JP2004274430A - Power amplifier module and method of manufacturing the same - Google Patents

Power amplifier module and method of manufacturing the same Download PDF

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功 大部
Masami Onishi
正己 大西
Tomonori Tagami
知紀 田上
Hidetoshi Matsumoto
秀俊 松本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power amplifier by which the temperature dependency of a power gain is reduced. <P>SOLUTION: A multi-stage power amplifier consists of: a first amplifier circuit 2 configured by connecting at least one or more bipolar transistors in parallel and arranged on a first semiconductor substrate; and a second amplifier circuit 3 configured by connecting at least one or more bipolar transistors in parallel and arranged on a second semiconductor substrate. In the bipolar transistor used in the first amplifier circuit 2, the plane shape of the emitter is rectangular. In the bipolar transistor used in the second amplifier circuit 3, has an emitter whose plane shape is annular, for example. In addition, a base electrode is present on the interior of the annular emitter only. Thus, the issue mentioned above is resolved. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力利得の温度依存性を低減しつつ且つ高い電力変換効率を可能ならしめる電力増幅器及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、移動体通信機器の需要の急成長に伴い、通信機に用いられる電力増幅器の研究開発が盛んに行われている。移動体通信機用電力増幅器に用いられる半導体トランジスタとしてはヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、HBTと略記する)、電界効果トランジスタ(以下、FETと略記する)、SiMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)FETなどがある。この中でHBTは、入出力特性の線形性にすぐれていること、正電源のみで動作し、負電源発生回路・部品が不要であること、出力電力密度が高く、チップ面積が小さくて済むため省スペースかつ低コストであることなどの特徴を有する。このため、移動体通信機用電力増幅器向けトランジスタとして中心的に用いられている。
【0003】
移動体通信機用電力増幅器の高性能化のためには、その基本デバイスとなるHBTの高性能化が必須である。そのためにはベースコレクタ間容量の低減が必要である。その一手段として環状エミッタ形状HBTを用いた技術は、例えば、公開公報・特開2001−189319号にて知られている(特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−189319号公報(段落:0008、図3)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開2001−189319号公報に示された技術には電力利得の温度依存性が大きいと言う難点があった(特許文献1)。図20は、こうしたHBT単体での電力利得の温度依存性を測定した結果である。図20には、環状エミッタを有するHBT(以下、環状エミッタHBTと略記する)、矩形エミッタを有するHBT(以下、矩形エミッタHBTと略記する)の各々の結果が、それぞれ線20、21にて示されている。環状エミッタHBT、矩形エミッタHBTともに、総エミッタ面積は約800μmと等しく設計されている。更に、環状エミッタHBTは、エミッタ面積132μmの基本HBTを6並列接続して成り、矩形エミッタHBTは、エミッタ面積108μmの基本HBTを8並列接続して構成される。測定条件は、コレクタ電圧3.5V、周波数1.9GHzである。環状エミッタHBT、矩形エミッタHBTのそれぞれの電力利得の温度係数は、−0.012dB/℃、−0.006dB/℃である。従って、2段構成の電力増幅器を形成した場合、環状エミッタHBTでは電力利得の温度係数が−0.024dB/℃、矩形エミッタHBTでは電力利得の温度変化が−0.012dB/℃となる。
【0006】
環状エミッタHBTと矩形エミッタHBTの電力利得の温度依存性差は、ベース抵抗の温度依存性に起因する。温度上昇に伴いベース抵抗は増大する。一方、環状エミッタHBTでは、矩形エミッタHBTに比べベース抵抗が大きい。この為、温度変化に伴うベース抵抗の変化量は、環状エミッタHBTの方が矩形エミッタHBTに比べ大きくなる。その結果、環状エミッタHBTでは、温度上昇に伴い整合回路との高周波的な整合ずれが大きくなり電力利得の温度依存性も大きくなる。
【0007】
こうした背景を踏まえ、本願発明の第1の目的は、電力利得の温度依存性が小さい高性能の電力増幅器を提供することにある。本願発明の第2の目的は、合わせて、電力利得の温度依存性が小さい高性能の電力増幅器の製造方法を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願発明の骨子は次の通りである。即ち、少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続して構成される第1の増幅回路と、少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続して構成される第2の増幅回路とを、多段接続して有し、前記第1の増幅回路の有するバイポーラトランジスタは、平面配置として、エミッタ電極の両側にベース電極を有するバイポーラトランジスタであり、
前記第2の増幅回路の有するバイポーラトランジスタは、平面配置として、ベース電極、エミッタ電極及びコレクタ電極が順次配置された部分を有するバイポーラトランジスタであることを特徴とする電力増幅器モジュールである。
【0009】
前記エミッタ電極の両側にベース電極を有する前記第1の増幅回路の有するバイポーラトランジスタの前記エミッタ電極の平面形状は、四角形が代表的な形状である。更には、矩形が多用される。
【0010】
更に、第2の増幅回路のバイポーラトランジスタは、ベース電極、エミッタ電極及びコレクタ電極が順次配置された部分を有し、且つ前記エミッタ電極が少なくとも前記ベース電極の一部を囲う部分を有するのが通例である。このバイポーラトランジスタの前記エミッタ電極の平面形状は、内部に空間を有し且つ少なくとも曲線部及び直線部のいずれか一者を有して閉じた平面図形、或いはこの閉じた平面図形の一部の形状を有するのが一般的である。
【0011】
そして、前記エミッタ電極の平面図形における内部の空間部分に、前記ベース電極が配置される。
【0012】
この第2の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタのエミッタ電極の平面形状が環状或いは環状の一部形状が代表的である。前述したように、この環状として、閉じた多角形の外形形状でも良い。
【0013】
尚、前記第1の増幅回路、及び前記第2の増幅回路は各々、別体の半導体基板に構成しても良いし、又、一つの半導体基板に構成しても良い。それは全体のモジュールの設計諸要請事項によって選定される。
【0014】
又、前記第1或いは第2の各増幅回路を、電力増幅器モジュールにおけるドライバー段あるいは出力段のいずれに用いるかも全体のモジュールの設計諸要請事項によって選定して十分である。
【0015】
尚、前記バイポーラトランジスタのエミッタ層材料の代表例は、InGaP、AlGaAs、InP、及びInGaAlAsの群から選ばれた少なくとも一者である。
【0016】
本発明の第2目的を達成するために、エミッタ電極の形成、エミッタメサの形成、ベース電極の形成、ベースメサの形成、コレクタ電極の形成の工程を順次経て製造したものである。より具体的にその工程を例示すれば、以下の通りである。
【0017】
半絶縁性基板の上部に、少なくとも、コレクタ用半導体層、前記コレクタ用半導体層上にベース用半導体層、前記ベース用半導体層上にエミッタ用半導体層を積層して形成する工程、前記エミッタ用半導体層の上部に所望形状のエミッタ電極を形成する工程、前記エミッタ用半導体層をメサ形状に加工しエミッタ領域を形成する工程、前記ベース用半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース用半導体層を、前記エミッタ領域を平面領域内に含む領域が搭載されたメサ形状に加工しベース領域を形成する工程、及びコレクタ電極を形成する工程とを有し、且つ前記エミッタ電極、及びベース電極の加工工程において、次の特徴を有するものである。
【0018】
即ち、第1の増幅回路の有するバイポーラトランジスタ領域に対しては、平面配置として、エミッタ電極の両側にベース電極を有する電極の平面配置とされる。一方、前記第2の増幅回路の有するバイポーラトランジスタ領域に対しては、平面配置として、ベース電極、エミッタ電極及びコレクタ電極が順次配置された部分を有し、且つ前記エミッタ電極が前記ベース電極の少なくとも一部を囲う部分を有する電極の平面配置とされる配置にて加工する。これら各電極の平面形状及び配置に関しては、モジュール構造の説明と同様である。
【0019】
こうして、本願発明は、絶縁性或いは半絶縁性基板に形成された半導体素子を用いて電力増幅器モジュールを構成する際の制約下、電力利得の温度依存性を十分低減しつつ、高い電力変換効率を可能ならしめることが出来る。
【0020】
【発明の実施の形態】
具体的な実施の形態を例示するに先立って、本願発明のより具体的な態様を列挙する。
【0021】
本発明の第1の目的を達成するために、本発明に係わる電力増幅器では少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続した第1の増幅回路と、少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続した第2の増幅回路から成る多段電力増幅器において、第1の増幅回路に用いられるバイポーラトランジスタの平面形状を矩形のエミッタ形状とし、第2の増幅回路に用いられるバイポーラトランジスタを平面形状が環状のエミッタ形状とし且つベース電極が上記環状エミッタの内側にのみ存在するようにしたものである。
【0022】
又、本発明の第1の目的を達成するために、本発明に係わる電力増幅器では少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続した第1の増幅回路と、少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続した第2の増幅回路から成る多段電力増幅器において、第1の増幅回路に用いられるバイポーラトランジスタの平面形状を矩形のエミッタ形状とし、第2の増幅回路に用いられバイポーラトランジスタの平面形状を環状形状の一部であるエミッタ形状とし且つベース電極が上記環状エミッタの内側にのみ存在するようにしたものである。
【0023】
又、本発明の第1の目的を達成するために、本発明に係わる電力増幅器では少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続して成る増幅回路において、バイポーラトランジスタの平面形状が環状であるエミッタ形状を有し、ベース電極が上記環状エミッタの内側にのみ存在し、且つベースを負の温度係数を有する抵抗体と接続してベース抵抗の温度変化を打ち消したものである。
【0024】
又、本発明の第1の目的を達成するために、本発明に係わる電力増幅器では少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続して成る増幅回路において、バイポーラトランジスタを並列接続して成る増幅回路において、バイポーラトランジスタの平面形状が環状形状の一部であるエミッタ形状を有し、ベース電極が上記環状形状の一部であるエミッタの内側にのみ存在し、且つベースを負の温度係数を有する抵抗体と接続してベース抵抗の温度変化を打ち消したものである。
【0025】
以下に、本発明の実施の形態を示す電力増幅器、及び電力増幅器の製造方法に関し図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する場合には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0026】
<実施の形態1>
本実施の形態1の電力増幅器を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態を示す電力増幅器のブロック構成図である。本例は、2段構成の電力増幅器である。図中、符号2、3はそれぞれ第1の増幅回路、第2の増幅回路であり、又、符号4a、4b、4cは、それぞれ入力整合回路、段間整合回路、出力整合回路である。増幅される高周波信号は、端子22から本電力増幅器に入力され、上記整合回路4a、4b、4c、増幅回路2、3を介して増幅された後、端子23から出力される。
【0027】
図21、図22は、各々、代表的な電力増幅器モジュールの実装状態を示す断面図及び平面図である。実装基板60に半導体素子51、及び受動素子52が搭載される。符号54は導体層を示し、半導体素子51との電気信号接続を構成する。この例では複数の実装基板60、61、及び62が積層されて用いられている。尚、半導体素子51が前記した電力増幅器である。
【0028】
上記第1の増幅回路2の回路図を図2に示す。エミッタ面積108μmの基本HBT5を8並列接続して成る。図2には、この基本HBT5の部分を点線で囲って示した。又、増幅回路2の平面構造を図3に、更に、図3におけるAA’に沿った断面構造を図4に示す。ここで、符号18、7、8、9、10、19はそれぞれ、エミッタコンタクト層、InGaPエミッタ層、GaAsベース層、GaAsコレクタ層、GaAsサブコレクタ層、GaAs基板である。又、符号12、13、15はそれぞれエミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極である。更に、符号11、16、14はそれぞれ各基本HBTを接続するエミッタ配線、ベース配線、コレクタ配線である。
【0029】
基本HBTの詳細平面図を図5に示す。この例は、エミッタ形状が矩形であるHBTである。半絶縁性GaAs基板上に形成されたGaAsサブコレクタ10上に各部が搭載される。符号9はコレクタ領域であり、平面的に、この中央には矩形のエミッタ電極12がエミッタコンタクト層18上に形成されている。図4の断面図に見られるように、このエミッタコンタクト層18の下部にエミッタ層7が形成されている。エミッタ電極12の両側の矩形領域がベース電極13、符号8として見られるのがベース領域である。コレクタ領域9の両側に存在する矩形領域がコレクタ電極15である。
【0030】
上記第2の増幅回路3の回路図を図6に示す。この例は、エミッタ面積132μmの基本HBT6を28並列接続して成る。図6には、この基本HBT6の部分を点線で囲って示してある。増幅回路3の平面構造を図7に、更に、図7のBB’に沿った断面構造を図8に示す。ここで、符号18、7、8、9、10、19はそれぞれ、エミッタコンタクト層、InGaPエミッタ層、GaAsベース層、GaAsコレクタ層、GaAsサブコレクタ層、GaAs基板である。又、符号12、13、15はそれぞれエミッタ電極、ベース電極、コレクタ電極である。更に、符号11、16、14は、それぞれ各基本HBTを接続するエミッタ配線、ベース配線、コレクタ配線である。
【0031】
基本HBTの詳細平面図を図9に示す。図3に示す例と異なり、この基本HBTの例は、エミッタ形状が環状である。更に、この例では、ベース電極が環状エミッタの内側にのみ存在するHBTである。GaAs基板上に形成されたGaAsサブコレクタ10上に各部が搭載される。符号9は円形のコレクタ領域であり、平面的に、この中央には環状のエミッタ電極12がエミッタコンタクト層18上に形成されている。図8の断面図に見られるように、このエミッタコンタクト層18の下部にエミッタ層7が形成されている。環状のエミッタ電極12の内側にベース電極13が配置されている。符号8として見られるのがベース領域である。コレクタ領域9の大部分を囲って存在する領域がコレクタ電極15である。
【0032】
尚、本実施形態の電力増幅器では第2の増幅回路に用いられる基本HBTは、図9に示した如く円形の環状エミッタHBTを代表例として示したが、図10に示す環状の一部領域の形状であるエミッタ形状を有し且つベース電極がこの環状の一部形状であるエミッタの内側にのみ存在するHBTでも良い。
【0033】
更に、図11に示す多角形のエミッタ形状HBTでも良い。図11の例は、具体的には四角形であるが、その他の多角形も用い得る。HBTの各部の配置は、図9の例を同様であるので詳細説明は省略する。
【0034】
即ち、第2の増幅回路に用いられる基本HBTは、エミッタの形状が、環状或いは環状の一部の形状、或いは、多角形などの形状であり、ベース電極がこのエミッタ領域の内側にのみ存在すれば良い。
【0035】
又、本実施形態の電力増幅器では、第1の増幅回路2がドライバー段で、第2の増幅回路3が出力段の場合を示したが、図12に示す如く第1の増幅回路2が出力段で、第2の増幅回路3がドライバー段でも同じ効果を有する。但し、この場合各々の増幅回路に用いられる基本HBTの並列数は調整する必要がある。
【0036】
又、本実施形態の電力増幅器に用いられるバイポーラトランジスタとしてInGaPエミッタHBTを例として示したが、本発明では、これ以外にAlGaAsエミッタHBT、InP基板を用いたInPエミッタHBT、InGaAlAsエミッタHBTなど広範囲のHBTを用いることが出来る。
【0037】
又、増幅回路2と増幅回路3は同一半導体基板上に形成しても良く、更には、整合回路4a、4b、4cも増幅回路2、増幅回路3が形成されている基板上に形成しても良い。
【0038】
<実施の形態2>
本例を用いて、電力増幅器の製造方法を図面を参照して説明する。
【0039】
図13(a)から図14(h)は電力増幅器の製造方法を製造工程に従って示した装置の断面図である。本例は、2段構成の電力増幅器の例である。図中、符号24、25は、それぞれ第1の増幅回路の形成部分、第2の増幅回路の形成部分を示している。以下、基本HBTに関して主に説明する。本例は、第1の増幅回路に用いられる基本HBTは矩形エミッタ形状HBT、第2の増幅回路に用いられる基本HBTは環状エミッタ形状HBTである。
【0040】
始めに、半絶縁性GaAs基板19上に、n型GaAsサブコレクタ層(Si濃度5×1018cm−3、膜厚0.6μm)10、n型GaAsコレクタ層(Si濃度1×1016cm−3、膜厚0.8μm)9、p型GaAsベース層(C濃度4×1019cm−3、膜厚90nm)8、n型InGaPエミッタ層(InPモル比0.5、Si濃度3×1017cm−3、膜厚30nm)7、n型InGaAsエミッタコンタクト層(InAsモル比0.5、Si濃度1×1019cm−3、膜厚0.2μm)18を、有機金属気相エピタキシー法により成長する(図13(a))。
【0041】
その後、高周波スパッタ法を用いてWSi(Siモル比0.3、膜厚0.3μm)12をウエハ全面に堆積し(図13(b))、このWSi層をホトリソグラフィー及びCFを用いたドライエッチングにより加工し、エミッタ電極12を形成する(図13(c))。
【0042】
その後、n型InGaAsエミッタコンタクト層18及びn型InGaPエミッタ層7を所望形状に加工し、エミッタ領域を形成する(図13(d))。加工方法の例は次の通りである。ホトリソグラフィー及びエッチング液(エッチング液の組成例:リン酸:過酸化水素水:水=1:2:40)を用いたウェットエッチングにより、n型InGaAsエミッタコンタクト層18の不要領域を除去する。続いて、塩酸を用いたウェットエッチングによりn型InGaPエミッタ層7の不要領域を除去する。
【0043】
その後、通例のリフトオフ法を用いて、Ti(膜厚50nm)/Pt(膜厚50nm)/Au(膜厚200nm)ベース電極13を形成する(図13(e))。
【0044】
その後、ホトリソグラフィー及びエッチング液(エッチング液の組成例:リン酸:過酸化水素水:水=1:2:40)を用いたウェットエッチングにより、p型GaAsベース層8を除去してベース領域を形成する。更に、n型GaAsコレクタ層9までエッチングを施し、n型GaAsサブコレクタ層10を露出させる(図14(f))。
【0045】
その後、通例のリフトオフ法により、コレクタ電極15を形成し、350℃にて30分間アロイを施す(図14(g))。コレクタ電極15の構成は、AuGe(膜厚60nm)/Ni(膜厚10nm)/Au(膜厚200nm)の積層体である。
【0046】
最後に、素子間分離用のアイソレーション溝20を形成する。更に、基本HBT間のエミッタ電極同士、ベース電極同士、コレクタ電極同士を接続する配線を形成する(図14(h))。尚、前記の各配線は図示を省略した。
【0047】
又、HBTの各部の平面形状は実施の形態1に説明した通り、各種形態で実施し得ることは言うまでも無い。ここでは、この点の詳細説明も省略する。
【0048】
<実施の形態3>
本例では本発明を用いた各種HBTを組み合わせて構成した電力増幅器の例を説明する。
【0049】
図15は、2段構成の電力増幅器の例を示すブロック構成図である。図中、符号2、3は、それぞれ第1の増幅回路、第2の増幅回路である。又、符号4a、4b、4cは、それぞれ入力整合回路、段間整合回路、出力整合回路である。増幅される高周波信号は端子22から本電力増幅器に入力され、上記整合回路4a、4b、4c、増幅回路2、3を介して増幅された後、端子23から出力される。
【0050】
第1の増幅回路2は実施の形態1で説明した如き平面形状が矩形形状エミッタHBTを6並列接続して成る。
【0051】
第2の増幅回路3は実施の形態1で説明した如き平面形状が環状形状エミッタHBTあるいは環状形状の一部であるエミッタを有するHBTを28並列接続して成るりベース配線16に直列に抵抗体17を接続する(図17)。この抵抗体の例はWSiNである。その室温における抵抗値は10Ωである。この抵抗体17は図18に示した様に各基本HBTごとに導入しても良い。この場合、WSiN抵抗体の室温における値は280Ωである。本実施形態におけるWSiN抵抗体の抵抗値は一例であり、要求される電力増幅器の仕様により異なる。
【0052】
<本発明の特性>
本発明によって得られる特性及び効果を図面を持って説明する。
【0053】
図18及び図19は、それぞれ本発明の電力増幅器の特性、及び従来技術の特性を比較して示すものである。測定条件は周波数1.9GHz、コレクタ電圧3.4V、周囲温度は−20℃から+85℃の範囲である。
【0054】
図18は、従来技術の電力増幅器の電力利得と出力電力の関係を示したものである。図18に見られるように、周囲温度が−20℃から+85℃の範囲で変化すると電力利得は3.3dB変化する。一方、本発明の電力増幅器の電力利得と出力電力の関係は図19に示されている。図19に見られるように、周囲温度が−20℃から+85℃の範囲で変化した場合、電力利得変化は2.9dBに低減されている。即ち、本発明によれば電力利得の温度変化が0.4dB改善される。
【0055】
【発明の効果】
本発明は、電力利得の温度依存性が小さい高性能の電力増幅器を提供することが出来る。又、本発明の別な側面によれば、電力利得の温度依存性が小さい高性能の電力増幅器の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施の形態である電力増幅器を示すブロック図である。
【図2】図2は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第1の増幅回路の例を示す回路図である。
【図3】図3は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第1の増幅回路の例を示す平面図である。
【図4】図4は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第1の増幅回路の例を示す断面図である。
【図5】図5は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第1の増幅回路に用いられる基本HBTの例を示す平面図である。
【図6】図6は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路の例を示す回路図である。
【図7】図7は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路の例を示す平面図である。
【図8】図8は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路の例を示す装置の断面図である。
【図9】図9は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路に用いられる基本HBTの例を示す平面図である。
【図10】図10は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路に用いられる基本HBTの例を示す平面図である。
【図11】図11は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路に用いられる基本HBTの例を示す平面図である。
【図12】図12は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の例を示すブロック図である。
【図13】図13は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の製造方法を工程順に示す装置の断面図である。
【図14】図14は、本発明の一実施の形態である電力増幅器の製造方法の図13に続く工程を工程順に示す装置の断面図である。
【図15】図15は、本発明の他の実施の形態である電力増幅器の例を示すブロック図である。
【図16】図16は、本発明の他の実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路の例を示す平面図である。
【図17】図17は、本発明の他の実施の形態である電力増幅器の第2の増幅回路の例を示す平面図である。
【図18】図18は、従来構造の電力増幅器の特性の温度依存性の測定結果を示す図である。
【図19】図19は、本発明の電力増幅器の特性の温度依存性の測定結果を示す図である。
【図20】図20は、単体HBTの電力利得の温度依存性の測定結果を示す図である。
【図21】図21は、代表的な電力増幅器モジュールの実装を示す断面図である。
【図22】図22は、代表的な電力増幅器モジュールの実装を示す平面図である。
【符号の説明】
1:電力増幅器、2:第1の増幅回路、3:第2の増幅回路、4a:入力整合回路、4b:段間整合回路、4c:出力整合回路、5:基本HBT、6:基本HBT、7:エミッタ層、8:ベース層、9:コレクタ層、10:サブコレクタ層、11:エミッタ配線、12:エミッタ電極、13:ベース電極、14:コレクタ配線、15:コレクタ電極、16:ベース配線、17:抵抗体、18:エミッタコンタクト層、19:半絶縁性GaAs基板、20:環状エミッタ単体HBT電力利得の温度依存性、21:矩形エミッタ単体HBT電力利得の温度依存性、22:高、波信号入力端子、23:高周波信号出力端子、24:第1の増幅回路形成領域、25:第2の増幅回路形成領域。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power amplifier and a method of manufacturing the same, which can reduce the temperature dependence of a power gain and enable high power conversion efficiency.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with rapid growth in demand for mobile communication devices, research and development of power amplifiers used for communication devices have been actively conducted. As a semiconductor transistor used for a power amplifier for a mobile communication device, a heterojunction bipolar transistor (hereinafter abbreviated as HBT), a field effect transistor (hereinafter abbreviated as FET), a metal-oxide-semiconductor (SiMOS) FET, or the like is used. is there. Among these, the HBT has excellent linearity of input / output characteristics, operates only with a positive power supply, does not require a negative power supply generation circuit and components, has a high output power density, and requires a small chip area. It has features such as space saving and low cost. Therefore, it is mainly used as a transistor for a power amplifier for a mobile communication device.
[0003]
In order to improve the performance of a power amplifier for a mobile communication device, it is essential to improve the performance of an HBT as a basic device. For that purpose, it is necessary to reduce the capacitance between the base and the collector. A technique using an annular emitter-shaped HBT as one of the means is known, for example, from Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2001-189319 (Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-189319 A (paragraph: 0008, FIG. 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-189319 has a drawback that the temperature dependence of the power gain is large (Patent Document 1). FIG. 20 shows the results of measuring the temperature dependence of the power gain of such an HBT alone. FIG. 20 shows the results of an HBT having an annular emitter (hereinafter abbreviated as an annular emitter HBT) and an HBT having a rectangular emitter (hereinafter abbreviated as a rectangular emitter HBT) by lines 20 and 21, respectively. Have been. The total emitter area of both the annular emitter HBT and the rectangular emitter HBT is designed to be equal to about 800 μm 2 . Further, the annular emitter HBT is configured by connecting six basic HBTs having an emitter area of 132 μm 2 in parallel, and the rectangular emitter HBT is configured by connecting eight basic HBTs having an emitter area of 108 μm 2 in parallel. The measurement conditions are a collector voltage of 3.5 V and a frequency of 1.9 GHz. The temperature coefficients of the power gains of the annular emitter HBT and the rectangular emitter HBT are −0.012 dB / ° C. and −0.006 dB / ° C. Therefore, when a power amplifier having a two-stage configuration is formed, the temperature coefficient of the power gain is -0.024 dB / ° C for the annular emitter HBT, and the temperature change of the power gain is -0.012 dB / ° C for the rectangular emitter HBT.
[0006]
The temperature dependence difference between the power gain of the ring emitter HBT and the rectangular emitter HBT is caused by the temperature dependence of the base resistance. The base resistance increases as the temperature rises. On the other hand, the base resistance of the annular emitter HBT is larger than that of the rectangular emitter HBT. For this reason, the change amount of the base resistance due to the temperature change is larger in the annular emitter HBT than in the rectangular emitter HBT. As a result, in the ring-shaped emitter HBT, as the temperature rises, the misalignment of the high frequency matching with the matching circuit increases, and the temperature dependence of the power gain also increases.
[0007]
In view of such a background, a first object of the present invention is to provide a high-performance power amplifier having a small temperature dependence of a power gain. A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-performance power amplifier having small temperature dependence of power gain.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is as follows. That is, a first amplifier circuit configured by connecting at least one or more bipolar transistors in parallel and a second amplifier circuit configured by connecting at least one or more bipolar transistors in parallel are connected in multiple stages. The bipolar transistor of the first amplifier circuit is a bipolar transistor having a base electrode on both sides of an emitter electrode as a planar arrangement,
The bipolar transistor included in the second amplifier circuit is a bipolar transistor having a portion in which a base electrode, an emitter electrode, and a collector electrode are sequentially arranged as a planar arrangement.
[0009]
The planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor included in the first amplifier circuit having the base electrode on both sides of the emitter electrode is typically a square. Furthermore, rectangles are frequently used.
[0010]
Further, the bipolar transistor of the second amplifier circuit generally has a portion in which a base electrode, an emitter electrode and a collector electrode are sequentially arranged, and the emitter electrode has a portion surrounding at least a part of the base electrode. It is. The planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor may be a closed planar figure having a space therein and at least one of a curved portion and a linear portion, or a partial shape of the closed planar figure. It is common to have
[0011]
Then, the base electrode is arranged in an inner space portion in the plane figure of the emitter electrode.
[0012]
Typically, the planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor included in the second amplifier circuit is annular or a partial annular shape. As described above, this annular shape may be a closed polygonal outer shape.
[0013]
The first amplifier circuit and the second amplifier circuit may be formed on separate semiconductor substrates, or may be formed on a single semiconductor substrate. It is selected according to the design requirements of the whole module.
[0014]
Whether the first or second amplifier circuit is used for the driver stage or the output stage in the power amplifier module is sufficient depending on the design requirements of the entire module.
[0015]
A typical example of the emitter layer material of the bipolar transistor is at least one selected from the group consisting of InGaP, AlGaAs, InP, and InGaAlAs.
[0016]
In order to achieve the second object of the present invention, the semiconductor device is manufactured by sequentially forming an emitter electrode, forming an emitter mesa, forming a base electrode, forming a base mesa, and forming a collector electrode. A more specific example of the process is as follows.
[0017]
Forming at least a collector semiconductor layer on the semi-insulating substrate, a base semiconductor layer on the collector semiconductor layer, and an emitter semiconductor layer on the base semiconductor layer; Forming an emitter electrode of a desired shape on a layer, processing the emitter semiconductor layer into a mesa shape to form an emitter region, forming a base electrode on the base semiconductor layer, Forming a base region by processing the layer into a mesa shape having a region including the emitter region in a planar region, and forming a collector electrode, and forming the emitter electrode and the base electrode. In the processing step, it has the following features.
[0018]
That is, for the bipolar transistor region included in the first amplifier circuit, a planar arrangement of electrodes having base electrodes on both sides of the emitter electrode is adopted as a planar arrangement. On the other hand, the bipolar transistor region of the second amplifier circuit has, as a planar arrangement, a portion in which a base electrode, an emitter electrode, and a collector electrode are sequentially arranged, and the emitter electrode is at least one of the base electrodes. The electrode is processed in an arrangement that is assumed to be a planar arrangement of an electrode having a part surrounding a part. The planar shape and arrangement of these electrodes are the same as in the description of the module structure.
[0019]
Thus, the present invention provides a high power conversion efficiency while sufficiently reducing the temperature dependence of the power gain under the restriction when configuring the power amplifier module using the semiconductor element formed on the insulating or semi-insulating substrate. You can do it if you can.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Prior to illustrating specific embodiments, more specific aspects of the present invention will be listed.
[0021]
In order to achieve the first object of the present invention, in a power amplifier according to the present invention, a first amplifier circuit in which at least one or more bipolar transistors are connected in parallel, and a second amplifier in which at least one or more bipolar transistors are connected in parallel. In a multi-stage power amplifier composed of two amplifier circuits, the bipolar transistor used in the first amplifier circuit has a rectangular emitter shape, and the bipolar transistor used in the second amplifier circuit has a ring-shaped emitter shape. In addition, the base electrode is provided only inside the annular emitter.
[0022]
In order to achieve the first object of the present invention, in a power amplifier according to the present invention, a first amplifier circuit in which at least one or more bipolar transistors are connected in parallel, and at least one or more bipolar transistors are connected in parallel. In the multi-stage power amplifier comprising the second amplifier circuit described above, the planar shape of the bipolar transistor used in the first amplifier circuit is a rectangular emitter shape, and the planar shape of the bipolar transistor used in the second amplifier circuit is an annular shape. It is a part of the emitter and the base electrode is present only inside the annular emitter.
[0023]
In order to achieve the first object of the present invention, in a power amplifier according to the present invention, in an amplifier circuit comprising at least one or more bipolar transistors connected in parallel, the planar shape of the bipolar transistor is an emitter shape. Wherein the base electrode exists only inside the annular emitter, and the base is connected to a resistor having a negative temperature coefficient to cancel the temperature change of the base resistance.
[0024]
In order to achieve the first object of the present invention, a power amplifier according to the present invention relates to an amplifier circuit comprising at least one bipolar transistor connected in parallel, and an amplifier circuit comprising a bipolar transistor connected in parallel. A resistor in which the planar shape of the bipolar transistor has an emitter shape that is part of an annular shape, the base electrode exists only inside the emitter that is part of the annular shape, and the base has a negative temperature coefficient. To cancel the temperature change of the base resistance.
[0025]
Hereinafter, a power amplifier according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the power amplifier will be described in detail with reference to the drawings. In all of the drawings for describing the embodiments, the same reference numerals are given to components having the same function, and a repeated description thereof will be omitted.
[0026]
<Embodiment 1>
The power amplifier according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a power amplifier according to the present embodiment. This example is a two-stage power amplifier. In the figure, reference numerals 2 and 3 denote a first amplifier circuit and a second amplifier circuit, respectively, and reference numerals 4a, 4b and 4c denote input matching circuits, interstage matching circuits and output matching circuits, respectively. The high-frequency signal to be amplified is input from the terminal 22 to the present power amplifier, amplified through the matching circuits 4a, 4b, 4c and the amplifier circuits 2, 3, and then output from the terminal 23.
[0027]
21 and 22 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing a mounted state of a typical power amplifier module. The semiconductor element 51 and the passive element 52 are mounted on the mounting board 60. Reference numeral 54 denotes a conductor layer, which forms an electrical signal connection with the semiconductor element 51. In this example, a plurality of mounting boards 60, 61, and 62 are used by being stacked. Note that the semiconductor element 51 is the power amplifier described above.
[0028]
FIG. 2 shows a circuit diagram of the first amplifier circuit 2. It is formed by connecting eight basic HBTs 5 having an emitter area of 108 μm 2 in parallel. FIG. 2 shows the basic HBT 5 by surrounding it with a dotted line. FIG. 3 shows a plan structure of the amplifier circuit 2, and FIG. 4 shows a cross-sectional structure along AA 'in FIG. Here, reference numerals 18, 7, 8, 9, 10, and 19 indicate an emitter contact layer, an InGaP emitter layer, a GaAs base layer, a GaAs collector layer, a GaAs sub-collector layer, and a GaAs substrate, respectively. Reference numerals 12, 13, and 15 denote an emitter electrode, a base electrode, and a collector electrode, respectively. Further, reference numerals 11, 16, and 14 denote an emitter wiring, a base wiring, and a collector wiring connecting the respective basic HBTs.
[0029]
FIG. 5 shows a detailed plan view of the basic HBT. In this example, the HBT has a rectangular emitter shape. Each part is mounted on a GaAs sub-collector 10 formed on a semi-insulating GaAs substrate. Reference numeral 9 denotes a collector region, and a rectangular emitter electrode 12 is formed on the emitter contact layer 18 at the center in a plan view. As seen in the cross-sectional view of FIG. 4, the emitter layer 7 is formed below the emitter contact layer 18. The rectangular region on both sides of the emitter electrode 12 is seen as the base electrode 13 and the reference numeral 8 is the base region. The rectangular regions existing on both sides of the collector region 9 are the collector electrodes 15.
[0030]
FIG. 6 shows a circuit diagram of the second amplifier circuit 3. In this example, 28 basic HBTs 6 each having an emitter area of 132 μm 2 are connected in parallel. FIG. 6 shows the portion of the basic HBT 6 surrounded by a dotted line. FIG. 7 shows a planar structure of the amplifier circuit 3, and FIG. 8 shows a cross-sectional structure along BB 'in FIG. Here, reference numerals 18, 7, 8, 9, 10, and 19 indicate an emitter contact layer, an InGaP emitter layer, a GaAs base layer, a GaAs collector layer, a GaAs sub-collector layer, and a GaAs substrate, respectively. Reference numerals 12, 13, and 15 denote an emitter electrode, a base electrode, and a collector electrode, respectively. Further, reference numerals 11, 16, and 14 denote an emitter wiring, a base wiring, and a collector wiring connecting the respective basic HBTs, respectively.
[0031]
FIG. 9 shows a detailed plan view of the basic HBT. Unlike the example shown in FIG. 3, this example of the basic HBT has an annular emitter shape. Furthermore, in this example, the base electrode is an HBT that exists only inside the annular emitter. Each part is mounted on a GaAs sub-collector 10 formed on a GaAs substrate. Reference numeral 9 denotes a circular collector region, and an annular emitter electrode 12 is formed on the emitter contact layer 18 at the center in a plan view. As seen in the cross-sectional view of FIG. 8, the emitter layer 7 is formed below the emitter contact layer 18. The base electrode 13 is arranged inside the annular emitter electrode 12. The base region is seen as reference numeral 8. The region surrounding most of the collector region 9 is the collector electrode 15.
[0032]
In the power amplifier of this embodiment, the basic HBT used in the second amplifier circuit is a circular ring-shaped emitter HBT as shown in FIG. 9 as a representative example. An HBT having an emitter shape which is a shape and a base electrode existing only inside the emitter which is a part of this annular shape may be used.
[0033]
Further, a polygonal emitter shape HBT shown in FIG. 11 may be used. The example in FIG. 11 is specifically a quadrangle, but other polygons may be used. The arrangement of each part of the HBT is the same as in the example of FIG.
[0034]
That is, in the basic HBT used in the second amplifier circuit, the emitter has a ring shape, a partial ring shape, or a polygonal shape, and the base electrode exists only inside the emitter region. Good.
[0035]
Further, in the power amplifier of the present embodiment, the case where the first amplifier circuit 2 is the driver stage and the second amplifier circuit 3 is the output stage has been described. However, as shown in FIG. In the stage, the second amplifier circuit 3 has the same effect even in the driver stage. However, in this case, the number of parallel basic HBTs used in each amplifier circuit needs to be adjusted.
[0036]
In addition, although an InGaP emitter HBT is shown as an example of a bipolar transistor used in the power amplifier of the present embodiment, in the present invention, a wide range of other materials such as an AlGaAs emitter HBT, an InP emitter HBT using an InP substrate, and an InGaAlAs emitter HBT may be used. HBT can be used.
[0037]
The amplifier circuit 2 and the amplifier circuit 3 may be formed on the same semiconductor substrate. Further, the matching circuits 4a, 4b, and 4c are also formed on the substrate on which the amplifier circuit 2 and the amplifier circuit 3 are formed. Is also good.
[0038]
<Embodiment 2>
Using this example, a method of manufacturing a power amplifier will be described with reference to the drawings.
[0039]
FIGS. 13A to 14H are cross-sectional views of an apparatus showing a method of manufacturing a power amplifier according to manufacturing steps. This example is an example of a two-stage power amplifier. In the figure, reference numerals 24 and 25 indicate a portion where the first amplifier circuit is formed and a portion where the second amplifier circuit is formed, respectively. Hereinafter, the basic HBT will be mainly described. In this example, the basic HBT used for the first amplifier circuit has a rectangular emitter shape HBT, and the basic HBT used for the second amplifier circuit has a ring emitter shape HBT.
[0040]
First, on a semi-insulating GaAs substrate 19, an n-type GaAs sub-collector layer (Si concentration 5 × 10 18 cm −3 , thickness 0.6 μm) 10 and an n-type GaAs collector layer (Si concentration 1 × 10 16 cm) -3 , thickness 0.8 μm) 9, p-type GaAs base layer (C concentration 4 × 10 19 cm −3 , thickness 90 nm) 8, n-type InGaP emitter layer (InP molar ratio 0.5, Si concentration 3 ×) 10 17 cm −3 , film thickness 30 nm) 7, n-type InGaAs emitter contact layer (InAs molar ratio 0.5, Si concentration 1 × 10 19 cm −3 , film thickness 0.2 μm) 18 were formed by metalorganic vapor phase epitaxy. It grows by the method (FIG. 13A).
[0041]
Thereafter, WSi (Si molar ratio 0.3, film thickness 0.3 μm) 12 is deposited on the entire surface of the wafer by high frequency sputtering (FIG. 13B), and the WSi layer is formed by photolithography and CF 4 . Processing is performed by dry etching to form the emitter electrode 12 (FIG. 13C).
[0042]
Thereafter, the n-type InGaAs emitter contact layer 18 and the n-type InGaP emitter layer 7 are processed into desired shapes to form an emitter region (FIG. 13D). An example of the processing method is as follows. Unnecessary regions of the n-type InGaAs emitter contact layer 18 are removed by photolithography and wet etching using an etching solution (composition example of the etching solution: phosphoric acid: hydrogen peroxide solution: water = 1: 2: 40). Subsequently, unnecessary regions of the n-type InGaP emitter layer 7 are removed by wet etching using hydrochloric acid.
[0043]
Thereafter, a Ti (film thickness: 50 nm) / Pt (film thickness: 50 nm) / Au (film thickness: 200 nm) base electrode 13 is formed using a conventional lift-off method (FIG. 13E).
[0044]
Thereafter, the p-type GaAs base layer 8 is removed by photolithography and wet etching using an etchant (composition example of the etchant: phosphoric acid: hydrogen peroxide solution: water = 1: 2: 40) to remove the base region. Form. Further, etching is performed up to the n-type GaAs collector layer 9 to expose the n-type GaAs sub-collector layer 10 (FIG. 14F).
[0045]
Thereafter, the collector electrode 15 is formed by a usual lift-off method, and is alloyed at 350 ° C. for 30 minutes (FIG. 14G). The configuration of the collector electrode 15 is a laminate of AuGe (thickness: 60 nm) / Ni (thickness: 10 nm) / Au (thickness: 200 nm).
[0046]
Finally, isolation grooves 20 for element isolation are formed. Further, wirings for connecting the emitter electrodes, the base electrodes, and the collector electrodes between the basic HBTs are formed (FIG. 14H). Incidentally, the above-mentioned respective wirings are omitted from the drawings.
[0047]
Needless to say, the plane shape of each part of the HBT can be implemented in various forms as described in the first embodiment. Here, detailed description of this point is also omitted.
[0048]
<Embodiment 3>
In this example, an example of a power amplifier configured by combining various HBTs using the present invention will be described.
[0049]
FIG. 15 is a block diagram showing an example of a two-stage power amplifier. In the figure, reference numerals 2 and 3 are a first amplifier circuit and a second amplifier circuit, respectively. Reference numerals 4a, 4b, and 4c denote an input matching circuit, an interstage matching circuit, and an output matching circuit, respectively. The high frequency signal to be amplified is input to the present power amplifier from a terminal 22, amplified through the matching circuits 4 a, 4 b, 4 c and the amplifier circuits 2 and 3, and then output from a terminal 23.
[0050]
The first amplifying circuit 2 is formed by connecting the emitters HBT having a rectangular shape in plan view in six parallel as described in the first embodiment.
[0051]
The second amplifying circuit 3 is formed by connecting 28 emitters HBT having an annular shape or an HBT having an emitter which is a part of the annular shape in parallel as described in the first embodiment, and connecting a resistor in series with the base wiring 16. 17 is connected (FIG. 17). An example of this resistor is WSiN. Its resistance at room temperature is 10Ω. The resistor 17 may be introduced for each basic HBT as shown in FIG. In this case, the value of the WSiN resistor at room temperature is 280Ω. The resistance value of the WSiN resistor in the present embodiment is an example, and differs depending on the required specifications of the power amplifier.
[0052]
<Characteristics of the present invention>
The characteristics and effects obtained by the present invention will be described with reference to the drawings.
[0053]
18 and 19 show the characteristics of the power amplifier of the present invention and the characteristics of the related art, respectively, in comparison. The measurement conditions are a frequency of 1.9 GHz, a collector voltage of 3.4 V, and an ambient temperature in a range of −20 ° C. to + 85 ° C.
[0054]
FIG. 18 shows the relationship between the power gain and the output power of the conventional power amplifier. As shown in FIG. 18, when the ambient temperature changes in a range from -20 ° C. to + 85 ° C., the power gain changes by 3.3 dB. On the other hand, the relationship between the power gain and the output power of the power amplifier of the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 19, when the ambient temperature changes in a range from −20 ° C. to + 85 ° C., the power gain change is reduced to 2.9 dB. That is, according to the present invention, the temperature change of the power gain is improved by 0.4 dB.
[0055]
【The invention's effect】
The present invention can provide a high-performance power amplifier having a small temperature dependence of power gain. Further, according to another aspect of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a high-performance power amplifier in which the temperature dependence of the power gain is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a first amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a first amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a first amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a plan view showing an example of a basic HBT used in a first amplifier circuit of a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a second amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing an example of a second amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a device showing an example of a second amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing an example of a basic HBT used in a second amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing an example of a basic HBT used in a second amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing an example of a basic HBT used in a second amplifier circuit of the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view of an apparatus showing a method of manufacturing a power amplifier according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 14 is a cross-sectional view of the apparatus showing, in the order of steps, steps following the step shown in FIG. 13 in the method of manufacturing the power amplifier according to one embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing an example of a power amplifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view showing an example of a second amplifier circuit of a power amplifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view showing an example of a second amplifier circuit of the power amplifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating a measurement result of temperature dependence of characteristics of a power amplifier having a conventional structure.
FIG. 19 is a diagram showing a measurement result of temperature dependence of characteristics of the power amplifier of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing a measurement result of the temperature dependence of the power gain of the single HBT.
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating the mounting of a representative power amplifier module.
FIG. 22 is a plan view illustrating the implementation of a representative power amplifier module.
[Explanation of symbols]
1: power amplifier, 2: first amplifier circuit, 3: second amplifier circuit, 4a: input matching circuit, 4b: interstage matching circuit, 4c: output matching circuit, 5: basic HBT, 6: basic HBT, 7: emitter layer, 8: base layer, 9: collector layer, 10: subcollector layer, 11: emitter wiring, 12: emitter electrode, 13: base electrode, 14: collector wiring, 15: collector electrode, 16: base wiring , 17: Resistor, 18: Emitter contact layer, 19: Semi-insulating GaAs substrate, 20: Temperature dependence of HBT power gain of single ring emitter, 21: Temperature dependence of HBT power gain of single rectangular emitter, 22: High, Wave signal input terminal, 23: high frequency signal output terminal, 24: first amplifier circuit formation region, 25: second amplifier circuit formation region.

Claims (16)

少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続して構成される第1の増幅回路と、少なくとも1個以上のバイポーラトランジスタを並列接続して構成される第2の増幅回路とを、多段接続して有し、
前記第1の増幅回路の有するバイポーラトランジスタは、平面配置として、エミッタ電極の両側にベース電極を有するバイポーラトランジスタであり、
前記第2の増幅回路の有するバイポーラトランジスタは、平面配置として、ベース電極、エミッタ電極及びコレクタ電極が順次配置された部分を有し、且つ前記エミッタ電極が前記ベース電極の少なくとも一部を囲う部分を有するバイポーラトランジスタである、ことを特徴とする電力増幅器モジュール。
A first amplifier circuit configured by connecting at least one or more bipolar transistors in parallel and a second amplifier circuit configured by connecting at least one or more bipolar transistors in parallel; And
The bipolar transistor included in the first amplifier circuit is a bipolar transistor having a base electrode on both sides of an emitter electrode as a planar arrangement,
The bipolar transistor included in the second amplifier circuit has, as a planar arrangement, a portion in which a base electrode, an emitter electrode, and a collector electrode are sequentially arranged, and a portion in which the emitter electrode surrounds at least a part of the base electrode. A power amplifier module, comprising: a bipolar transistor.
エミッタ電極の両側にベース電極を有する前記第1の増幅回路を構成するバイポーラトランジスタの前記エミッタ電極は、四角形の平面形状を有し、且つ
ベース電極、エミッタ電極及びコレクタ電極が順次配置された部分を有し、且つ前記エミッタ電極が少なくとも前記ベース電極の一部を囲う部分を有する前記第2の増幅回路を構成するバイポーラトランジスタの前記エミッタ電極は、内部に空間を有し且つ少なくとも曲線部及び直線部のいずれか一者を有して閉じた平面図形を有し、
前記エミッタ電極の平面図形における内部の空間部分に前記ベース電極が配置されたことを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。
The emitter electrode of the bipolar transistor constituting the first amplifier circuit having a base electrode on both sides of the emitter electrode has a square planar shape, and includes a portion where a base electrode, an emitter electrode, and a collector electrode are sequentially arranged. And the emitter electrode of the bipolar transistor constituting the second amplifier circuit, wherein the emitter electrode has a portion surrounding at least a part of the base electrode, the emitter electrode has a space therein and at least a curved portion and a straight portion. Having a closed plane figure with any one of
The power amplifier module according to claim 1, wherein the base electrode is disposed in a space inside the emitter electrode in a plan view.
前記第1の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタの前記ベース電極の平面形状が四角形であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein a planar shape of the base electrode of the bipolar transistor included in the first amplifier circuit is a quadrangle. 前記第1の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタの前記ベース電極の平面形状が四角形であることを特徴とする請求項2に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 2, wherein the planar shape of the base electrode of the bipolar transistor included in the first amplifier circuit is quadrangular. 前記第2の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタの前記エミッタ電極の平面形状が環状であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein the planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor included in the second amplifier circuit is annular. 前記第2の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタの前記エミッタ電極の平面形状が、環状であることを特徴とする請求項2に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 2, wherein the planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor included in the second amplifier circuit is annular. 前記第2の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタの前記エミッタ電極の平面形状が、環状の一部であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。2. The power amplifier module according to claim 1, wherein the planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor included in the second amplifier circuit is an annular part. 3. 前記第2の増幅回路の有する、バイポーラトランジスタの前記エミッタ電極の平面形状が、環状の一部であることを特徴とする請求項2に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 2, wherein the planar shape of the emitter electrode of the bipolar transistor included in the second amplifier circuit is a part of a ring. 前記第1の増幅回路、及び前記第2の増幅回路は各々、別体の半導体基板に構成された増幅回路であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。2. The power amplifier module according to claim 1, wherein each of the first amplifier circuit and the second amplifier circuit is an amplifier circuit formed on a separate semiconductor substrate. 3. 前記第1の増幅回路、及び前記第2の増幅回路は各々、一つの半導体基板に構成された増幅回路であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein each of the first amplifier circuit and the second amplifier circuit is an amplifier circuit formed on one semiconductor substrate. 前記第1の増幅回路がドライバー段で、且つ前記第2の増幅回路が出力段であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein the first amplifier circuit is a driver stage, and the second amplifier circuit is an output stage. 前記第2の増幅回路がドライバー段で、且つ前記第1の増幅回路が出力段であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein the second amplifier circuit is a driver stage, and the first amplifier circuit is an output stage. 前記バイポーラトランジスタのエミッタ層がInGaP、AlGaAs、InP、及びInGaAlAsの群から選ばれた少なくとも一者であることを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein the emitter layer of the bipolar transistor is at least one selected from the group consisting of InGaP, AlGaAs, InP, and InGaAlAs. 前記第2の増幅回路のベース領域が、負の温度係数を有する抵抗体に接続されたことを特徴とする請求項1に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 1, wherein the base region of the second amplifier circuit is connected to a resistor having a negative temperature coefficient. 前記第2の増幅回路のベース領域が、負の温度係数を有する抵抗体に接続されたことを特徴とする請求項2に記載の電力増幅器モジュール。The power amplifier module according to claim 2, wherein the base region of the second amplifier circuit is connected to a resistor having a negative temperature coefficient. 半絶縁性基板の上部に、少なくとも、コレクタ用半導体層、前記コレクタ用半導体層上にベース用半導体層、前記ベース用半導体層上にエミッタ用半導体層を積層して形成する工程、前記エミッタ用半導体層の上部に所望形状のエミッタ電極を形成する工程、前記エミッタ用半導体層をメサ形状に加工しエミッタ領域を形成する工程、前記ベース用半導体層上にベース電極を形成する工程、前記ベース用半導体層を、前記エミッタ領域を平面領域内に含む領域が搭載されたメサ形状に加工しベース領域を形成する工程、及びコレクタ電極を形成する工程とを有し、且つ
前記エミッタ電極、及びベース電極の加工工程において、
第1の増幅回路の有するバイポーラトランジスタ領域に対しては、平面配置として、エミッタ電極の両側にベース電極を有する電極の平面配置として加工すること、
前記第2の増幅回路の有するバイポーラトランジスタ領域に対しては、平面配置として、ベース電極、エミッタ電極及びコレクタ電極が順次配置された部分を有し、且つ前記エミッタ電極が前記ベース電極の少なくとも一部を囲う部分を有する電極の平面配置とされる配置にて加工することを特徴とする電力増幅器モジュールの製造方法。
Forming at least a collector semiconductor layer on the semi-insulating substrate, a base semiconductor layer on the collector semiconductor layer, and an emitter semiconductor layer on the base semiconductor layer; Forming an emitter electrode of a desired shape on a layer, processing the emitter semiconductor layer into a mesa shape to form an emitter region, forming a base electrode on the base semiconductor layer, Forming a base region by processing the layer into a mesa shape having a region including the emitter region in a planar region, and forming a collector electrode, and forming the emitter electrode and the base electrode. In the processing process,
Processing the bipolar transistor region of the first amplifier circuit as a planar arrangement of electrodes having base electrodes on both sides of the emitter electrode;
The bipolar transistor region of the second amplifier circuit has, as a planar arrangement, a portion in which a base electrode, an emitter electrode, and a collector electrode are sequentially arranged, and the emitter electrode is at least a part of the base electrode. A method for manufacturing a power amplifier module, characterized in that processing is performed in an arrangement in which the electrodes having a portion surrounding the electrodes are arranged in a plane.
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