成を行うパッ
ド金属層(Ti/Pt/Au)30である。第1層目の
基板にオーミックに接触するオーミック金属層(AuG
e/Ni/Au)10は各FETのソース電極、ドレイ
ン電極および各抵抗両端の取り出し電極を形成するもの
であり、図7では、パッド金属層と重なるために図示さ
れていない。
【0015】図7から明白なように、構成部品はFET
1、FET2、抵抗R1、R2、共通入力端子IN、出
力端子OUT1、OUT2、制御端子Ctl-1、Ct
l-2に対応するパッドのみであり、最小構成部品で構
成されている。
【0016】また、FET1(FET2も同じ)をゲー
ト幅が400μmで形成されるので、チップサイズが小
さくできる。すなわち、図7に示したFET1は一点鎖
線で囲まれる長方形状のチャネル領域12に形成され
る。下側から伸びる櫛歯状の2本の第3層目のパッド金
属層30が出力端子OUT1に接続されるソース電極1
3(あるいはドレイン電極)であり、この下に第1層目
オーミック金属層10で形成されるソース電極14(あ
るいはドレイン電極)がある。また上側から伸びる櫛歯
状の2本の第3層目のパッド金属層30が共通入力端子
INに接続されるドレイン電極15(あるいはソース電
極)であり、この下に第1層目のオーミック金属層10
で形成されるドレイン電極14(あるいはソース電極)
がある。この両電極は櫛歯をかみ合わせた形状に配置さ
れ、その間に第2層目のゲート金属層20で形成される
ゲート電極17がチャネル領域12上に3本の櫛歯形状
に配置されている。なお、上側から伸びる真中の櫛歯の
ドレイン電極13(あるいはソース電極)はFET1と
FET2とで共用しており、更に小型化に寄与してい
る。ここで、ゲート幅が400μmという意味は各FE
Tの櫛歯状のゲート電極17のゲート幅の総和がそれぞ
れ400μmであることを言っている。
【0017】この結果、上記の化合物半導体チップのサ
イズは0.31×0.31mm2に納めることができた。
これは従来シャントFETを用いていた場合の化合物半
導体チップサイズに比べて大幅に縮小できることを意味
する。
【0018】図8(A)に図7に示したFET1の部分
を拡大した平面図を示す。この図で、一点鎖線で囲まれ
る長方形状の領域が基板11に形成されるチャネル領域
12である。左側から伸びる櫛歯状の4本の第3層目の
パッド金属層30が出力端子OUT1に接続されるソー
ス電極13(あるいはドレイン電極)であり、この下に
第1層目オーミック金属層10で形成されるソース電極
14(あるいはドレイン電極)がある。また右側から伸
びる櫛歯状の4本の第3層目のパッド金属層30が共通
入力端子INに接続されるドレイン電極15(あるいは
ソース電極)であり、この下に第1層目のオーミック金
属層10で形成されるドレイン電極16(あるいはソー
ス電極)がある。この両電極は櫛歯をかみ合わせた形状
に配置され、その間に第2層目のゲート金属層20で形
成されるゲート電極17がチャネル領域12上に櫛歯形
状に配置されている。
【0019】図8(B)にこのFETの一部の断面図を
示す。基板11にはn型のチャネル領域12とその両側
にソース領域18およびドレイン領域19を形成するn
+型の不純物拡散領域が設けられ、チャネル領域12に
はゲート電極17が設けられ、n+型不純物拡散領域に
は第1層目のオーミック金属層10で形成されるドレイ
ン電極14およびソース電極16が設けられる。更にこ
の上に前述したように3層目のパッド金属層30で形成
されるドレイン電極13およびソース電極15が設けら
れ、各素子の配線等を行っている。
【0020】このスイッチング回路に関しては、2.4
GHz以上の高周波数帯では、400μmまでゲート幅
を狭くしたことによる挿入損失(Insertion Loss)の悪化
は僅かであり、アイソレーション(Isolation)は、FE
Tの寄生容量に依存して改善されることがわかってお
り、アイソレーションを優先して設計することにより、
400μmのゲート幅Wgであれば20dB以上のアイ
ソレーション(Isolation)を確保しているものである。
【0021】図7に実際のパターンを示した化合物半導
体スイッチ回路装置では、FET1およびFET2をゲ
ート長Lg:0.5μm、ゲート幅Wg:400μmに
等しく設計し、異なるIdssを有するようにチャネル形成
条件をコントロールして、FET1およびFET2をそ
れぞれ送信側用、受信側用とすることにより、送信側で
挿入損失(Insertion Loss)を0.60dB、送信側、受
信側でアイソレーション(Isolation)を20dBを確保
している。この特性はBluetooth(携帯電話、ノートP
C、携帯情報端末、デジタルカメラ、その他周辺機器を
ワイヤレスで相互接続し、モバイル環境、ビジネス環境
を向上させる通信仕様)を含む2.4GHz帯ISM
Band(Industrial Scientific and Medical frequen
cy band)を使用したスペクトラム拡散通信の応用分野で
のRFスイッチとして活用されるものである。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】このようにシャントF
ETを省き、且つゲート幅を400μmにすることで、
チップサイズを大幅に低減することが可能となった。し
かし、ユーザの要求はさまざまであり、更なる最大線型
入力パワーの増加や、アイソレーションの低減などを実
現するためにFETのゲート幅を広げる場合、図7に示
すFETのサイズが大きくなることになり、結局チップ
サイズが大きくなる恐れがあった。
【0023】しかし、現在ではシリコン半導体チップの
性能の向上も目覚ましく、高周波帯での利用の可能性が
高まりつつある。従来ではシリコンチップは高周波帯で
の利用は難しく、高価な化合物半導体チップが利用され
ていたが、シリコン半導体の利用の可能性が高まれば、
当然ウエファ価格の高い化合物半導体チップは価格競争
で負けてしまう。このためにチップサイズをシュリンク
してコストを抑える必然性があり、チップサイズの低減
は不可避である。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した諸々の
事情に鑑み成されたもので、チャネル領域表面にソース
電極、ゲート電極およびドレイン電極を設けた第1およ
び第2のFETを形成し、両FETのソース電極あるい
はドレイン電極を共通入力端子とし、両FETのドレイ
ン電極あるいはソース電極を第1および第2の出力端子
とし、前記両FETのゲート電極に接続された第1およ
び第2の制御端子と、前記両FETのゲート電極と前記
両制御端子とをそれぞれ接続する第1および第2の抵抗
とを有し、両FETのゲート電極に制御信号を印加して
いずれか一方のFETを導通させて前記共通入力端子と
前記第1および第2の出力端子のいずれか一方と信号経
路を形成する化合物半導体スイッチ回路装置において、
少なくとも一方の前記抵抗の占有面積を減らし、空いた
領域に前記一方のFETの一部を設けることを特徴とす
るもので、従来余裕のあった抵抗が配置された領域に、
抵抗の全てとFETの一部を配置することにより、同一
チップサイズでFETのゲート幅を大きくできるもので
ある。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図1から図3を参照して説明する。
【0026】図1は、本発明の化合物半導体スイッチ回
路装置を示す回路図である。第1のFET1と第2のF
ET2のソース電極(あるいはドレイン電極)が共通入
力端子INに接続され、FET1およびFET2のゲー
ト電極がそれぞれ抵抗R1、R2を介して第1と第2の
制御端子Ctl-1、Ctl-2に接続され、そしてFE
T1およびFET2のドレイン電極(あるいはソース電
極)が第1と第2の出力端子OUT1、OUT2に接続
されたものである。第1と第2の制御端子Ctl-1、
Ctl-2に印加される制御信号は相補信号であり、H
レベルの信号が印加された側のFETがONして、共通
入力端子INに印加された入力信号をどちらか一方の出
力端子に伝達するようになっている。抵抗R1、R2
は、交流接地となる制御端子Ctl-1、Ctl-2の直
流電位に対してゲート電極を介して高周波信号が漏出す
ることを防止する目的で配置されている。
【0027】図1に示す回路は、図4(B)に示すGa
As FETを用いたSPDT(Single Pole Double Th
row)と呼ばれる化合物半導体スイッチ回路装置の原理的
な回路とほぼ同じ回路構成であるが、大きく異なる点は
第1に、送信側(ON側)となるFET1のゲート電極
のゲート幅Wg1を500μmとし、受信側(OFF
側)となるFET2のゲート電極のゲート幅Wg2を4
00μm以下に設計することである。
【0028】送信側(ON側)FETでは、Idssのみが
最大線型入力パワーに関係するため、可能な限りチャネ
ル領域のイオン注入条件である不純物濃度および加速電
圧をコントロールして、Idssを増やす。更に、ゲート幅
Wg1を受信側(OFF側)より大きい500μmにす
ることにより、送信側(ON側)では更にIdssが増加す
る。つまりゲート幅400μmで不足していた最大線型
入力パワーを向上させることができる。
【0029】同時に、受信側(OFF側)FETについ
ても、最大線型入力パワーに耐えられる(高周波信号を
リークさせない)ことが重要である。つまり、送信側
(ON側)FETで最大線型パワーを出力できる能力と
受信側(OFF側)でその最大線型入力パワーに耐える
能力のいずれも満たさなければ、結果的にスイッチ回路
としては、最大線型パワーが出力できないことになる。
このため、受信側(OFF側)では、ピンチオフ電圧を
低くして最大線型入力パワーに耐えられる能力を持たせ
る。
【0030】つまり、送信側(ON側)となるFETの
ゲート幅を500μmとし、受信側(OFF側)となる
FETのゲート幅を400μmにすることにより、伝送
レートの高い無線LANに採用するスイッチ回路として
22dBmの最大線型パワーの入力が実現できることに
なる。更に本発明において重要な点は、FETを大きく
して最大線型入力パワーを増やしても、400μmのF
ETを用いる場合と比較してチップサイズがかわらない
ことである。
【0031】図2は、本発明の化合物半導体スイッチ回
路装置を集積化した化合物半導体チップの1例を示して
いる。
【0032】GaAs基板にスイッチを行うFET1お
よびFET2を中央部に配置し、各FETのゲート電極
に抵抗R1、R2が接続されている。また共通入力端子
IN、出力端子OUT1、OUT2、制御端子Ctl-
1、Ctl-2に対応するパッドが基板の周辺に設けら
れている。なお、点線で示した第2層目の配線は各FE
Tのゲート電極形成時に同時に形成されるゲート金属層
(Ti/Pt/Au)20であり、実線で示した第3層
目の配線は各素子の接続およびパッドの形成を行うパッ
ド金属層(Ti/Pt/Au)30である。第1層目の
基板にオーミックに接触するオーミック金属層(AuG
e/Ni/Au)10は各FETのソース電極、ドレイ
ン電極および各抵抗両端の取り出し電極を形成するもの
であり、図2では、パッド金属層と重なるために図示さ
れていない。
【0033】図2から明白なように、構成部品はFET
1、FET2、抵抗R1、R2、共通入力端子IN、出
力端子OUT1、OUT2、制御端子Ctl-1、Ct
l-2に対応するパッドであり、最小構成部品で構成さ
れている。
【0034】FET2については図7と同様であるの
で、説明は省略するが、FET1は、下側から伸びる櫛
歯状の3本の第3層目のパッド金属層30が出力端子O
UT1に接続されるソース電極13(あるいはドレイン
電極)であり、この下に第1層目オーミック金属層10
で形成されるソース電極14(あるいはドレイン電極)
がある。また上側から伸びる櫛歯状の3本の第3層目の
パッド金属層30が共通入力端子INに接続されるドレ
イン電極15(あるいはソース電極)であり、この下に
第1層目のオーミック金属層10で形成されるドレイン
電極14(あるいはソース電極)がある。この両電極は
櫛歯をかみ合わせた形状に配置され、その間に第2層目
のゲート金属層20で形成されるゲート電極17がチャ
ネル領域12上に5本の櫛歯形状に配置されている。な
お、上側から伸びる真中の櫛歯のドレイン電極13(あ
るいはソース電極)はFET1とFET2とで共用して
おり、小型化に寄与している。ゲート幅が500μmと
いう意味はFETの櫛歯状のゲート電極17のゲート幅
の総和が500μmであることを言っている。
【0035】また、抵抗R1の占有面積を低減して、空
いた領域にFET1を拡張して配置することにより、F
ET1のゲート幅を増加させることができる。
【0036】抵抗R1、R2はn+型不純物拡散領域で
あり、ソースおよびドレイン領域形成と同時に形成され
る。また、共通入力端子パッド、制御端子Ctl−1パ
ッド、Ctl−2パッド、出力端子OUT1パッド、O
UT2パッドおよび両FETのゲート電極の周端部の下
にも、一点破線で示す如くn+型不純物拡散領域が設け
られている(ゲート電極周端部においてはゲート電極と
重なっており図示されない)。ここでn+型不純物拡散
領域は周端部だけでなく、各パッドおよび両FETのゲ
ート電極の下全面に設けられてもよい。これらn+型不
純物拡散領域は、ソースおよびドレイン領域形成と同時
に形成されたものであり、これらn+型不純物拡散領域
および抵抗R1、R2が互いに隣接する部分の離間距離
は4μmとなっている。
【0037】理由は後述するが、このn+型不純物拡散
領域により、互いに隣接する各パッド、配線層および抵
抗との離間距離を、20dBmのアイソレーションが確
保可能な限界値付近である4μmまで近接させることが
できる。抵抗R1は、曲折して配置されるが、その隣接
する抵抗R1同士の間隔も4μmまでは近接できる。
【0038】抵抗R1が、互いに4μmの離間距離まで
近接して曲折できれば、それにより余裕のできた領域
で、FET1の周囲に配置される制御端子Ctl-1お
よび出力端子OUT1に対応するパッドの間に、FET
1のゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を10
0μm分拡張して配置できる。FET2側と比較しても
明らかなように、抵抗R1の占有面積を減らして、スペ
ースを活用して抵抗R1全てとFET1の一部を配置す
ることにより、ゲート幅500μmでありながら、ゲー
ト幅400μmのFET2と同一面積に配置が可能とな
る。つまり、従来の両FETとも400μmのゲート幅
のFETを採用したスイッチ回路と同一チップサイズに
収めることができるわけである。
【0039】続いて、各パッドと配線層および抵抗との
離間距離を大幅に縮めることについて説明をする。
【0040】各パッド、配線層および抵抗は、所定のア
イソレーションを確保するために必要な離間距離で設け
ることができる。つまり、化合物半導体スイッチ回路装
置に要求されるアイソレーションが20dB以上であ
り、実験的に4μmの離間距離があれば20dB以上の
アイソレーションを確保するには十分である。
【0041】この理論的な裏付けは乏しいが、今まで半
絶縁性GaAs基板は絶縁基板という考え方から、耐圧
は無限大であると考えられていた。しかし実測をする
と、耐圧が有限であることが分かった。このために半絶
縁性GaAs基板の中で空乏層が伸びて、高周波信号に
応じた空乏層距離の変化により、空乏層が隣接する電極
まで到達するとそこで高周波信号の漏れを発生すること
が考えられる。しかし、隣接するパターンの隣接する側
の周端部にn+型の不純物拡散領域を設け、その離間距
離を4μmにすれば、20dB以上のアイソレーション
を確保するには十分であると割り出された。また、電磁
界シミュレーションにおいても4μm程度の離間距離を
設ければ2.4GHzにおいて40dB程度もアイソレ
ーションを得られることがわかっている。
【0042】図3に、図2のA−A線の断面図を示す。
共通入力端子のパッドは図3に示すように、基板11上
にその周端部に沿って設けられたn+型の不純物拡散領
域40(図2では一点鎖線で示す)を設ける。また、ゲ
ート金属層20で形成された配線層42周端部の下に
も、基板11にn+型不純物拡散領域40が設けられ、
配線層42およびパッドと基板11を分離している。こ
のn+型不純物拡散領域40は、パッドおよび配線層直
下の全面に設けても良く、パッドに印可される高周波信
号を基板11を介して配線層42に伝達することを防止
する働きがあればよい。また、図3では共通入力端子の
パッド部分であるが、制御端子Ctl-1、Ctl-2お
よび出力端子OUT1、OUT2のパッド部分も同様の
構造である。
【0043】抵抗R1、R2は、交流接地となる制御端
子Ctl−1、Ctl−2の直流電位に対してゲート電
極を介して高周波信号が漏出することを防止する目的で
配置されている。しかし制御端子Ctl-1、Ctl-2
のパッドと配線層42を接近しすぎると高周波信号が配
線層42から広がる空乏層で直接制御端子Ctl−1、
Ctl−2のパッドに伝達され、配線層42の高周波信
号が交流接地となる制御端子Ctl−1、Ctl−2に
漏出してしまう。配線層42下に設けたn+型不純物拡
散領域40は配線層42から基板に空乏層が広がり、隣
接するパターンに高周波信号が漏出することを防止す
る。
【0044】各パッドおよび配線層42の下の基板11
表面にn+型不純物拡散領域40が設けられ、抵抗R1
およびR2もn+型不純物拡散領域40にて形成されて
いるため、不純物をドープされていない基板11(半絶
縁性であるが、基板抵抗値は1×107Ω・cm)表面
と異なり、不純物濃度が高くなる(イオン種 29Si +
で濃度は1〜5×108cm-3)。これにより各パッド、
配線層42、抵抗への空乏層が伸びないので、隣接する
パッド、配線層および抵抗はお互いの離間距離を4μm
とすることによりアイソレーション20dBは十分確保
できる。
【0045】また、図2からも明らかなように、共通入
力端子INのパッドは上辺を除き、3辺に沿ってn+型
不純物拡散領域40を設け、出力端子OUT1、OUT
2のパッドはGaAs基板のコーナー部分を残して、4
辺に沿ってC字状にn+型不純物拡散領域40を設け、
制御端子Ctl-1、Ctl-2のパッドはGaAs基板
のコーナー部分および抵抗R1、R2と接続する部分を
除き、変則的な五角形の4辺に沿ってC字状にn+型不
純物拡散領域40を設けられている。n+型不純物拡散
領域40を設けない部分はいずれもGaAs基板の周端
に面した部分であり、空乏層が広がっても隣接するパッ
ドと十分な離間距離があり、高周波信号のリークが問題
とならない部分である。
【0046】従って、5個のパッドが半導体チップの半
分近くを占めているので、本発明の配線層の構造を採用
すればパッド近傍まで配線層および抵抗を配置でき、半
導体チップ内のスペースを広げることができる。つま
り、チップサイズが同一のままで、FETのゲート幅を
大きくすることが可能となる。
【0047】この結果、本発明の化合物半導体チップの
サイズは0.31×0.31mm2に納めることができ
た。これは従来の共に400μmのゲート幅を有するF
ETを採用したスイッチング回路の化合物半導体チップ
サイズと同一サイズである。
【0048】FET1およびFET2の拡大図および断
面構造は、図8に示す従来のものと同じであるので、説
明を省略する。尚、本発明の構成要素となるFETは、
本発明の実施の形態では、チャネル領域の濃度および加
速電圧などのチャネル形成条件やゲート幅が異なるFE
Tであるが、FETの特性に関しては、ここに示す限り
ではない。また、FET特性が同じFETでもよい。
【0049】また、本発明の実施の形態では一方のFE
Tについての配置を説明しているが、両方のFETにつ
いて実施してもよい。
【0050】更に、n+型不純物拡散領域は全てソース
およびドレイン領域形成同時に形成されてもよいし、別
の工程にて形成された領域でもよい。更に、それぞれ
が、異なる工程にて形成されたn+型不純物拡散領域で
あってもよい。
【0051】
【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明に依れば以
下の数々の効果が得られる。
【0052】第1に、抵抗をn+型不純物拡散領域で設
け、半導体チップサイズの半分近くを占めるパッド直下
およびFETの配線層の下またはそれぞれの周端部にn
+型不純物拡散領域を設けることで、パッド、配線層お
よび抵抗がそれぞれ隣接する離間距離を所定のアイソレ
ーションが確保できる限界まで狭めることができる。こ
れにより、曲折した抵抗R1が互いに隣接する離間距離
を4μmまでは接近して配置できるので、抵抗が配置さ
れる占有面積を低減できる。つまりその分のスペースを
活用してFET1のゲート電極、ソース電極およびドレ
イン電極の一部と抵抗R1の全てを、FET1の周囲に
配置される制御端子Ctl−1および出力端子OUT1
に対応するパッドの間に配置することができる。
【0053】FET2側と比較しても明らかなように、
抵抗部分のスペースを活用して抵抗R1全てとFET1
の一部を配置することにより、ゲート幅を500μmに
してIdssを増加したFET1でありながら、ゲート幅4
00μmのFET2と同一面積に配置が可能となる。つ
まり、22dBmの最大線型入力パワーが得られるスイ
ッチ回路を、従来の両FETとも400μmのゲート幅
のFETを採用したスイッチ回路と同一チップサイズに
収めることができる利点を有する。
【0054】第2に、上述したように最小構成部品とパ
ッドと配線層および抵抗の離間距離の縮小とを実現する
ことで、半導体チップサイズの縮小が可能となり、シリ
コン半導体チップとの価格競争力も大幅に向上できる。
またチップサイズが小さくできるので、従来の小型パッ
ケージ(MCP6 大きさ2.1mm×2.0mm×
0.9mm)よりさらに小型パッケージ(SMCP6
大きさ1.6mm×1.6mm×0.75mm)に実装
ができるようになった。
【0055】第3に、本発明の化合物半導体スイッチ回
路装置ではシャントFETを省く設計が可能となったた
めに、構成部品はFET1、FET2、抵抗R1、R
2、共通入力端子IN、出力端子OUT1、OUT2、
制御端子Ctl-1、Ctl-2に対応するパッドからな
り、最小構成部品で構成できる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための回路図である。
【図2】本発明を説明するための平面図である。
【図3】本発明を説明するための断面図である。
【図4】従来例を説明するための(A)断面図、(B)
回路図である。
【図5】従来例を説明するための等価回路図である。
【図6】従来例を説明するための回路図である。
【図7】従来例を説明するための平面図である。
【図8】従来例を説明するための(A)平面図、(B)
断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03K 17/00 Fターム(参考) 5F038 AV20 CA02 CA05 DF02 EZ02 EZ20 5F102 GA01 GA17 GB01 GC01 GD01 GJ05 GS09 GV03 5J055 AX06 AX47 BX04 CX03 CX24 DX25 EX07 EY01 EY21 FX05 FX12 FX32 GX01 GX07

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネル領域表面にソース電極、ゲート
    電極およびドレイン電極を設けた第1および第2のFE
    Tを形成し、両FETのソース電極あるいはドレイン電
    極を共通入力端子とし、両FETのドレイン電極あるい
    はソース電極を第1および第2の出力端子とし、前記両
    FETのゲート電極に接続された第1および第2の制御
    端子と、前記両FETのゲート電極と前記両制御端子と
    をそれぞれ接続する第1および第2の抵抗とを有し、両
    FETのゲート電極に制御信号を印加していずれか一方
    のFETを導通させて前記共通入力端子と前記第1およ
    び第2の出力端子のいずれか一方と信号経路を形成する
    化合物半導体スイッチ回路装置において、 少なくとも一方の前記抵抗の占有面積を減らし、空いた
    領域に前記一方のFETの一部を設けることを特徴とす
    る化合物半導体スイッチ回路装置。
  2. 【請求項2】 チャネル領域表面にソース電極、ゲート
    電極およびドレイン電極を設けた第1および第2のFE
    Tを形成し、両FETのソース電極あるいはドレイン電
    極を共通入力端子とし、両FETのドレイン電極あるい
    はソース電極を第1および第2の出力端子とし、前記両
    FETのゲート電極に接続された第1および第2の制御
    端子と、前記両FETのゲート電極と前記両制御端子と
    をそれぞれ接続する第1および第2の抵抗とを有し、両
    FETのゲート電極に制御信号を印加していずれか一方
    のFETを導通させて前記共通入力端子と前記第1およ
    び第2の出力端子のいずれか一方と信号経路を形成する
    化合物半導体スイッチ回路装置において、 少なくとも一方の前記抵抗の占有面積を減らし、空いた
    領域に前記一方のFETの一部を設け、該一方のFET
    を前記信号経路の送信側とし、他方のFETを前記信号
    経路の受信側に用いることを特徴とする化合物半導体ス
    イッチ回路装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも一方の前記抵抗の曲折する間
    隔を狭めて占有面積を減らすことを特徴とする請求項1
    または請求項2に記載の化合物半導体スイッチ回路装
    置。
  4. 【請求項4】 前記一方の制御端子に対応するパッドお
    よび出力端子に対応するパッドの間に前記FETの一部
    を配置して該FETのゲート幅を増加させることを特徴
    とする請求項1または請求項2に記載の化合物半導体ス
    イッチ回路装置。
  5. 【請求項5】 前記抵抗は、基板に一導電型の不純物を
    拡散して設けた高濃度領域であることを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載の化合物半導体スイッチ回路
    装置。
  6. 【請求項6】 前記抵抗が互いに隣接する離間距離は、
    所定のアイソレーションが確保できる限界値付近まで近
    接することを特徴とする請求項5に記載の化合物半導体
    スイッチ回路装置。
  7. 【請求項7】 前記抵抗を1つの一導電型不純物を拡散
    した高濃度領域で形成し、前記共通入力端子、制御端子
    および出力端子に対応するパッド周端部の下又はパッド
    全面の下と前記両FETの配線層周端部の下又は配線層
    全面の下には他の一導電型不純物を拡散した高濃度領域
    を設けることを特徴とする請求項1または請求項2に記
    載の化合物半導体スイッチ回路装置。
  8. 【請求項8】 前記全ての高濃度領域が互いに隣接する
    離間距離は所定のアイソレーションが確保できる限界値
    付近まで近接することを特徴とする請求項7に記載の化
    合物半導体スイッチ回路装置。
  9. 【請求項9】 前記高濃度領域としてソース領域および
    ドレイン領域の拡散領域を用いることを特徴とする請求
    項5または請求項7に記載の化合物半導体スイッチ回路
    装置。
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