JP2006278542A - Switching circuit device and its fabrication process - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid puncture due to secondary breakdown in a switch circuit device by HBT and to sharply enhance reliability. <P>SOLUTION: In the switching circuit device, the base electrode 8 of a unit HBT is connected with a ballast resistor 102 formed of a resistive layer continuous to a base layer. A switching element is constituted by connecting a plurality of unit elements each connected with the HBT and the ballast resistor in parallel. Consequently, heat generated from the unit HBT is transmitted directly to the ballast resistor in each unit element. Since the resistor has a negative temperature coefficient, resistance of a ballast resistor being connected with the unit HBT increases as heat is generated therefrom and the function as a ballast is enhanced. Consequently, puncture due to secondary breakdown is avoided in a switching circuit device by HBT and reliability can be sharply enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタを用いたスイッチ回路装置およびその製造方法に係り、特に温度補償型のスイッチ回路装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a switch circuit device using a heterojunction bipolar transistor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a temperature compensation type switch circuit device and a manufacturing method thereof.

ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(Heterojunction Bipolar Transistor:以下HBT)は、通常のホモ接合型バイポーラトランジスタに比べエミッタ効率が高く電流増幅率hFEが高いためベース濃度を大幅に上げることができ、ベース全体に渡ってトランジスタ動作を均一にできる。その結果、GaAs MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)、GaAs JFET(Junction FET)、HEMT(High Electron Mobility Transistor)と比較して電流密度が高く低オン抵抗のため、効率性、利得性、歪特性が優れている。 Heterojunction bipolar transistor (Heterojunction Bipolar Transistor: hereinafter HBT) is a base concentration because of the high high current amplification factor h FE emitter efficiency than normal homojunction bipolar transistor can be increased significantly, over the entire base Transistor operation can be made uniform. As a result, the current density is high and the on-resistance is low because of the high current density, low on-resistance, and high efficiency compared with GaAs MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), GaAs JFET (Junction FET), and HEMT (High Electron Mobility Transistor). Are better.

携帯電話等の移動体用通信機器では、高効率、小型の高周波スイッチング素子が不可欠となる。そこで、図13のごとく、双方向のヘテロ接合型バイポーラトランジスタをスイッチング素子としてスイッチ回路を構成したものが知られている。   In mobile communication devices such as mobile phones, highly efficient and small high-frequency switching elements are indispensable. Therefore, as shown in FIG. 13, a switch circuit having a bidirectional heterojunction bipolar transistor as a switching element is known.

図13は、HBTをスイッチング素子として使用した、スイッチ回路の一例を示している。図13(A)が回路図であり図13(B)がHBTの構造を示す断面図である。   FIG. 13 shows an example of a switch circuit using an HBT as a switching element. FIG. 13A is a circuit diagram, and FIG. 13B is a cross-sectional view illustrating the structure of an HBT.

図13(A)の如く、この回路はエミッタがアンテナANTに接続される第1のHBT320と、コレクタがアンテナANTに接続される第2のHBT321とを具備し、第1のHBT320のコレクタが発信用側回路Txに接続される。また第2のHBT321のエミッタが受信側回路Rxに接続され、HBT320、321の各ベースが抵抗122を介して発信用制御端子CtrlTxと受信用制御端子CtrlRxに各々接続される。   As shown in FIG. 13A, this circuit includes a first HBT 320 whose emitter is connected to the antenna ANT and a second HBT 321 whose collector is connected to the antenna ANT, and the collector of the first HBT 320 transmits. It is connected to the use side circuit Tx. The emitter of the second HBT 321 is connected to the reception side circuit Rx, and the bases of the HBTs 320 and 321 are connected to the transmission control terminal CtrlTx and the reception control terminal CtrlRx via the resistor 122, respectively.

図13(B)の如く、半絶縁性のGaAs基板310上にn型GaAsサブコレクタ層311が形成され、サブコレクタ層311上にn型AlGaAsコレクタ層312、p型GaAsベース層313、n型AlGaAsエミッタ層314、n型GaAsエミッタコンタクト層315等がメサ型に積層されて構成されている。   As shown in FIG. 13B, an n-type GaAs subcollector layer 311 is formed on a semi-insulating GaAs substrate 310, and an n-type AlGaAs collector layer 312, a p-type GaAs base layer 313, and an n-type are formed on the subcollector layer 311. An AlGaAs emitter layer 314, an n-type GaAs emitter contact layer 315, and the like are stacked in a mesa shape.

サブコレクタ層311の表面には、コレクタ層312を挟む位置に、コレクタ電極316が配置される。ベース層313の表面には、エミッタ層314を挟む位置に、ベース電極317が配置される。エミッタコンタクト層315の上部にはエミッタ電極318が配置される。
特開2000−260782号公報
A collector electrode 316 is disposed on the surface of the subcollector layer 311 at a position sandwiching the collector layer 312. A base electrode 317 is disposed on the surface of the base layer 313 at a position sandwiching the emitter layer 314. An emitter electrode 318 is disposed on the emitter contact layer 315.
JP 2000-260782 A

HBTのエミッタ電極318、ベース電極317、コレクタ電極316は櫛状に形成される。そして図13(B)に示した構造を1つの単位素子とし、複数の単位素子を並列に接続してスイッチング素子などの能動素子が構成される。   The emitter electrode 318, base electrode 317, and collector electrode 316 of the HBT are formed in a comb shape. The structure shown in FIG. 13B is used as one unit element, and a plurality of unit elements are connected in parallel to form an active element such as a switching element.

HBTは、ベース−エミッタ間電流が正の温度係数を持つため、コレクタ電流も正の温度係数を持つ。従って、ベース電流を増加させて電流密度の向上を図ると、複数並列接続されたHBTの単位素子のうち、1つの単位素子に電流が集中して二次降伏を起し、破壊に至りやすくなる。   In the HBT, since the base-emitter current has a positive temperature coefficient, the collector current also has a positive temperature coefficient. Accordingly, when the current density is improved by increasing the base current, the current concentrates on one unit element among the plurality of HBT unit elements connected in parallel to cause a secondary breakdown, which easily leads to breakdown. .

従来ではこのような信頼性上の問題を回避するため、電流密度を十分向上させることができない問題があった。   Conventionally, in order to avoid such a problem in reliability, there has been a problem that the current density cannot be sufficiently improved.

本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第1に、化合物半導体基板に複数積層され、少なくとも1つのヘテロ接合を形成する半導体層と、前記基板に設けられ、前記半導体層をコレクタ層、ベース層、エミッタ層としコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を有するトランジスタと、前記基板に設けられ、前記ベース層に連続する抵抗層と、前記トランジスタの前記ベース電極に前記抵抗層を接続した単位素子と、前記単位素子を並列に接続したスイッチング素子と、前記スイッチング素子のコレクタ電極またはエミッタ電極に接続する第1RFポートと、前記スイッチング素子のエミッタ電極またはコレクタ電極に接続する複数の第2RFポートと、を具備し、前記スイッチング素子のベース電極に印加される制御信号により前記第1および第2RFポート間に信号経路を形成することにより解決するものである。   The present invention has been made in view of such a problem. First, a plurality of stacked semiconductor layers on a compound semiconductor substrate and forming at least one heterojunction, and provided on the substrate, the semiconductor layer being a collector layer, a base layer, A transistor having a collector electrode, a base electrode and an emitter electrode as an emitter layer; a resistance layer provided on the substrate; continuous with the base layer; and a unit element having the resistance layer connected to the base electrode of the transistor; A switching element in which unit elements are connected in parallel; a first RF port connected to a collector electrode or an emitter electrode of the switching element; and a plurality of second RF ports connected to an emitter electrode or a collector electrode of the switching element. , By the control signal applied to the base electrode of the switching element. Solves by forming a signal path between the first 2RF port.

第2に、化合物半導体基板に少なくとも1つのヘテロ接合を形成する複数の半導体層を積層する工程と、前記各半導体層をメサエッチングし、コレクタ層、ベース層、エミッタ層を形成する工程と、前記ベース層に連続する抵抗層を形成する工程と、オーミック金属層により、前記コレクタ層、ベース層、エミッタ層とそれぞれ接続するコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を形成してトランジスタを形成する工程と、配線金属層により、前記抵抗層と他の前記抵抗層を接続し、前記トランジスタと他の前記トランジスタを接続する配線を形成する工程と、を具備することにより解決するものである。   Second, a step of laminating a plurality of semiconductor layers forming at least one heterojunction on a compound semiconductor substrate, a step of mesa etching each of the semiconductor layers to form a collector layer, a base layer, and an emitter layer, A step of forming a resistance layer continuous with the base layer; a step of forming a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode respectively connected to the collector layer, the base layer, and the emitter layer by an ohmic metal layer; and forming a transistor; A wiring metal layer connecting the resistance layer and the other resistance layer, and forming a wiring for connecting the transistor and the other transistor.

本実施形態によれば、単位HBTのベース層に連続する抵抗層により形成されたバラスト抵抗を単位HBTのベース電極に接続した素子を単位素子とし、単位素子を複数並列接続してスイッチング素子を構成する。これにより各単位素子において単位HBTの発熱が直接バラスト抵抗に伝わる。抵抗は負の温度係数を持つため、ある単位HBTが発熱するとそれに接続するバラスト抵抗の抵抗値が大きくなり、バラストとしての機能がより向上する。従って、HBTによるスイッチ回路装置において二次降伏による破壊を回避し、信頼性を大幅に向上させることができる。またベース電極に高周波信号が入力されることはないためベースにバラスト抵抗を接続しても、直接的にはスイッチ回路装置の高周波特性には影響しない。   According to this embodiment, an element in which a ballast resistor formed by a resistance layer continuous with a base layer of a unit HBT is connected to a base electrode of the unit HBT is used as a unit element, and a plurality of unit elements are connected in parallel to form a switching element. To do. As a result, the heat generated by the unit HBT is directly transmitted to the ballast resistor in each unit element. Since the resistor has a negative temperature coefficient, when a certain unit HBT generates heat, the resistance value of the ballast resistor connected thereto increases, and the function as a ballast is further improved. Therefore, it is possible to avoid the breakdown due to the secondary breakdown in the switch circuit device using the HBT, and to greatly improve the reliability. Further, since a high frequency signal is not input to the base electrode, even if a ballast resistor is connected to the base, it does not directly affect the high frequency characteristics of the switch circuit device.

以下に図1から図12を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

まず、図1から図6を用いて第1の実施形態を説明する。   First, the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は本実施形態のスイッチング回路装置の回路図を示す。スイッチング回路装置は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)スイッチMMICである。   FIG. 1 shows a circuit diagram of the switching circuit device of the present embodiment. The switching circuit device is, for example, an SPDT (Single Pole Double Throw) switch MMIC.

第1スイッチング素子SW1は、複数の単位素子100が並列接続する。各単位素子100は、最小の要素で構成されるHBT(以下単位HBTと称する。)101のベースにバラスト抵抗102を接続したものである。バラスト抵抗102の抵抗値は数百〜数KΩ程度である。また、第2スイッチング素子SW2も複数の単位素子100が並列接続して構成される。単位HBT101については後述する。   A plurality of unit elements 100 are connected in parallel to the first switching element SW1. Each unit element 100 is formed by connecting a ballast resistor 102 to the base of an HBT (hereinafter referred to as a unit HBT) 101 composed of the minimum elements. The resistance value of the ballast resistor 102 is about several hundred to several KΩ. The second switching element SW2 is also configured by connecting a plurality of unit elements 100 in parallel. The unit HBT 101 will be described later.

第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2を構成する各単位素子100のコレクタが共通で、第1RFポートに接続する。第1RFポートは、例えば共通入力端子INである。   The collectors of the unit elements 100 constituting the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are common and connected to the first RF port. The first RF port is, for example, a common input terminal IN.

また、第1スイッチング素子SW1を構成する各単位素子100のエミッタ電極、および第2スイッチング素子SW2を構成する各単位素子100のエミッタ電極がそれぞれ第2RFポートに接続される。第2RFポートは例えば第1出力端子OUT1と第2出力端子OUT2である。   Further, the emitter electrode of each unit element 100 constituting the first switching element SW1 and the emitter electrode of each unit element 100 constituting the second switching element SW2 are respectively connected to the second RF port. The second RF port is, for example, a first output terminal OUT1 and a second output terminal OUT2.

第1および第2スイッチング素子SW1、SW2を構成する各単位素子100のベース電極は、それぞれ分離素子30を介して制御端子に接続する。つまり、第1スイッチング素子SW1を構成する単位素子100のベース電極が第1制御端子Ctl1に接続し、第2スイッチング素子SW2を構成する単位素子100のベース電極が第2制御端子Ctl2に接続する。分離素子30は抵抗であり、交流接地となる制御端子Ctl1、Ctl2の直流電位に対して、ベース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。分離素子30の抵抗値は5KΩ〜10KΩ程度である。   The base electrode of each unit element 100 constituting the first and second switching elements SW1 and SW2 is connected to the control terminal via the separation element 30, respectively. That is, the base electrode of the unit element 100 constituting the first switching element SW1 is connected to the first control terminal Ctl1, and the base electrode of the unit element 100 constituting the second switching element SW2 is connected to the second control terminal Ctl2. The separation element 30 is a resistor, and is arranged for the purpose of preventing a high-frequency signal from leaking through the base electrode with respect to the DC potential of the control terminals Ctl1 and Ctl2 serving as AC grounding. The resistance value of the separation element 30 is about 5 KΩ to 10 KΩ.

第1制御端子Ctl1および第2制御端子Ctl2に印加される制御信号が相補信号の場合を説明する。その場合、第1制御端子Ctl1の信号がHレベル(例えば3V)の時は第2制御端子Ctl2の信号がLレベル(例えば、0V)になる。そして、Hレベルが印加された側のスイッチング素子が導通し、第1RFポートおよび第2RFポート間に信号経路を形成する。   A case where the control signals applied to the first control terminal Ctl1 and the second control terminal Ctl2 are complementary signals will be described. In this case, when the signal at the first control terminal Ctl1 is at the H level (eg, 3V), the signal at the second control terminal Ctl2 is at the L level (eg, 0V). Then, the switching element to which the H level is applied becomes conductive, and a signal path is formed between the first RF port and the second RF port.

例えば、第1制御端子Ctl1にHレベルの信号が印加されると、第1スイッチング素子SW1の単位HBT101のベース−エミッタ間電圧が単位HBT101のオン電圧VBEを上まわり、単位HBT101がオンする。 For example, when the H level signal is applied to the first control terminal Ctl1, based units HBT 101 of the first switching element SW1 - around the upper emitter voltage of the ON voltage V BE of the unit HBT 101, a unit HBT 101 is turned on.

このとき、第2制御端子Ctl2はLレベルの信号が印可されるので、第2スイッチング素子SW2は動作しない。これにより、共通入力端子IN−第1出力端子OUT1間に1つの信号経路が形成され、例えば共通入力端子INに入力された高周波アナログ信号が第1出力端子OUT1より出力される。   At this time, since the L-level signal is applied to the second control terminal Ctl2, the second switching element SW2 does not operate. As a result, one signal path is formed between the common input terminal IN and the first output terminal OUT1, and for example, a high-frequency analog signal input to the common input terminal IN is output from the first output terminal OUT1.

一方第2制御端子Ctl2にHレベルの信号が印可されると、共通入力端子IN−第2出力端子OUT2間に1つの信号経路が形成される。   On the other hand, when an H level signal is applied to the second control terminal Ctl2, one signal path is formed between the common input terminal IN and the second output terminal OUT2.

第1および第2スイッチング素子SW1、SW2のエミッタ電極およびコレクタ電極にはバイアスポイントBPをそれぞれ接続する。バイアスポイントBPは、第1スイッチング素子SW1および第2スイッチング素子SW2のエミッタ電極およびコレクタ電極に等しいバイアス電位(例えばGND電位)を印加する。   A bias point BP is connected to the emitter electrode and the collector electrode of the first and second switching elements SW1, SW2. The bias point BP applies a bias potential (for example, a GND potential) equal to the emitter electrode and the collector electrode of the first switching element SW1 and the second switching element SW2.

そして、第1および第2スイッチング素子SW1、SW2のエミッタ電極とバイアスポイントBP間、および第1および第2スイッチング素子SW1、SW2のコレクタ電極とバイアスポイントBP間にそれぞれ高周波信号の分離素子30を接続する。分離素子30は、例えば抵抗値5KΩから10KΩの抵抗であり、バイアス電位(GND電位)に対して高周波信号が漏れることを防止する。   The high-frequency signal separating element 30 is connected between the emitter electrode of the first and second switching elements SW1 and SW2 and the bias point BP, and between the collector electrode of the first and second switching elements SW1 and SW2 and the bias point BP. To do. The separation element 30 is a resistor having a resistance value of 5 KΩ to 10 KΩ, for example, and prevents the high frequency signal from leaking with respect to the bias potential (GND potential).

以下、図1の回路動作について、説明する。単位HBT101のオン電圧(ベース−エミッタ間電圧)VBEは例えば1.6Vとする。単位HBT101は、ベース電極の電位がエミッタ電極およびコレクタ電極の電位より、1.6V以上高くなった時点でオンする。ここでは単位HBT101のエミッタ電極およびコレクタ電極の電位はGND電位(0V)としている。 Hereinafter, the circuit operation of FIG. 1 will be described. The on-voltage (base-emitter voltage) V BE of the unit HBT 101 is set to 1.6 V, for example. The unit HBT 101 is turned on when the potential of the base electrode becomes 1.6 V or more higher than the potential of the emitter electrode and the collector electrode. Here, the potential of the emitter electrode and the collector electrode of the unit HBT 101 is set to the GND potential (0 V).

例えば第1制御端子Ctl1に3Vが印加されると、オン側のスイッチング素子(第1スイッチング素子SW1)では、第1制御端子Ctl1と、単位HBT101のエミッタ電極およびコレクタ電極の電位との電位差は3V(=3V−0V)となる。これは、第1スイッチング素子SW1の単位HBT101がオンする電位(1.6V)より十分高い。   For example, when 3V is applied to the first control terminal Ctl1, in the on-side switching element (first switching element SW1), the potential difference between the first control terminal Ctl1 and the potentials of the emitter electrode and the collector electrode of the unit HBT101 is 3V. (= 3V-0V). This is sufficiently higher than the potential (1.6 V) at which the unit HBT 101 of the first switching element SW1 is turned on.

バイアスポイントBPに接続する分離素子30である抵抗の抵抗値は5〜10KΩ程度である。この抵抗を流れるベース電流によって電圧ドロップが発生するが、それを考慮しても第1制御端子Ctl1より印加される電位によって第1スイッチング素子SW1の単位HBT101は十分オンし、エミッタ−コレクタ間が導通する。   The resistance value of the resistor which is the separation element 30 connected to the bias point BP is about 5 to 10 KΩ. Although voltage drop occurs due to the base current flowing through this resistor, the unit HBT 101 of the first switching element SW1 is sufficiently turned on by the potential applied from the first control terminal Ctl1 even if this is taken into consideration, and the emitter-collector is conductive. To do.

一方オフ側(第2スイッチング素子SW2)は単位HBT101のエミッタ電極およびコレクタ電極の電位0V(GND)に対して、ベース電極の電位は0Vである。制御端子Ctlの電位が単位HBT101のエミッタ電極およびコレクタ電極の電位より1.6V以上高くなった時点で第2スイッチング素子SW2の単位HBT101がオンするため、オフ側の単位HBT101は1.6Vの振幅のパワーに耐えることができる。1.6Vの振幅は20.1dBmのパワーに対応し、無線LANやBluetoothに用途に十分使用できる。   On the other hand, on the off side (second switching element SW2), the potential of the base electrode is 0V with respect to the potential 0V (GND) of the emitter electrode and the collector electrode of the unit HBT101. Since the unit HBT101 of the second switching element SW2 is turned on when the potential of the control terminal Ctl becomes 1.6V or more higher than the potential of the emitter electrode and the collector electrode of the unit HBT101, the off-side unit HBT101 has an amplitude of 1.6V. Can withstand the power of An amplitude of 1.6 V corresponds to a power of 20.1 dBm, and can be used for wireless LAN and Bluetooth.

以上、第1の実施形態のスイッチング回路装置の動作として、第1制御端子Ctl1および第2制御端子Ctl2に印加される制御信号が相補信号であって、第1スイッチング素子SW1および第2スイッチング素子SW2のどちらかが導通する場合を示した。   As described above, as the operation of the switching circuit device of the first embodiment, the control signals applied to the first control terminal Ctl1 and the second control terminal Ctl2 are complementary signals, and the first switching element SW1 and the second switching element SW2 The case where either of them is conducted is shown.

しかし第1制御端子Ctl1および第2制御端子Ctl2に印加される制御信号が両方Lレベルの場合もある。両方LレベルのときはSW1およびSW2が両方遮断する。   However, the control signals applied to the first control terminal Ctl1 and the second control terminal Ctl2 may both be L level. When both are at L level, both SW1 and SW2 are cut off.

またここではRFポートである共通入力端子IN、第1出力端子OUT1、第2出力端子OUT2をGND電位としている。FETをスイッチング素子とするスイッチ回路装置はRFポートがGND電位にできないため、RFポートに外付けで容量を接続する必要がある。しかし、本実施形態ではその必要がなく、FETをスイッチング素子とするスイッチ回路装置に比べ実装面積を減らすことができる。   Here, the common input terminal IN, the first output terminal OUT1, and the second output terminal OUT2 that are RF ports are set to the GND potential. Since a switch circuit device using an FET as a switching element cannot set the RF port to the GND potential, it is necessary to connect an external capacitor to the RF port. However, this embodiment is not necessary, and the mounting area can be reduced as compared with a switch circuit device using FETs as switching elements.

図2は、図1の回路を化合物半導体基板に集積化したスイッチMMICのパターン例を示す。   FIG. 2 shows a pattern example of a switch MMIC in which the circuit of FIG. 1 is integrated on a compound semiconductor substrate.

GaAs基板にスイッチを行う第1および第2スイッチング素子SW1、SW2を配置する。また共通入力端子IN、第1出力端子OUT1、第2出力端子OUT2、第1制御端子Ctl1、第2制御端子Ctl2、接地端子GNDとなる各パッドI、O1、O2、C1、C2、Gが基板の周辺に設けられている。   First and second switching elements SW1 and SW2 for switching are arranged on a GaAs substrate. Further, the pads I, O1, O2, C1, C2, and G serving as the common input terminal IN, the first output terminal OUT1, the second output terminal OUT2, the first control terminal Ctl1, the second control terminal Ctl2, and the ground terminal GND are the substrate. It is provided in the vicinity.

第1スイッチング素子SW1側と第2スイッチング素子SW2および各パッドは、チップの中心に対して対称に配置されている。従って、以下第1スイッチング素子SW1側について説明するが第2スイッチング素子SW2側も同様である。   The first switching element SW1, the second switching element SW2, and the pads are arranged symmetrically with respect to the center of the chip. Accordingly, the first switching element SW1 side will be described below, but the same applies to the second switching element SW2 side.

第1スイッチング素子SW1は、単位素子100を複数並列接続して構成され、各単位素子100は単位HBT101およびバラスト抵抗102からなる。単位HBT101およびバラスト抵抗102は、基板に複数の半導体層を積層し、各半導体層を所定のメサ構造にして形成される。また、半導体層よりなる不純物領域によって抵抗などのスイッチMMICを構成する素子が形成される。尚、後述するが本実施形態の不純物領域は、基板に達する分離領域20を設けることにより形成される。   The first switching element SW1 is configured by connecting a plurality of unit elements 100 in parallel, and each unit element 100 includes a unit HBT 101 and a ballast resistor 102. The unit HBT 101 and the ballast resistor 102 are formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a substrate and making each semiconductor layer have a predetermined mesa structure. Further, an element constituting the switch MMIC such as a resistor is formed by the impurity region made of the semiconductor layer. As will be described later, the impurity region of this embodiment is formed by providing an isolation region 20 that reaches the substrate.

単位HBT101の1層目のエミッタ電極9、ベース電極8、コレクタ電極7は、オーミック金属層により櫛状に形成される。2層目のエミッタ電極15およびコレクタ電極13は配線金属層により形成され、エミッタ電極15は1層目のエミッタ電極9と同様の櫛状に形成される。2層目のコレクタ電極13は、コレクタ配線130により他の単位HBT101のコレクタ電極13と接続し、共通入力端子パッドIに接続する。2層目のエミッタ電極15上には金メッキ層によるエミッタ配線150が形成され、他の単位HBT101のエミッタ電極15と接続し、第1出力端子パッドO1に接続する。またコレクタ配線130上にも金メッキ層が重畳されている。   The emitter electrode 9, the base electrode 8, and the collector electrode 7 of the first layer of the unit HBT 101 are formed in a comb shape by an ohmic metal layer. The second-layer emitter electrode 15 and the collector electrode 13 are formed of a wiring metal layer, and the emitter electrode 15 is formed in the same comb shape as the first-layer emitter electrode 9. The collector electrode 13 in the second layer is connected to the collector electrode 13 of another unit HBT 101 by the collector wiring 130 and is connected to the common input terminal pad I. An emitter wiring 150 made of a gold plating layer is formed on the second-layer emitter electrode 15, and is connected to the emitter electrode 15 of the other unit HBT 101 and to the first output terminal pad O1. A gold plating layer is also superimposed on the collector wiring 130.

単位HBT101はベース電流を引き込むため、エミッタ電極9、15およびコレクタ電極7、13をバイアスポイントBPとなるGNDパッドGに接続する。エミッタ電極15はエミッタ配線150により第1出力端子パッドO1に共通接続されている。従って出力端子パッドO1とGNDパッドGを接続することによりエミッタ電極9、15をバイアスポイントBPに接続できる。またコレクタ電極13はコレクタ配線130により共通接続されている。従ってコレクタ配線130とGNDパッドGを分離素子30の抵抗を介して接続することによりコレクタ電極7、13をバイアスポイントBPに接続できる。バイアスポイントBP(GNDパッドG)は、図2の如く第1出力端子パッドO1と第2出力端子パッドO2の間で、共通入力端子パッドIと反対側に配置する。この配置により、特に新たなスペースを確保することなく単位HBT101のエミッタ電極およびコレクタ電極にバイアス電位を与えることができる。   The unit HBT 101 connects the emitter electrodes 9 and 15 and the collector electrodes 7 and 13 to the GND pad G serving as the bias point BP in order to draw the base current. The emitter electrode 15 is commonly connected to the first output terminal pad O1 by the emitter wiring 150. Therefore, by connecting the output terminal pad O1 and the GND pad G, the emitter electrodes 9 and 15 can be connected to the bias point BP. The collector electrode 13 is commonly connected by a collector wiring 130. Therefore, the collector electrodes 7 and 13 can be connected to the bias point BP by connecting the collector wiring 130 and the GND pad G via the resistance of the separation element 30. The bias point BP (GND pad G) is disposed on the opposite side of the common input terminal pad I between the first output terminal pad O1 and the second output terminal pad O2 as shown in FIG. With this arrangement, a bias potential can be applied to the emitter electrode and the collector electrode of the unit HBT 101 without particularly securing a new space.

バラスト抵抗102は、単位HBT101のベース電極8がコンタクトするベース層を所定の長さで延在したものである。ベース層は後述するが不純物濃度の高い半導体層であり、これを所定の長さでパターンニングして数百〜数KΩ程度の抵抗値を有するバラスト抵抗102とする。単位HBT101とそのベース電極8に接続するバラスト抵抗102により、本実施形態の単位素子100が構成される。   The ballast resistor 102 is obtained by extending a base layer with which the base electrode 8 of the unit HBT 101 contacts with a predetermined length. The base layer is a semiconductor layer having a high impurity concentration, which will be described later, and is patterned into a ballast resistor 102 having a resistance value of about several hundred to several KΩ by patterning with a predetermined length. The unit element 100 of this embodiment is configured by the unit HBT 101 and the ballast resistor 102 connected to the base electrode 8.

バラスト抵抗102は、ベース配線120に接続し、分離素子30である抵抗を介して第1制御端子Ctl1に接続する。   The ballast resistor 102 is connected to the base wiring 120 and is connected to the first control terminal Ctl1 via a resistor that is the separation element 30.

第1出力端子パッドO1と、接地端子パッドG間には分離素子30となる抵抗が接続される。さらに共通入力端子パッドI−接地端子パッドG間にも分離素子30となる抵抗が接続される。分離素子は高周波信号の漏出を防止する。   A resistor serving as a separation element 30 is connected between the first output terminal pad O1 and the ground terminal pad G. Further, a resistor serving as the separation element 30 is connected between the common input terminal pad I and the ground terminal pad G. The separation element prevents leakage of high frequency signals.

分離素子30の抵抗は、分離領域20により分離された不純物領域23である。また、各パッドの周辺およびベース配線120の周辺にはそれぞれ、アイソレーション向上のため、周辺不純物領域170が設けられる。   The resistance of the separation element 30 is the impurity region 23 separated by the separation region 20. A peripheral impurity region 170 is provided around each pad and around the base wiring 120 to improve isolation.

図3を参照して単位素子100について説明する。図3(A)は単位素子の拡大平面図であり、図3(B)は、図3(A)のa−a線断面図である。   The unit element 100 will be described with reference to FIG. 3A is an enlarged plan view of the unit element, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. 3A.

単位HBT101は、後述するが、所望のパターンで各半導体層をメサエッチングし、エミッタ層、ベース層となる各半導体層をメサ状に形成する。   As will be described later, the unit HBT 101 is formed by mesa-etching each semiconductor layer in a desired pattern to form each semiconductor layer that becomes an emitter layer and a base layer in a mesa shape.

オーミック金属層(AuGe/Ni/Au)により、エミッタ層、コレクタ層とそれぞれ接続する1層目のエミッタ電極9、コレクタ電極7が設けられ、オーミック金属層(Pt/Ti/Pt/Au)によりベース層と接続するベース電極8が形成される。エミッタ電極9、およびコレクタ電極7は櫛状に設けられる。エミッタ電極9を中央としてその周囲にハッチングの如くベース電極8が配置される。そして、ベース電極8の外側のサブコレクタ層上に2本のコレクタ電極7が配置される。   The ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) provides the first emitter electrode 9 and the collector electrode 7 connected to the emitter layer and the collector layer, respectively, and the ohmic metal layer (Pt / Ti / Pt / Au) provides a base. A base electrode 8 connected to the layer is formed. The emitter electrode 9 and the collector electrode 7 are provided in a comb shape. A base electrode 8 is arranged around the emitter electrode 9 in the center as hatched. Two collector electrodes 7 are arranged on the subcollector layer outside the base electrode 8.

1層目のエミッタ電極9、コレクタ電極7の上にはそれらと重畳する配線金属層(Ti/Pt/Au)により2層目のエミッタ電極15、コレクタ電極13が設けられる。2層目のエミッタ電極15は1層目と同様の櫛状である。2層目のコレクタ電極13はコレクタ配線130と連続する。ベース電極8は、オーミック金属層のみで1層構造である。また2層目のエミッタ電極15上には、金メッキ層によりエミッタ配線150が設けられる。   On the emitter electrode 9 and the collector electrode 7 of the first layer, the emitter electrode 15 and the collector electrode 13 of the second layer are provided by a wiring metal layer (Ti / Pt / Au) overlapping therewith. The second-layer emitter electrode 15 has a comb shape similar to that of the first layer. The second-layer collector electrode 13 is continuous with the collector wiring 130. The base electrode 8 has a single-layer structure with only an ohmic metal layer. On the emitter electrode 15 of the second layer, an emitter wiring 150 is provided by a gold plating layer.

バラスト抵抗102は単位HBT101と同じ基板および半導体層上に設けられる。ベース層4のメサエッチングにより形成され、ベース層4と連続して一端にハッチングの如くベース電極8がコンタクトする。そして、他端にはハッチングの如く、抵抗オーミック電極12がコンタクトする。   The ballast resistor 102 is provided on the same substrate and semiconductor layer as the unit HBT 101. The base layer 4 is formed by mesa etching, and the base electrode 8 is in contact with one end of the base layer 4 like hatching. The other end is in contact with the resistive ohmic electrode 12 as hatched.

抵抗オーミック電極12は、ベース電極8と同じオーミック金属層により島状に形成される。バラスト抵抗102は、抵抗オーミック電極12と、単位HBT101のベース電極8とを両端の電極とする。本実施形態では、バラスト抵抗102の抵抗オーミック電極12を単位素子100のベース電極12とする。   The resistance ohmic electrode 12 is formed in an island shape by the same ohmic metal layer as the base electrode 8. The ballast resistor 102 uses the resistance ohmic electrode 12 and the base electrode 8 of the unit HBT 101 as electrodes at both ends. In the present embodiment, the resistive ohmic electrode 12 of the ballast resistor 102 is used as the base electrode 12 of the unit element 100.

ベース電極12上には配線金属層(Ti/Pt/Au)によるベース配線120が形成される。ベース配線120は他の単位素子100のベース電極12と共通接続する。ベース配線120は、櫛状の単位HBT101の各電極の延在方向と直交する方向に延在する。   A base wiring 120 made of a wiring metal layer (Ti / Pt / Au) is formed on the base electrode 12. The base wiring 120 is commonly connected to the base electrode 12 of the other unit element 100. Base wiring 120 extends in a direction orthogonal to the extending direction of each electrode of comb-shaped unit HBT 101.

一般に、HBTは増幅回路や局部発振回路に使用される場合がほとんどである。HBTを使用した増幅回路や局部発振回路においてはベースに高周波信号が入力されるため、ベースにバラスト抵抗を接続すると高周波特性が劣化する。しかしスイッチ回路にHBTを使用する場合においては、ベースに高周波信号が入力されることがないため、ベースにバラスト抵抗を接続しても、直接的にはスイッチ回路装置の高周波特性には影響しない。   In general, the HBT is mostly used for an amplifier circuit or a local oscillation circuit. In an amplification circuit or a local oscillation circuit using an HBT, a high-frequency signal is input to the base. Therefore, when a ballast resistor is connected to the base, the high-frequency characteristics deteriorate. However, when an HBT is used for the switch circuit, no high-frequency signal is input to the base, so even if a ballast resistor is connected to the base, the high-frequency characteristics of the switch circuit device are not directly affected.

バラスト抵抗102は単位素子100毎に機能させて単位素子100の二次降伏を防ぐ必要がある。このため、単位HBT101を並列接続してスイッチング素子を形成する場合、単位HBT101のベース電極8は共通接続せず、単位素子100のベース電極12(バラスト抵抗102の抵抗オーミック電極12)を共通接続する。   The ballast resistor 102 needs to function for each unit element 100 to prevent secondary breakdown of the unit element 100. Therefore, when the unit HBT 101 is connected in parallel to form a switching element, the base electrode 8 of the unit HBT 101 is not commonly connected, but the base electrode 12 of the unit element 100 (resistance ohmic electrode 12 of the ballast resistor 102) is commonly connected. .

単位素子100のコレクタ電極およびエミッタ電極はそれぞれ単位HBT101のコレクタ電極7およびエミッタ電極9である。   The collector electrode and the emitter electrode of the unit element 100 are the collector electrode 7 and the emitter electrode 9 of the unit HBT 101, respectively.

また、スイッチング素子のコレクタ電極、ベース電極およびエミッタ電極はそれぞれ単位素子100のコレクタ電極7、ベース電極8およびエミッタ電極9を共通接続したものである。つまり、つまりコレクタ配線130によって各単位HBT101のコレクタ電極13、7が互いに共通接続され、またエミッタ配線150によって各単位HBT101のエミッタ電極15、9が互いに共通接続される。尚、コレクタ電極7、13は隣り合う単位素子100で共用している。更に、ベース配線120によって、各単位素子のベース電極12が互いに共通接続される。   The collector electrode, base electrode, and emitter electrode of the switching element are obtained by commonly connecting the collector electrode 7, the base electrode 8, and the emitter electrode 9 of the unit element 100, respectively. That is, that is, the collector electrodes 13 and 7 of each unit HBT 101 are commonly connected to each other by the collector wiring 130, and the emitter electrodes 15 and 9 of each unit HBT 101 are commonly connected to each other by the emitter wiring 150. The collector electrodes 7 and 13 are shared by the adjacent unit elements 100. Furthermore, the base electrode 12 of each unit element is commonly connected to each other by the base wiring 120.

各単位HBT101のエミッタ電極9およびコレクタ電極7には等しい電位のバイアスポイントが接続され、所定のベース−エミッタ間電圧バイアスおよびベース−コレクタ間電圧バイアスを与えると共に、ベース電流の引き込みを行っている。   A bias point having an equal potential is connected to the emitter electrode 9 and the collector electrode 7 of each unit HBT 101 to give a predetermined base-emitter voltage bias and a base-collector voltage bias, and to draw a base current.

ベース配線120の周辺不純物領域170は、半導体層を分離領域20で分離した不純物領域23である。分離領域20はB+等のイオン注入による絶縁化領域であるので、本実施形態では分離領域20以外の領域は不純物領域23となる。   The peripheral impurity region 170 of the base wiring 120 is an impurity region 23 in which the semiconductor layer is separated by the separation region 20. Since the isolation region 20 is an insulating region by ion implantation of B + or the like, the region other than the isolation region 20 becomes the impurity region 23 in this embodiment.

本実施形態の単位素子100は、破線の如くエミッタ電極9、ベース電極8、コレクタ電極7を有する最小単位のメサ構造の単位HBT101と、単位HBT101のベース層4を延在したバラスト抵抗102よりなる。   The unit element 100 of the present embodiment includes a unit HBT 101 having a minimum unit mesa structure having an emitter electrode 9, a base electrode 8, and a collector electrode 7 as indicated by broken lines, and a ballast resistor 102 extending from the base layer 4 of the unit HBT 101. .

図3(B)を参照して、半絶縁性のGaAs基板1上に、複数の半導体層、すなわちn+型GaAs層のサブコレクタ層2、n型InGaP層のコレクタ層3、p+型GaAs層のベース層4、n型InGaP層のエミッタ層5、n+型GaAs層のエミッタコンタクト層6が積層される。半導体層の一部はエッチングにより除去され、メサ構造の単位HBT101およびバラスト抵抗102が形成される。   Referring to FIG. 3B, on a semi-insulating GaAs substrate 1, a plurality of semiconductor layers, that is, a sub-collector layer 2 of an n + type GaAs layer, a collector layer 3 of an n type InGaP layer, and a p + type GaAs layer are formed. A base layer 4, an emitter layer 5 of an n-type InGaP layer, and an emitter contact layer 6 of an n + type GaAs layer are stacked. A part of the semiconductor layer is removed by etching to form a unit HBT 101 having a mesa structure and a ballast resistor 102.

エミッタコンタクト層6上には、1層目のエミッタ電極9、2層目のエミッタ電極15、3層目のエミッタ配線150が設けられる。   On the emitter contact layer 6, a first-layer emitter electrode 9, a second-layer emitter electrode 15, and a third-layer emitter wiring 150 are provided.

バラスト抵抗102は、単位HBT101のベース層およびコレクタ層となるp+型GaAs層4およびn型InGaP層3を、所望の抵抗値を有するパターンにメサエッチングして形成する。つまり単位HBT101と同一基板に設けられ、ベース層4およびそれより下層の半導体層と連続する。抵抗層として機能するのは、p+型GaAs層である。   The ballast resistor 102 is formed by mesa-etching the p + -type GaAs layer 4 and the n-type InGaP layer 3 serving as the base layer and collector layer of the unit HBT 101 into a pattern having a desired resistance value. That is, the unit HBT 101 is provided on the same substrate and is continuous with the base layer 4 and the semiconductor layer below it. The p + type GaAs layer functions as a resistance layer.

ベース層4にはベース電極8がコンタクトし、バラスト抵抗102の一端には抵抗オーミック電極12がコンタクトする。抵抗オーミック電極(単位素子100のベース電極)12はベース配線120に更に接続する。ベース配線120は絶縁膜50を介してサブコレクタ層2上に延在し、各単位素子100のベース電極12と共通接続する。ベース配線120下方には、基板1に達する絶縁化領域20によって不純物領域23が分離される。   A base electrode 8 contacts the base layer 4, and a resistance ohmic electrode 12 contacts one end of the ballast resistor 102. The resistance ohmic electrode (base electrode of the unit element 100) 12 is further connected to the base wiring 120. The base wiring 120 extends on the subcollector layer 2 through the insulating film 50 and is commonly connected to the base electrode 12 of each unit element 100. Under the base wiring 120, the impurity region 23 is separated by the insulating region 20 reaching the substrate 1.

尚、エミッタ層5およびコレクタ層3となる半導体層はInGaP層に代えてAlGaAs層であってもよく、いずれの場合もベース層4aのGaAs層と格子整合している。   The semiconductor layer to be the emitter layer 5 and the collector layer 3 may be an AlGaAs layer instead of the InGaP layer, and in any case, is lattice-matched with the GaAs layer of the base layer 4a.

ここで、メサ形状と配線の方向について説明する。   Here, the mesa shape and the wiring direction will be described.

GaAsのメサエッチングにウエットエッチングを採用した場合、メサ形状に結晶面が影響する。結晶方向とメサ形状の関係として、[01バー1バー](以下[01−1−]と記載する)の方向と平行方向にエッチング段差表面をトレースする場合のメサ形状は順メサ形状(台形の形状)となる。また、[01−1−]の方向と垂直方向にエッチング段差表面をトレースする場合のメサ形状は逆メサ形状(オーバーハング形状)になる。   When wet etching is employed for GaAs mesa etching, the crystal plane affects the mesa shape. As the relationship between the crystal direction and the mesa shape, the mesa shape when tracing the surface of the etching step in the direction parallel to the direction of [01 bar 1 bar] (hereinafter referred to as [01-1-) is a forward mesa shape (trapezoidal shape). Shape). Further, the mesa shape when the etching step surface is traced in the direction perpendicular to the [01-1-] direction is an inverted mesa shape (overhang shape).

つまり、例えば配線金属層がメサ段差を昇降する場合、メサ形状あるいは配線金属層の延在方向によってはステップカバレッジの問題が発生する。   That is, for example, when the wiring metal layer moves up and down the mesa step, a step coverage problem occurs depending on the mesa shape or the extending direction of the wiring metal layer.

金属層が[01−1−]の方向と平行方向に延在してメサ段差を昇降する場合、順メサ形状であるのでステップカバレッジの問題は発生しない。ところが、配線が[01−1−]の方向と垂直方向に延在してメサ段差を昇り降りするときは、逆メサ形状となるため、ステップカバレッジの問題が発生する。   When the metal layer extends in a direction parallel to the [01-1-] direction and moves up and down the mesa step, the step coverage problem does not occur because the metal layer has a forward mesa shape. However, when the wiring extends in the direction perpendicular to the [01-1-] direction and goes up and down the mesa level difference, it has an inverted mesa shape, which causes a step coverage problem.

本実施形態では、単位HBT101のエミッタコンタクト層6およびエミッタ層5を形成するメサエッチング(エミッタメサエッチング)により、図3(A)のエミッタメサEMが形成される。   In this embodiment, the emitter mesa EM shown in FIG. 3A is formed by mesa etching (emitter mesa etching) for forming the emitter contact layer 6 and the emitter layer 5 of the unit HBT 101.

また、単位HBT101のベース層4およびコレクタ層3を形成するメサエッチング(ベースメサエッチング)により、同時にバラスト抵抗102の領域にもメサが形成される。つまり、図3(A)においてベースメサBMが同時に形成されるメサである。従って、バラスト抵抗102同士を接続するベース配線120がベースメサBMを昇降する。   A mesa is also formed in the region of the ballast resistor 102 at the same time by mesa etching (base mesa etching) for forming the base layer 4 and the collector layer 3 of the unit HBT 101. That is, in FIG. 3A, the mesa is formed at the same time as the base mesa BM. Accordingly, the base wiring 120 that connects the ballast resistors 102 moves up and down the base mesa BM.

そこで、本実施形態ではベース配線120がメサを昇降する方向を揃えて、共に[01−1−]の方向と平行方向(図の矢印の方向)に延在させている。   Therefore, in the present embodiment, the direction in which the base wiring 120 moves up and down the mesa is aligned, and both extend in the direction parallel to the [01-1-] direction (the direction of the arrow in the figure).

図4を参照して、本実施形態の単位HBTについて説明する。図4(A)は単位HBTの一例を示す断面図であり、図3(A)のb−b線断面図である。尚2層目以上の電極は省略している。また、図4(B)(C)は、単位HBTの特性図である。   With reference to FIG. 4, the unit HBT of this embodiment is demonstrated. 4A is a cross-sectional view showing an example of the unit HBT, and is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 3A. The second and higher electrodes are omitted. 4B and 4C are characteristic diagrams of the unit HBT.

図4(A)を参照して、半絶縁性のGaAs基板1上にサブコレクタ層2が形成され、サブコレクタ層2上にコレクタ層3、ベース層4、エミッタ層5、エミッタコンタクト層6がメサ型に積層されて構成されている。   Referring to FIG. 4A, a subcollector layer 2 is formed on a semi-insulating GaAs substrate 1, and a collector layer 3, a base layer 4, an emitter layer 5, and an emitter contact layer 6 are formed on the subcollector layer 2. It is configured to be stacked in a mesa shape.

単位HBT101のサブコレクタ層2は、基板1上にエピタキシャル成長法によって形成され、3〜6E18cm−3の比較的高不純物濃度にシリコン(Si)ドープされたn+型GaAs層である。その膜厚は数千Åである。コレクタ層3は、サブコレクタ層2の一部領域上に形成され、シリコンドープによって1〜5E17cm−3程度の不純物濃度にドープされたn型InGaP層である。その膜厚は1000〜5000Åである。ベース層4は、コレクタ層3の上に形成され、カーボン(C)ドープによって1〜50E18cm−3程度の不純物濃度にドープされたp+型GaAs層である。膜厚は数百〜2000Åである。エミッタ層5は、ベース層4の一部領域上に形成され、シリコンドープによって1〜5E17cm−3程度の不純物濃度にドープされたn型のInGaP層である。膜厚は1000〜5000Åである。エミッタ層5は、上層および下層のGaAs層と格子整合させる。エミッタコンタクト層6は、エミッタ層5の上に形成され、シリコンドープによって3〜6E18cm−3程度の不純物濃度にドープされたn+型GaAs層で、膜厚は数千Åである。 The sub-collector layer 2 of the unit HBT 101 is an n + -type GaAs layer formed on the substrate 1 by an epitaxial growth method and doped with silicon (Si) at a relatively high impurity concentration of 3 to 6E18 cm −3 . Its film thickness is several thousand mm. The collector layer 3 is an n-type InGaP layer formed on a partial region of the subcollector layer 2 and doped to an impurity concentration of about 1 to 5E17 cm −3 by silicon doping. The film thickness is 1000 to 5000 mm. The base layer 4 is a p + type GaAs layer formed on the collector layer 3 and doped to an impurity concentration of about 1 to 50E18 cm −3 by carbon (C) doping. The film thickness is several hundred to 2,000 mm. The emitter layer 5 is an n-type InGaP layer formed on a partial region of the base layer 4 and doped to an impurity concentration of about 1 to 5E17 cm −3 by silicon doping. The film thickness is 1000 to 5000 mm. The emitter layer 5 is lattice-matched with the upper and lower GaAs layers. The emitter contact layer 6 is an n + -type GaAs layer formed on the emitter layer 5 and doped to an impurity concentration of about 3 to 6E18 cm −3 by silicon doping, and has a film thickness of several thousand Å.

サブコレクタ層2の表面には、コレクタ層3を挟む位置に、AuGe/Ni/Au層からなるコレクタ電極7が配置される。ベース層4の表面には、エミッタ層5を挟む位置に、Pt/Ti/Pt/Au層からなるベース電極8が配置される。エミッタコンタクト層6の上部にはAuGe/Ni/Au層からなるエミッタ電極9が配置される。本実施形態では、図の如く、最小単位で構成されるHBTを単位HBT101とする。   On the surface of the subcollector layer 2, a collector electrode 7 made of an AuGe / Ni / Au layer is disposed at a position sandwiching the collector layer 3. On the surface of the base layer 4, a base electrode 8 made of a Pt / Ti / Pt / Au layer is disposed at a position sandwiching the emitter layer 5. An emitter electrode 9 made of an AuGe / Ni / Au layer is disposed on the emitter contact layer 6. In the present embodiment, as shown in the figure, the HBT configured by the minimum unit is set as the unit HBT 101.

単位HBT101は、エミッタ層5とベース層4とで、InGaP/GaAsへテロ接合を形成しているのに加え、コレクタ層3とベース層4とでもInGaP/GaAsへテロ接合を形成している。そして、エミッタ層5をエミッタとして動作する順方向のトランジスタ動作時(以下順トランジスタ動作時)と、エミッタ層5をコレクタとして動作する逆方向のトランジスタ動作時(以下逆トランジスタ動作時)とで、トランジスタ特性がほぼ同じ特性となるように構造上の各パラメータを制御し、コレクターエミッタ間電圧を0V、コレクターエミッタ間電流を0A付近のバイアスで動作させる。   In the unit HBT 101, the emitter layer 5 and the base layer 4 form an InGaP / GaAs heterojunction, and the collector layer 3 and the base layer 4 also form an InGaP / GaAs heterojunction. A transistor is operated in a forward direction in which the emitter layer 5 operates as an emitter (hereinafter referred to as a forward transistor operation), and in a reverse direction in which the emitter layer 5 operates as a collector (hereinafter referred to as a reverse transistor operation). Each structural parameter is controlled so that the characteristics are substantially the same, and the collector-emitter voltage is operated at 0 V, and the collector-emitter current is operated at a bias around 0 A.

図4(B)(C)は、単位HBT101の特性図である。図は、所定のベース電流Iにおけるコレクタ−エミッタ電圧VCEとコレクタ電流IcのV−Iカーブを示す。 4B and 4C are characteristic diagrams of the unit HBT 101. FIG. Figure collector at a given base current I B - shows the V-I curve of the emitter voltage V CE and the collector current Ic.

ある所定のベース電流Iにおいてコレクタ−エミッタ電圧VCEおよびコレクタ電流Icが正(+)値を示すトランジスタを順トランジスタといい、負(−)の値を示すトランジスタを逆トランジスタという。 In a given base current I B collector - called emitter voltage V CE and the collector current Ic is positive (+) value sequentially transistor transistor shown a negative (-) value transistor of the opposite transistor shown a.

図4(B)のごとく、本実施形態の単位HBT101は、順トランジスタ動作時のオン抵抗Ron(=ΔVCE/ΔI)と逆トランジスタ動作時のオン抵抗Ron’(=ΔVCE’/ΔI’)がほぼ等しくなるように構成したHBTである。これを実現するために、エミッタ層5とコレクタ層3は基本的に同じ構造とする。例えば、エミッタ層5にInGaP層を使用する場合はコレクタ層3にもInGaP層を使用する。そして、エミッタ層5とコレクタ層3にInGaP層を使用する場合はGaAs層(サブコレクタ層2およびエミッタコンタクト層6)とそれぞれ格子整合させる。また、エミッタ層5とコレクタ層3にAlGaAs層を使用する場合はAlのモル比率を同じにする。 As shown in FIG. 4B, the unit HBT 101 of this embodiment includes an on-resistance Ron (= ΔV CE / ΔI C ) during forward transistor operation and an on-resistance Ron ′ (= ΔV CE ′ / ΔI C ) during reverse transistor operation. The HBT is configured so that ') is substantially equal. In order to realize this, the emitter layer 5 and the collector layer 3 basically have the same structure. For example, when an InGaP layer is used for the emitter layer 5, an InGaP layer is also used for the collector layer 3. When InGaP layers are used for the emitter layer 5 and the collector layer 3, they are lattice-matched with the GaAs layers (sub-collector layer 2 and emitter contact layer 6), respectively. Further, when AlGaAs layers are used for the emitter layer 5 and the collector layer 3, the molar ratio of Al is made the same.

そして、エミッタ層5の不純物濃度とコレクタ層3の不純物濃度をほぼ同等の値に設定する。これにより、通常のHBTに比べベース−コレクタ耐圧が低下するが、スイッチ回路装置ではベース−コレクタ耐圧は7〜8Vあれば十分である。   Then, the impurity concentration of the emitter layer 5 and the impurity concentration of the collector layer 3 are set to substantially the same value. As a result, the base-collector breakdown voltage is lower than that of a normal HBT. However, in the switch circuit device, a base-collector breakdown voltage of 7 to 8 V is sufficient.

このように、単位HBT101には、ベースを基準としてエミッタとコレクタが対称なHBT(以下対称型HBT)を採用する。対称型HBTはコレクタ−エミッタ間電圧を0Vのバイアスで動作させることにより、基本的にコレクタ−エミッタ間の消費電流を0Aにすることができる。   As described above, the unit HBT 101 employs an HBT in which the emitter and the collector are symmetric with respect to the base (hereinafter, symmetric HBT). The symmetrical HBT can operate with a collector-emitter voltage of 0 A by operating the collector-emitter voltage with a bias of 0V.

尚、順トランジスタの立ち上がり電圧(逆トランジスタの立ち上がり電圧と同じ)は図4(B)の如く0Vが望ましい。しかし、図4(C)の如く順トランジスタの立ち上がり電圧が0Vでなく、オフセット電圧VOFFを持つ場合がある。この場合、コレクターエミッタ間電圧VCEを0Vにバイアスしたとき、コレクタ−エミッタ間において若干の消費電流が発生してしまう。 Note that the rising voltage of the forward transistor (same as the rising voltage of the reverse transistor) is preferably 0 V as shown in FIG. However, as shown in FIG. 4C, the forward voltage of the forward transistor may not be 0 V but may have an offset voltage V OFF . In this case, when the bias collector-emitter voltage V CE to 0V, and the collector - slight current consumption occurs in the emitter.

エミッタとコレクタが対称でないHBTにおいてオフセット電圧が発生する原因のひとつにエミッタとコレクタの非対称性がある。しかし、対称型HBTは、エミッタとコレクタを基本的にほぼ同じ構造とする場合が多い。従って対称型HBTは対称型でないHBTに比べオフセット電圧は非常に小さい。しかし、小さいながらもオフセット電圧が有る場合がある。原因のひとつはベース−エミッタ間、ベース−コレクタ間のヘテロ接合の伝導帯底におけるバンドスパイクである。従ってこのような場合には、バンドスパイクをなくす構造にするとよい。   One cause of offset voltage generation in an HBT in which the emitter and collector are not symmetrical is the asymmetry of the emitter and collector. However, in many cases, the symmetric HBT has basically the same structure of the emitter and the collector. Therefore, the offset voltage of the symmetric HBT is very small compared to the non-symmetrical HBT. However, there may be an offset voltage although it is small. One of the causes is a band spike at the bottom of the conduction band of the heterojunction between the base and the emitter and between the base and the collector. Therefore, in such a case, a structure that eliminates band spikes is preferable.

図5は、単位HBT101の他の構造を説明する断面図である。   FIG. 5 is a sectional view for explaining another structure of the unit HBT 101.

図5(A)は、バンドスパイクを無くすためGrading層を有する構造である。   FIG. 5A shows a structure having a grading layer in order to eliminate band spikes.

例えばエミッタ層5およびコレクタ層3にAl0.3Ga0.7As層を採用する。そして、ベース−エミッタ間、ベース−コレクタ間にGrading層32を配置する。すなわちベース−エミッタ間においてはGaAsからAl0.3Ga0.7Asに徐々に変化するn型のAlGa1−XAs(X=0→0.3)層を配置し、ベース−コレクタ間においては例えばAl0.3Ga0.7AsからGaAsに徐々に変化するn型のAlGa1−XAs(X=0.3→0)層を配置する。これにより、オフセット電圧をさらに極めて小さくすることができる。 For example, an Al 0.3 Ga 0.7 As layer is employed for the emitter layer 5 and the collector layer 3. Then, the grading layer 32 is disposed between the base and the emitter and between the base and the collector. That is, an n-type Al X Ga 1-X As (X = 0 → 0.3) layer gradually changing from GaAs to Al 0.3 Ga 0.7 As is disposed between the base and the emitter, and the base-collector is arranged. For example, an n-type Al X Ga 1-X As (X = 0.3 → 0) layer that gradually changes from Al 0.3 Ga 0.7 As to GaAs is disposed. Thereby, the offset voltage can be further reduced extremely.

図5(B)は、ヘテロ接合をエミッタ−ベース間のpn接合からずらす場合であり、エミッタ層5はn型AlGaAs層とする。   FIG. 5B shows a case where the heterojunction is shifted from the pn junction between the emitter and the base, and the emitter layer 5 is an n-type AlGaAs layer.

一般的なHBTの構造として、エミッタ層5のn型AlGaAs層とベース層4のp型GaAs層の間のエミッタ−ベース間pn接合が、ヘテロ接合に一致している。この場合において伝導帯の底にバンドスパイクが存在しており、このバンドスパイクがオフセット電圧発生の原因の1つとなっている。バンドスパイクによるオフセット電圧の発生を防ぐため、ベース層4(p型GaAs層)とエミッタ層5(n型AlGaAs層)の間にn型GaAs層5’を追加することにより、ヘテロ接合位置をベースーエミッタ間のpn接合位置からずらすとよい。また、対称型HBTであるため、さらにベース層4(p型GaAs層)とコレクタ層3(n型AlGaAs層)の間n型GaAs層3’を追加することによりヘテロ接合位置をベースーコレクタ間のpn接合位置からずらすとよい。この場合ヘテロ接合位置がエミッタ−ベース間のpn接合およびコレクタ−ベース間のpn接合と一致していないためオフセット電圧を非常に小さくすることができる。   As a general HBT structure, the emitter-base pn junction between the n-type AlGaAs layer of the emitter layer 5 and the p-type GaAs layer of the base layer 4 coincides with the heterojunction. In this case, a band spike is present at the bottom of the conduction band, and this band spike is one of the causes of the offset voltage generation. In order to prevent the occurrence of an offset voltage due to a band spike, an n-type GaAs layer 5 ′ is added between the base layer 4 (p-type GaAs layer) and the emitter layer 5 (n-type AlGaAs layer), thereby positioning the heterojunction position. It may be shifted from the pn junction position between the so-emitters. In addition, since it is a symmetric type HBT, an n-type GaAs layer 3 ′ is further added between the base layer 4 (p-type GaAs layer) and the collector layer 3 (n-type AlGaAs layer), thereby changing the heterojunction position between the base and the collector. It may be shifted from the pn junction position. In this case, since the heterojunction position does not coincide with the pn junction between the emitter and the base and the pn junction between the collector and the base, the offset voltage can be made very small.

HBTの原理として、ベースのホールをエミッタ側に注入させないために、ベース層4であるGaAs層よりバンドギャップの大きいAlGaAs層をエミッタ層5として配置する。同様に逆トランジスタ動作時はコレクタがエミッタとして働くため、ベース層4であるGaAs層よりバンドギャップの大きいAlGaAs層をコレクタ層3として配置する。   As an HBT principle, an AlGaAs layer having a band gap larger than that of the GaAs layer as the base layer 4 is arranged as the emitter layer 5 so that holes in the base are not injected into the emitter side. Similarly, during reverse transistor operation, the collector functions as an emitter, so an AlGaAs layer having a larger band gap than the GaAs layer as the base layer 4 is disposed as the collector layer 3.

この構造の場合、追加したn型GaAs層5’とその上に位置するエミッタ層のn型AlGaAs層5の接合がヘテロ接合となる。同様に追加したn型GaAs層3’とその下に位置するコレクタ層のn型AlGaAs層3の接合がヘテロ接合になる。   In the case of this structure, the junction of the added n-type GaAs layer 5 'and the emitter layer n-type AlGaAs layer 5 located thereon is a heterojunction. Similarly, the junction between the added n-type GaAs layer 3 'and the n-type AlGaAs layer 3 as the collector layer located therebelow becomes a heterojunction.

また、オフセット電圧以外の非対称性としてオン抵抗RonとRon’が多少異なる場合がある。原因は構造上のエミッタ寄生抵抗、コレクタ寄生抵抗の違いである。その場合はエミッタ層5やコレクタ層3さらにはエミッタコンタクト層6やサブコレクタ層2の不純物濃度や厚みを、オン抵抗RonとRon’が等しくなるように調整するとよい。   Further, the on-resistances Ron and Ron ′ may be slightly different as an asymmetry other than the offset voltage. The cause is the difference between the emitter parasitic resistance and collector parasitic resistance. In that case, the impurity concentration and thickness of the emitter layer 5, the collector layer 3, and further the emitter contact layer 6 and the subcollector layer 2 may be adjusted so that the on-resistances Ron and Ron 'are equal.

本実施形態では上記の対称型HBTを単位HBT101とし、各単位HBT101にバラスト抵抗102を接続して、スイッチ回路装置を構成する。これによりコレクタ−エミッタ間の消費電流が0Aのスイッチ回路が実現する。さらに対称型HBTは順トランジスタ動作時のオン抵抗Ronと逆トランジスタ動作時のオン抵抗Ron’がほぼ等しいため、高周波信号の振幅においてコレクタ−エミッタ電圧VCEが正の部分と、コレクタ−エミッタ電圧VCEが負の部分の切り替え部分において線型性が良いスイッチ回路を得られる。 In this embodiment, the symmetric HBT is a unit HBT 101, and a ballast resistor 102 is connected to each unit HBT 101 to constitute a switch circuit device. As a result, a switch circuit with a current consumption between the collector and the emitter of 0 A is realized. Furthermore, in the symmetric HBT, the on-resistance Ron during forward transistor operation and the on-resistance Ron ′ during reverse transistor operation are substantially equal, so that the collector-emitter voltage VCE is positive in the amplitude of the high-frequency signal, and the collector-emitter voltage V A switch circuit with good linearity can be obtained at the switching portion where CE is negative.

GaAsMESFETやHEMTによるスイッチ回路は、ドレイン−ソース間のバイアスが0Vのためドレイン−ソース間の消費電流が0Aで、高周波信号の振幅においてドレイン−ソース電圧VDSが正の部分と、ドレイン−ソース電圧VDSが負の部分の切り替え部分において線型性が良い。つまり本実施形態のスイッチ回路は、GaAsMESFETやHEMTのスイッチ回路と同様の長所を有している。さらに、ユニポーラデバイスのFETよりもバイポーラデバイスのHBTの方が圧倒的にオン抵抗が低く、スイッチ回路を形成する場合、高周波特性が大幅に向上し、チップサイズを大幅に小型化できる。 The switch circuit using GaAs MESFET or HEMT has a drain-source bias of 0 V, so that the drain-source consumption current is 0 A, and the drain-source voltage V DS is positive in the amplitude of the high-frequency signal. The linearity is good at the switching portion where the VDS is negative. That is, the switch circuit of the present embodiment has the same advantages as the GaAs MESFET and HEMT switch circuits. Further, the on-resistance of the bipolar device HBT is overwhelmingly lower than that of the unipolar device FET, and when a switch circuit is formed, the high frequency characteristics are greatly improved, and the chip size can be greatly reduced.

一般に、HBTはHEMTに比べ潜在的に非常に高い電流密度を得られ、非常に低いオン抵抗Ronを得ることができる。しかしHBTは温度による正帰還作用により電流が1つの単位HBTに集中して二次降伏により破壊するという問題をはらんでいる。すなわちHBTのベース−エミッタ間電圧−ベース電流の特性は温度に対して正の係数を持つ。このため、何らかの設計上の不均一要因により、ある単位HBT101素子が他の単位HBT101に対してベース−エミッタ間電圧バイアスが少し大きく印加される場合がある。その結果ベース電流、コレクタ電流が多く流れ、温度が上がってより多くのベース電流、コレクタ電流が流れ、最後に破壊に至る。これが通常の二次降伏のプロセスである。このため、実際のところ十分に電流密度を上げることができない。   In general, an HBT can potentially have a very high current density and a very low on-resistance Ron compared to a HEMT. However, the HBT has a problem that the current concentrates on one unit HBT due to the positive feedback action due to temperature and breaks due to secondary breakdown. That is, the base-emitter voltage-base current characteristic of the HBT has a positive coefficient with respect to temperature. For this reason, a certain unit HBT 101 element may have a slightly larger base-emitter voltage bias applied to another unit HBT 101 due to some design non-uniformity factor. As a result, a large amount of base current and collector current flow, the temperature rises, more base current and collector current flow, and finally breakdown. This is the normal secondary yielding process. For this reason, the current density cannot actually be increased sufficiently.

しかし、本実施形態の単位素子100は二次降伏のプロセスが実際に開始されることはない。単位素子100は、単位HBT101のベース層4に連続し、抵抗層により形成されたバラスト抵抗102を、単位HBT101のベース電極8に接続した構成である。つまり、単位HBT101の動作による発熱をバラスト抵抗102に直接伝えることが可能となる。バラスト抵抗102は負の温度係数を有するため、単位HBT101が発熱するとバラスト抵抗102の抵抗値が大きくなる。本来のバラスト抵抗102の働きは、ベース電流の増加に伴いバラスト抵抗102の両端の電圧ドロップを大きくすることにある。これによりベース−エミッタ間電圧が減少するのでベース電流、コレクタ電流を減少させ、二次破壊を防ぐことができる。   However, in the unit element 100 of the present embodiment, the secondary breakdown process is not actually started. The unit element 100 has a configuration in which a ballast resistor 102 that is continuous with the base layer 4 of the unit HBT 101 and is formed of a resistance layer is connected to the base electrode 8 of the unit HBT 101. That is, heat generated by the operation of the unit HBT 101 can be directly transmitted to the ballast resistor 102. Since the ballast resistor 102 has a negative temperature coefficient, the resistance value of the ballast resistor 102 increases when the unit HBT 101 generates heat. The original function of the ballast resistor 102 is to increase the voltage drop across the ballast resistor 102 as the base current increases. As a result, the base-emitter voltage decreases, so that the base current and the collector current can be reduced and secondary breakdown can be prevented.

従って、本実施形態の構造にすることにより単位HBT101の発熱によりさらにバラスト抵抗102の抵抗値を大きくできるため、よりバラストとしての機能を増加させることができる。単位HBT101の発熱は単位HBT101のベース電流、コレクタ電流を大幅に低減させ、十分単位HBT101を冷却することができる。つまり、結果として二次降伏の発生を効果的に防ぐことができる。またベース電極8に高周波信号が入力されることはないためベースにバラスト抵抗102を接続しても、直接的にはスイッチ回路装置の高周波特性には影響しない。   Therefore, with the structure of the present embodiment, the resistance value of the ballast resistor 102 can be further increased by the heat generation of the unit HBT 101, and thus the function as a ballast can be further increased. The heat generation of the unit HBT 101 can significantly reduce the base current and the collector current of the unit HBT 101, and the unit HBT 101 can be sufficiently cooled. That is, as a result, occurrence of secondary breakdown can be effectively prevented. In addition, since no high frequency signal is input to the base electrode 8, even if the ballast resistor 102 is connected to the base, the high frequency characteristics of the switch circuit device are not directly affected.

つまり、本実施形態によればHBTにより構成されるスイッチ回路装置であっても二次降伏の発生を防ぐことができるため、従来よりHBTの電流密度を大幅に上げることができる。その結果、第1および第2スイッチング素子SW1、SW2のオン抵抗Ronを非常に小さくすることができ、スイッチMMICのインサーションロスを非常に小さくできる。   That is, according to the present embodiment, even if the switch circuit device is configured by an HBT, it is possible to prevent the occurrence of secondary breakdown, so that the current density of the HBT can be significantly increased as compared with the prior art. As a result, the on-resistance Ron of the first and second switching elements SW1 and SW2 can be made very small, and the insertion loss of the switch MMIC can be made very small.

スイッチMMICに一般的に使用されているHEMTはユニポーラデバイスであるのに比べHBTはバイポーラデバイスであるため、圧倒的に電流密度を上げることができ、オン抵抗Ronを非常に小さくできる。また単位HBT101は対称型HBTであるため、コレクタ−エミッタ間消費電流を0とするため省エネルギー動作が可能となる。理由はHEMTでドレイン−ソース間電圧を0Vにバイアスするのと同様に対称型HBT101でコレクタ−エミッタ間電圧を0Vにバイアスできるからである。   Since the HEMT generally used in the switch MMIC is a unipolar device, the HBT is a bipolar device, so that the current density can be greatly increased and the on-resistance Ron can be extremely reduced. Further, since the unit HBT 101 is a symmetric HBT, the current consumption between the collector and the emitter is set to 0, so that an energy saving operation is possible. The reason is that the collector-emitter voltage can be biased to 0V in the symmetric HBT 101 in the same manner as the drain-source voltage is biased to 0V in the HEMT.

図6には、パッドおよび配線の断面図を示す。図6(A)および図6(B)が図2のc−c線断面図であり、図6(C)が図2のd−d線断面図である。   FIG. 6 shows a cross-sectional view of the pad and the wiring. 6A and 6B are cross-sectional views taken along line cc in FIG. 2, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line dd in FIG.

共通入力端子パッドI、第1出力端子パッドO1、第1制御端子パッドC1(第2スイッチング素子SW2側も同様)、接地端子パッドGとなるパッドPおよびベース配線120は、図の如くサブコレクタ層(n+型GaAs)層上に設けられている。パッドPおよびベース配線120は窒化膜51を介してサブコレクタ層2上に設けられる(図6(B))か、サブコレクタ層2上に直接設けられ、サブコレクタ層2表面とショットキー接合を形成する(図6(A)、(C))。   The common input terminal pad I, the first output terminal pad O1, the first control terminal pad C1 (the same applies to the second switching element SW2 side), the pad P serving as the ground terminal pad G and the base wiring 120 are sub-collector layers as shown in the figure. It is provided on the (n + type GaAs) layer. The pad P and the base wiring 120 are provided on the subcollector layer 2 through the nitride film 51 (FIG. 6B) or directly provided on the subcollector layer 2, and a Schottky junction is formed with the surface of the subcollector layer 2. It forms (FIG. 6 (A), (C)).

そこで、パッドPおよびベース配線120周辺のアイソレーション対策として、パッドPおよびベース配線120の周囲に周辺不純物領域170(不純物領域23)を配置する。本実施形態の不純物領域23は、前述の如く絶縁化領域20で分離することにより、形成する。   Therefore, as a countermeasure against isolation around the pad P and the base wiring 120, a peripheral impurity region 170 (impurity region 23) is disposed around the pad P and the base wiring 120. The impurity region 23 of the present embodiment is formed by being separated by the insulating region 20 as described above.

図7は、第2の実施形態を示す。第2の実施形態は単位素子100の構成が第1の実施形態のスイッチMMICと異なっており、それ以外は第1の実施形態と同様である。また、図は、図3(A)のa−a線断面図である。   FIG. 7 shows a second embodiment. The second embodiment differs from the switch MMIC of the first embodiment in the configuration of the unit element 100, and is otherwise the same as that of the first embodiment. Further, the figure is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG.

第2の実施形態の単位素子100は、第1の実施形態の単位素子100の寄生容量を低減した構造である。図3(B)の構造は、単位HBT101のベースメサエッチングのパターンを伸長することによりバラスト抵抗102を形成している。   The unit element 100 of the second embodiment has a structure in which the parasitic capacitance of the unit element 100 of the first embodiment is reduced. In the structure of FIG. 3B, the ballast resistor 102 is formed by extending the base mesa etching pattern of the unit HBT 101.

しかし、ベースメサエッチングのパターンを伸長すると、ベース層4下層のコレクタ層2も伸長することになる。つまりバラスト抵抗102部分のベース−コレクタ間に寄生容量が付加される。寄生容量の付加は、スイッチ回路装置のインサーションロスが増大する要因となる。そこで、バラスト抵抗102部分の寄生容量を低減するため、イオン注入によるコレクタ絶縁化領域21を設けるとよい。   However, when the base mesa etching pattern is extended, the collector layer 2 under the base layer 4 is also extended. That is, a parasitic capacitance is added between the base and collector of the ballast resistor 102. The addition of parasitic capacitance becomes a factor that increases the insertion loss of the switch circuit device. Therefore, in order to reduce the parasitic capacitance of the ballast resistor 102, it is preferable to provide a collector insulating region 21 by ion implantation.

このイオン注入によりベースメサを伸長した領域においてコレクタ層2が絶縁化されるため、寄生容量はほとんど付加されない構造が実現する。   Since the collector layer 2 is insulated in the region where the base mesa is extended by this ion implantation, a structure in which almost no parasitic capacitance is added is realized.

ここで、コレクタ絶縁化領域21は、不純物領域23を分離するための絶縁化領域20と同様、不純物(B+)のイオン注入により絶縁化した領域であり、電気的に完全に絶縁化した領域ではない。また、全ての層が絶縁化するほど高いドーズ量のイオン注入ではない。すなわち、コレクタ層(n型InGaP層)2のみ絶縁化する程度のドーズ量(例えば0.5〜5×1012cm−2程度)のボロン注入で形成する。他の構成要素は、第1の実施形態(図3(B)と同様である)。 Here, the collector insulating region 21 is a region insulated by ion implantation of impurities (B +), similarly to the insulating region 20 for isolating the impurity region 23, and in a region completely electrically insulated. Absent. Further, the ion implantation is not so high that all the layers are insulated. That is, it is formed by boron implantation with a dose amount (for example, about 0.5 to 5 × 10 12 cm −2 ) sufficient to insulate only the collector layer (n-type InGaP layer) 2. Other components are the same as those in the first embodiment (same as in FIG. 3B).

p+型GaAs層であるベース層4は、不純物濃度が非常に高いためコレクタ絶縁化領域21を形成するためのイオン注入の影響をほとんど受けない。従ってバラスト抵抗102や、抵抗オーミック電極12は第1の実施形態(図3(B))と同一構成でよく、バラスト抵抗102の抵抗値も変化することはない。   The base layer 4, which is a p + -type GaAs layer, has a very high impurity concentration and is hardly affected by the ion implantation for forming the collector insulating region 21. Therefore, the ballast resistor 102 and the resistive ohmic electrode 12 may have the same configuration as that of the first embodiment (FIG. 3B), and the resistance value of the ballast resistor 102 does not change.

コレクタ絶縁化領域21は、GaAs基板1に達して設けられサブコレクタ層2にもボロンが注入されている。しかし、n+型GaAs層のサブコレクタ層2は、不純物濃度が高いため、コレクタ絶縁化領域21を形成するためのイオン注入では絶縁化されない。   The collector insulating region 21 is provided so as to reach the GaAs substrate 1, and boron is also implanted into the subcollector layer 2. However, since the sub-collector layer 2 of the n + -type GaAs layer has a high impurity concentration, it is not insulated by ion implantation for forming the collector insulating region 21.

つまり、コレクタ絶縁化領域21は、バラスト抵抗102の下層のコレクタ層3のみを絶縁化する。図3(B)の構造の場合、数百Ω〜数KΩ程度の抵抗値のバラスト抵抗102であれば0.3pF〜数pF程度の寄生容量が付加される。一方、図7の構造にすることにより付加される寄生容量を大幅に低減できる。   That is, the collector insulating region 21 insulates only the collector layer 3 below the ballast resistor 102. In the case of the structure in FIG. 3B, a parasitic capacitance of about 0.3 pF to several pF is added if the ballast resistor 102 has a resistance value of about several hundred Ω to several KΩ. On the other hand, the parasitic capacitance added by the structure of FIG. 7 can be greatly reduced.

尚、コレクタ絶縁化領域21を形成するためのイオン注入をベース電極8の下にも行っても良い。これによりベース−コレクタ間の寄生容量をさらに低減することができる。   Note that ion implantation for forming the collector insulating region 21 may also be performed under the base electrode 8. Thereby, the parasitic capacitance between the base and the collector can be further reduced.

図8から図10を参照して、本実施形態のスイッチ回路装置の製造方法について、単位素子を中心に説明する。また以下の説明では第2の実施形態の単位素子を例に説明するが、第1の実施形態の単位素子の製造方法は、以下の製造方法においてコレクタ絶縁化領域の形成工程を除いたものと同様であるので、説明は省略する。また、尚各図の左に図3のa−a線断面図を示し、右にb−b線断面図を示す。   With reference to FIG. 8 to FIG. 10, the manufacturing method of the switch circuit device of the present embodiment will be described focusing on unit elements. In the following description, the unit element according to the second embodiment will be described as an example. However, the unit element manufacturing method according to the first embodiment is the following manufacturing method except for the step of forming the collector insulating region. Since it is the same, description is abbreviate | omitted. Further, the left side of each figure shows a cross-sectional view taken along the line aa of FIG.

第1工程:化合物半導体基板に少なくとも1つのヘテロ接合を形成する複数の半導体層を積層する工程。   1st process: The process of laminating | stacking the some semiconductor layer which forms at least 1 heterojunction in a compound semiconductor substrate.

GaAs基板1上に、n+型GaAs層2、n型InGaP層3、p+型GaAs層4、n型InGaP層5、n+型GaAs層6を順次形成する。n型InGaP層5は上層および下層のGaAs層と格子整合する(図8(A))。   On the GaAs substrate 1, an n + type GaAs layer 2, an n type InGaP layer 3, a p + type GaAs layer 4, an n type InGaP layer 5, and an n + type GaAs layer 6 are sequentially formed. The n-type InGaP layer 5 is lattice-matched with the upper and lower GaAs layers (FIG. 8A).

第2および第3工程:各半導体層をメサエッチングし、コレクタ層、ベース層、エミッタ層を形成し、ベース層に連続する抵抗層を形成する工程。   Second and third steps: a step of mesa etching each semiconductor layer to form a collector layer, a base layer, and an emitter layer, and forming a resistance layer continuous to the base layer.

単位HBTのエミッタ層を形成するためのフォトエッチングプロセスを行う。まず、n+型GaAs層6をメサエッチングし、引き続きn型InGaP層5の途中までをメサエッチングする。その後新たなフォトエッチングプロセスにより残りのn型InGaP層5をメサエッチングし、レジストを除去する。これにより、右図の如くエミッタコンタクト層6とエミッタ層5がメサ状に形成され(エミッタメサEM)、エミッタ層5の下方にレッジ(棚)Lが形成される。   A photoetching process for forming the emitter layer of the unit HBT is performed. First, the n + -type GaAs layer 6 is mesa-etched, and then the n-type InGaP layer 5 is partially mesa-etched. Thereafter, the remaining n-type InGaP layer 5 is mesa-etched by a new photoetching process to remove the resist. As a result, the emitter contact layer 6 and the emitter layer 5 are formed in a mesa shape (emitter mesa EM), and a ledge (shelf) L is formed below the emitter layer 5 as shown in the right figure.

次に、コレクタ絶縁化領域形成のため、レジスト(不図示)を設けてフォトリソグラフィープロセスを行う。バラスト抵抗の形成領域を露出して例えばドーズ量0.5〜5×1012cm−2程度の不純物をイオン注入する。その後レジストを除去する(図8(B))。 Next, a resist (not shown) is provided to form a collector insulating region, and a photolithography process is performed. For example, an impurity with a dose of about 0.5 to 5 × 10 12 cm −2 is ion-implanted while exposing the formation region of the ballast resistor. Thereafter, the resist is removed (FIG. 8B).

次に、ベース層を形成するためのフォトエッチングプロセスを行う。p+型GaAs層4とn型InGaP層3とをメサエッチングし、レジストを除去する。   Next, a photoetching process for forming the base layer is performed. The p + type GaAs layer 4 and the n type InGaP layer 3 are mesa-etched to remove the resist.

これにより、ベース層4およびコレクタ層3がメサ状に形成される(ベースメサBM)。最上層にエミッタコンタクト層6が露出し、エミッタ層5の外側にはベース層4が露出する。ベース層4の外側にはサブコレクタ層2が露出する。   Thereby, the base layer 4 and the collector layer 3 are formed in a mesa shape (base mesa BM). The emitter contact layer 6 is exposed at the uppermost layer, and the base layer 4 is exposed outside the emitter layer 5. The subcollector layer 2 is exposed outside the base layer 4.

また、同時に、ベースメサのパターンを櫛の延在方向に数μm〜十数μm程度伸長することにより、数百〜数KΩ程度の抵抗値のバラスト抵抗102がメサ状に形成される。   At the same time, the ballast resistor 102 having a resistance value of about several hundred to several KΩ is formed in a mesa shape by extending the base mesa pattern by several μm to several tens of μm in the extending direction of the comb.

更に、HBTにより構成されたスイッチング素子、ベース配線120の周辺不純物領域170等の不純物領域23を分離する絶縁化領域を形成する。すなわち新たなレジスト(不図示)を設けてフォトリソグラフィープロセスを行う。絶縁化領域の形成領域を露出してボロン(B+)をイオン注入し、レジストを除去した後、500℃、30秒程度のアニールを行う。これにより基板1に達するコレクタ絶縁化領域形成21と絶縁化領域20を同時に形成する(図9(A))。バラスト抵抗102の下層のコレクタ層3は、コレクタ絶縁化領域21により絶縁化されている。すなわちバラスト抵抗102の領域においてベース−コレクタ間の寄生容量を大幅に低減できる。   Furthermore, an insulating region for isolating the impurity region 23 such as the peripheral impurity region 170 of the switching element constituted by the HBT and the base wiring 120 is formed. That is, a new resist (not shown) is provided and a photolithography process is performed. Boron (B +) ions are implanted by exposing the formation region of the insulating region, the resist is removed, and annealing is performed at 500 ° C. for about 30 seconds. Thus, the collector insulating region formation 21 and the insulating region 20 reaching the substrate 1 are formed simultaneously (FIG. 9A). The collector layer 3 below the ballast resistor 102 is insulated by the collector insulating region 21. That is, in the region of the ballast resistor 102, the parasitic capacitance between the base and the collector can be greatly reduced.

尚、スイッチ回路装置を構成する分離素子(抵抗)などの不純物領域も、同時に形成される。   An impurity region such as a separation element (resistance) constituting the switch circuit device is also formed at the same time.

第4工程:オーミック金属層により、コレクタ層、ベース層、エミッタ層とそれぞれ接続するコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を形成してトランジスタを形成する工程。   Fourth step: A step of forming a transistor by forming a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode respectively connected to a collector layer, a base layer, and an emitter layer by using an ohmic metal layer.

次に、1層目のエミッタ電極、コレクタ電極を形成するためのフォトリソグラフィープロセスを行う。オーミック金属層(AuGe/Ni/Au)を蒸着後、リフトオフおよびアロイを行い、単位HBT101の1層目のエミッタ電極9、コレクタ電極7を形成する。エミッタ電極9とコレクタ電極7は櫛状に形成される。その後、ベース電極を形成するためのフォトリソグラフィープロセスを行う。オーミック金属層(Pt/Ti/Pt/Au)を蒸着後、リフトオフおよびアロイを行い、単位HBT101のベース電極8を形成する。また、同時にバラスト抵抗102の抵抗オーミック電極12を形成する。ベース電極8はエミッタ電極9を囲むパターンで、抵抗オーミック電極12は島状のパターンで、それぞれ図3(A)のハッチングの如く形成される(図9(B))。   Next, a photolithography process for forming a first-layer emitter electrode and collector electrode is performed. After vapor deposition of the ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au), lift-off and alloy are performed to form the emitter electrode 9 and the collector electrode 7 of the first layer of the unit HBT 101. The emitter electrode 9 and the collector electrode 7 are formed in a comb shape. Thereafter, a photolithography process for forming the base electrode is performed. After depositing the ohmic metal layer (Pt / Ti / Pt / Au), lift-off and alloying are performed to form the base electrode 8 of the unit HBT 101. At the same time, a resistive ohmic electrode 12 for the ballast resistor 102 is formed. The base electrode 8 has a pattern surrounding the emitter electrode 9 and the resistance ohmic electrode 12 has an island pattern, which are formed as hatched in FIG. 3A (FIG. 9B).

全面にパッシベーション膜となる窒化膜51を全面にデポジションする。窒化膜51をエッチングしてコンタクトホールCHを形成し、レジストを除去する(図10(A))。   A nitride film 51 serving as a passivation film is deposited on the entire surface. The nitride film 51 is etched to form a contact hole CH, and the resist is removed (FIG. 10A).

第5工程:配線金属層により、抵抗層と他の抵抗層を接続し、トランジスタと他のトランジスタを接続する配線を形成する工程。   Fifth step: a step of connecting a resistance layer and another resistance layer by a wiring metal layer and forming a wiring for connecting the transistor and another transistor.

新たなフォトリソグラフィープロセスを行い、全面に、2層目の電極および配線となる配線金属層(Ti/Pt/Au)を蒸着する。すなわち、1層目のコレクタ電極7、エミッタ電極9とそれぞれコンタクトする2層目のコレクタ電極13、エミッタ電極15を形成する。また、抵抗オーミック電極12とコンタクトするベース配線120を形成する。   A new photolithography process is performed to deposit a second-layer electrode and a wiring metal layer (Ti / Pt / Au) to be a wiring on the entire surface. That is, the second-layer collector electrode 13 and the emitter electrode 15 are formed in contact with the first-layer collector electrode 7 and the emitter electrode 9, respectively. Further, a base wiring 120 that contacts the resistance ohmic electrode 12 is formed.

その後、全面にポリイミド60を塗布する。フォトリソグラフィープロセスを行い、2層目のエミッタ電極15上のポリイミド60をエッチングする。その後レジストを除去しポリイミド60をキュアする。   Thereafter, polyimide 60 is applied to the entire surface. A photolithography process is performed to etch the polyimide 60 on the second-layer emitter electrode 15. Thereafter, the resist is removed and the polyimide 60 is cured.

次に、全面に下地金属層(Ti/Pt/Au)(不図示)を蒸着する。フォトリソグラフィープロセスを行い、エミッタ配線150パターンを露出して金メッキを施す。レジストを除去した後、不要な下地金属層をイオンミリングにより除去する。これにより各HBT101のエミッタ電極15、9を配線するエミッタ配線150を形成する。また、コレクタ配線130に重畳する金メッキ層および各パッドも形成される。   Next, a base metal layer (Ti / Pt / Au) (not shown) is deposited on the entire surface. A photolithography process is performed to expose the emitter wiring 150 pattern and apply gold plating. After removing the resist, unnecessary base metal layers are removed by ion milling. Thereby, an emitter wiring 150 for wiring the emitter electrodes 15 and 9 of each HBT 101 is formed. Further, a gold plating layer and each pad overlapping the collector wiring 130 are also formed.

次に、図11および図12を参照して、本発明の第3の実施形態を示す。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11 and FIG.

第3の実施形態は、ロジック回路を設けることにより、1つの制御端子で動作可能なスイッチ回路装置である。   The third embodiment is a switch circuit device that can operate with one control terminal by providing a logic circuit.

図11は回路図であり、図11(A)は、ロジック回路として抵抗負荷のインバータ回路41を接続した場合である。   FIG. 11 is a circuit diagram, and FIG. 11A shows a case where an inverter circuit 41 having a resistance load is connected as a logic circuit.

図11(A)では、抵抗負荷411と、GaAs MESFET412(ピンチオフ電圧Vp=0V:エンハンスメント型)を接続点CPにて直列接続し、接続点CPと、例えば第2スイッチング素子SW2のベースとを、分離素子30を介して接続する。また、MESFET412のゲートは、1つの制御端子Ctlに接続する。   In FIG. 11A, a resistance load 411 and a GaAs MESFET 412 (pinch-off voltage Vp = 0V: enhancement type) are connected in series at a connection point CP, and the connection point CP and, for example, the base of the second switching element SW2 are connected. The connection is made through the separation element 30. The gate of the MESFET 412 is connected to one control terminal Ctl.

図11(B)は、ロジック回路としてエンハンスメント型/ディプレッション型DCFL(Direct Coupled FET Logic)のインバータ回路41を接続した場合である。すなわち、ディプレッション型MESFET413(ピンチオフ電圧Vp=−1V)のソースおよびゲートと、エンハンスメント型MESFET414(ピンチオフ電圧Vp=0V)のドレインを接続点CPにより直列接続し、接続点CPと、例えば第2スイッチング素子SW2のベースを分離素子30を介して接続する。また、エンハンスメント型MESFET414のゲートを、1つの制御端子Ctlに接続する。図11の何れも、他の構成要素は第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。   FIG. 11B shows a case where an inverter circuit 41 of an enhancement type / depletion type DCFL (Direct Coupled FET Logic) is connected as a logic circuit. That is, the source and gate of the depletion type MESFET 413 (pinch-off voltage Vp = −1V) and the drain of the enhancement type MESFET 414 (pinch-off voltage Vp = 0 V) are connected in series at the connection point CP, and the connection point CP and, for example, the second switching element The base of SW2 is connected via the separation element 30. Also, the gate of the enhancement type MESFET 414 is connected to one control terminal Ctl. In FIG. 11, the other components are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

このようにインバータ回路41を接続することにより、制御端子Ctlに印加された制御信号が第1スイッチング素子SW1のベースに印加され、制御信号の相補信号が第2スイッチング素子SW2のベースに印加される。すなわちSPDTスイッチMMICで制御端子を1つにできる。   By connecting the inverter circuit 41 in this way, the control signal applied to the control terminal Ctl is applied to the base of the first switching element SW1, and the complementary signal of the control signal is applied to the base of the second switching element SW2. . That is, the control terminal can be made one by the SPDT switch MMIC.

ロジック回路41も、抵抗及び/又はMESFETで形成できる。つまりロジック回路を内蔵したスイッチMMICを、GaAs基板の1チップに全て集積化することができる。   The logic circuit 41 can also be formed of a resistor and / or MESFET. That is, the switch MMIC with the built-in logic circuit can be integrated on one chip of the GaAs substrate.

図12は、図11(B)に示したエンハンスメント型/ディプレッション型DCFLのインバータ回路41を示す。図12(A)は平面パターン図であり、図12(B)は図12(A)のe−e線断面図である。   FIG. 12 shows the inverter circuit 41 of the enhancement / depletion type DCFL shown in FIG. 12A is a plan pattern view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line ee of FIG. 12A.

D型FET413は配線金属層よりなる2層目のソース電極135dとドレイン電極136d間に第1ゲート電極127が配置される。ソース電極135dおよびドレイン電極136dの下方にはオーミック金属層よりなる1層目のソース電極115d及びドレイン電極116dが配置され、二点鎖線で示す分離領域20により動作領域が分離される。ソース電極115dおよびドレイン電極116dは、コンタクト層6sd、6ddとそれぞれ接続する。   In the D-type FET 413, the first gate electrode 127 is disposed between the source electrode 135d and the drain electrode 136d of the second layer made of the wiring metal layer. Below the source electrode 135d and the drain electrode 136d, a first source electrode 115d and a drain electrode 116d made of an ohmic metal layer are disposed, and the operation region is separated by the separation region 20 indicated by a two-dot chain line. The source electrode 115d and the drain electrode 116d are connected to the contact layers 6sd and 6dd, respectively.

第1ゲート電極127はソース電極およびドレイン電極間に配置され、動作領域外で2層目のソース電極135dに接続する。   The first gate electrode 127 is disposed between the source electrode and the drain electrode, and is connected to the second-layer source electrode 135d outside the operation region.

E型FET414は配線金属層よりなる2層目のソース電極135eとドレイン電極136eが交互に配置され、その間に第2ゲート電極128が配置される。
ソース電極135eおよびドレイン電極136eの下方にはオーミック金属層よりなる1層目のソース電極115e及びドレイン電極116eが配置される。ソース電極115eおよびドレイン電極116eは、コンタクト層6se、6deとそれぞれ接続する。
In the E-type FET 414, the second source electrode 135e and the drain electrode 136e made of a wiring metal layer are alternately arranged, and the second gate electrode 128 is arranged therebetween.
Below the source electrode 135e and the drain electrode 136e, a first source electrode 115e and a drain electrode 116e made of an ohmic metal layer are disposed. The source electrode 115e and the drain electrode 116e are connected to the contact layers 6se and 6de, respectively.

E型FET414の端部の2層目のドレイン電極136e(1層目のドレイン電極116eも同様)はD型FET413の2層目のソース電極135d(1層目のソース電極115dも同様)と共用している。同様にE型FET414の端部のコンタクト層6deはD型FET413のコンタクト層6sdと共用している。   The drain electrode 136e of the second layer at the end of the E-type FET 414 (same as the drain electrode 116e of the first layer) is shared with the source electrode 135d of the second layer of the D-type FET 413 (same as the source electrode 115d of the first layer). is doing. Similarly, the contact layer 6de at the end of the E-type FET 414 is shared with the contact layer 6sd of the D-type FET 413.

第1ゲート電極127および第2ゲート電極128は、ゲート金属層(Pt/Mo)のPtの蒸着膜厚を異ならせ、チャネル層5aへの埋め込み深さを適宜選択し、所定のピンチオフ電圧Vpを実現している。   For the first gate electrode 127 and the second gate electrode 128, the deposition thickness of Pt of the gate metal layer (Pt / Mo) is made different, the embedding depth in the channel layer 5a is appropriately selected, and a predetermined pinch-off voltage Vp is set. Realized.

尚、図の各半導体層は単位HBT101の半導体層と同層を利用できる。すなわち単位HBT101のエミッタコンタクト層6、エミッタ層5、ベース層4を,それぞれD型FET413およびE型FET414のコンタクト層6sd、6se、6dd、6de、チャネル層5a、p型バッファ層4aと共用できる。   In addition, each semiconductor layer of a figure can utilize the same layer as the semiconductor layer of unit HBT101. That is, the emitter contact layer 6, the emitter layer 5, and the base layer 4 of the unit HBT 101 can be shared with the contact layers 6sd, 6se, 6dd, and 6de, the channel layer 5a, and the p-type buffer layer 4a of the D-type FET 413 and the E-type FET 414, respectively.

尚、本発明の実施形態のHBT101はすべて対称型のため、第1、第2、第3の実施の形態において、HBT101のエミッタとコレクタを入れ替えても良い。

Since all the HBTs 101 of the embodiment of the present invention are symmetrical, the emitter and collector of the HBT 101 may be interchanged in the first, second, and third embodiments.

本発明を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating this invention. 本発明を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating this invention. 本発明を説明するための(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional view for explaining the present invention. 本発明を説明するための(A)断面図、(B)特性図、(C)特性図である。It is (A) sectional drawing, (B) characteristic view, and (C) characteristic view for demonstrating this invention. 本発明を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating this invention. 本発明を説明するための(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional view for explaining the present invention. 従来の技術を説明するための(A)回路図、(B)断面図である。It is (A) circuit diagram and (B) sectional drawing for demonstrating the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 GaAs基板
2 サブコレクタ層
3 コレクタ層
4 ベース層
5 エミッタ層
6 エミッタコンタクト層
7、13 コレクタ電極
8 ベース電極
9、15 エミッタ電極
4a p型バッファ層
5a チャネル層
6sd、6se、6dd、6de コンタクト層
12 抵抗オーミック電極
20 絶縁化領域
21 コレクタ絶縁化領域
23 不純物領域
30 分離素子
32 Grading層
41 インバータ回路
51 窒化膜
60 ポリイミド
100 単位素子
101 単位HBT
102 バラスト抵抗
115e、115d、135e、135d ソース電極
116e、116d、136e、136d ドレイン電極
120 ベース配線
127 第1ゲート電極
128 第2ゲート電極
130 コレクタ配線
150 エミッタ配線
170 周辺不純物領域
411 抵抗
412 MESFET
413 D型FET
414 E型FET
CP 接続点
IN 共通入力端子
OUT1 第1出力端子
OUT2 第2出力端子
Ctl 制御端子
Ctl1 第1制御端子
Crl2 第2制御端子
I、O1、O2、C1、C2、G パッド
P パッド
320 第1のHBT
321 第2のHBT
122 抵抗
311 サブコレクタ層
312 コレクタ層
313 ベース層
314 エミッタ層
315 エミッタコンタクト層
316 コレクタ電極
317 ベース電極
318 エミッタ電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaAs substrate 2 Subcollector layer 3 Collector layer 4 Base layer 5 Emitter layer 6 Emitter contact layer 7, 13 Collector electrode 8 Base electrode 9, 15 Emitter electrode 4a P-type buffer layer 5a Channel layer 6sd, 6se, 6dd, 6de Contact layer DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Resistance ohmic electrode 20 Insulation area | region 21 Collector insulation area | region 23 Impurity area | region 30 Separation element 32 Grading layer 41 Inverter circuit 51 Nitride film 60 Polyimide 100 Unit element 101 Unit HBT
102 Ballast resistor 115e, 115d, 135e, 135d Source electrode 116e, 116d, 136e, 136d Drain electrode 120 Base wiring 127 First gate electrode 128 Second gate electrode 130 Collector wiring 150 Emitter wiring 170 Peripheral impurity region 411 Resistance 412 MESFET
413 D-type FET
414 E-type FET
CP connection point IN common input terminal OUT1 first output terminal OUT2 second output terminal Ctl control terminal Ctl1 first control terminal Crl2 second control terminal I, O1, O2, C1, C2, G pad P pad
320 first HBT
321 second HBT
122 resistor 311 subcollector layer 312 collector layer 313 base layer 314 emitter layer 315 emitter contact layer 316 collector electrode 317 base electrode 318 emitter electrode

Claims (13)

化合物半導体基板に複数積層され、少なくとも1つのヘテロ接合を形成する半導体層と、
前記基板に設けられ、前記半導体層をコレクタ層、ベース層、エミッタ層としコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を有するトランジスタと、
前記基板に設けられ、前記ベース層に連続する抵抗層と、
前記トランジスタの前記ベース電極に前記抵抗層を接続した単位素子と、
前記単位素子を並列に接続したスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のコレクタ電極またはエミッタ電極に接続する第1RFポートと、
前記スイッチング素子のエミッタ電極またはコレクタ電極に接続する複数の第2RFポートと、を具備し、
前記スイッチング素子のベース電極に印加される制御信号により前記第1および第2RFポート間に信号経路を形成することを特徴とするスイッチ回路装置。
A plurality of semiconductor layers stacked on a compound semiconductor substrate and forming at least one heterojunction;
A transistor provided on the substrate and having the collector layer, the base layer, and the emitter layer as the semiconductor layer, and a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode;
A resistance layer provided on the substrate and continuous with the base layer;
A unit element in which the resistance layer is connected to the base electrode of the transistor;
A switching element in which the unit elements are connected in parallel;
A first RF port connected to the collector electrode or emitter electrode of the switching element;
A plurality of second RF ports connected to an emitter electrode or a collector electrode of the switching element,
A switch circuit device, wherein a signal path is formed between the first and second RF ports by a control signal applied to a base electrode of the switching element.
前記抵抗層に接続する第1配線層を設け、該配線層により前記単位素子のベース電極と他の単位素子のベース電極を共通接続することを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   2. The switch circuit device according to claim 1, wherein a first wiring layer connected to the resistance layer is provided, and the base electrode of the unit element and the base electrode of another unit element are commonly connected by the wiring layer. 前記エミッタ電極およびコレクタ電極にそれぞれ接続する第2配線層および第3配線層を設け、前記第2および第3配線層により前記単位素子と他の単位素子を共通接続することを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   2. A second wiring layer and a third wiring layer respectively connected to the emitter electrode and the collector electrode are provided, and the unit element and other unit elements are commonly connected by the second and third wiring layers. 2. The switch circuit device according to 1. 前記トランジスタは、前記エミッタ層および前記ベース層間と前記ベース層および前記コレクタ層間にヘテロ接合を有し、順トランジスタ動作時のオン抵抗値と逆トランジスタ動作時のオン抵抗値が、一つのベース電流値においてほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   The transistor has a heterojunction between the emitter layer and the base layer and between the base layer and the collector layer, and the on-resistance value during forward transistor operation and the on-resistance value during reverse transistor operation are one base current value. The switch circuit device according to claim 1, wherein the switch circuit devices are substantially equal to each other. 複数の前記スイッチング素子と、少なくとも1つの制御端子に接続するロジック回路を有し、該1つの制御端子から前記ベース電極にそれぞれ制御信号を印加することを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   2. The switch circuit according to claim 1, further comprising: a plurality of the switching elements and a logic circuit connected to at least one control terminal, wherein a control signal is applied to the base electrode from the one control terminal. apparatus. 前記ベース層はp+GaAs層であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   The switch circuit device according to claim 1, wherein the base layer is a p + GaAs layer. 前記エミッタ層はInGaP層またはAlGaAs層であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   The switch circuit device according to claim 1, wherein the emitter layer is an InGaP layer or an AlGaAs layer. 前記トランジスタのコレクタ電流が負の温度係数を有することを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   The switch circuit device according to claim 1, wherein a collector current of the transistor has a negative temperature coefficient. 前記エミッタ電極およびコレクタ電極に等しいバイアス電位を与えるバイアスポイントをそれぞれ接続することを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   2. The switch circuit device according to claim 1, wherein bias points for applying an equal bias potential to the emitter electrode and the collector electrode are connected to each other. 前記エミッタ電極と前記バイアスポイント間、および前記コレクタ電極と前記バイアスポイント間にそれぞれ高周波信号の分離素子を接続することを特徴とする請求項9に記載のスイッチ回路装置。   10. The switch circuit device according to claim 9, wherein a high-frequency signal separation element is connected between the emitter electrode and the bias point and between the collector electrode and the bias point. 11. 前記抵抗層の下層の前記コレクタ層は不純物のイオン注入により絶縁化されることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ回路装置。   2. The switch circuit device according to claim 1, wherein the collector layer below the resistance layer is insulated by ion implantation of impurities. 化合物半導体基板に少なくとも1つのヘテロ接合を形成する複数の半導体層を積層する工程と、
前記各半導体層をメサエッチングし、コレクタ層、ベース層、エミッタ層を形成する工程と、
前記ベース層に連続する抵抗層を形成する工程と、
オーミック金属層により、前記コレクタ層、ベース層、エミッタ層とそれぞれ接続するコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を形成してトランジスタを形成する工程と、
配線金属層により、前記抵抗層と他の前記抵抗層を接続し、前記トランジスタと他の前記トランジスタを接続する配線を形成する工程と、を具備することを特徴とするスイッチ回路装置の製造方法。
Laminating a plurality of semiconductor layers forming at least one heterojunction on a compound semiconductor substrate;
Etching each of the semiconductor layers to form a collector layer, a base layer, and an emitter layer;
Forming a continuous resistance layer on the base layer;
Forming a transistor by forming a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode respectively connected to the collector layer, the base layer, and the emitter layer by an ohmic metal layer; and
And a step of connecting the resistance layer and the other resistance layer by a wiring metal layer, and forming a wiring for connecting the transistor and the other transistor.
前記抵抗層の形成以前に、前記抵抗層の下方の前記コレクタ層を絶縁化することを特徴とする請求項12に記載のスイッチ回路装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a switch circuit device according to claim 12, wherein the collector layer below the resistance layer is insulated before the formation of the resistance layer.
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