JP2006278543A - Switching circuit device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent puncture due to secondary breakdown by preventing concentration of current on one unit element even if the operating current becomes uneven among unit elements. <P>SOLUTION: In the switching circuit device, an HBT 101 and an FET 102 are contiguously arranged through an isolation region, and a plurality of unit elements where the base electrode of the HBT is connected with the source electrode of an MESFET are connected. Consequently, in the switching circuit device connecting a plurality of unit elements in parallel, current does not concentrate on one unit element 100 even if the operating current of each unit element becomes uneven and thereby puncture due to secondary breakdown is prevented. <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に係り、特に温度補償型のスイッチ回路装置に関する。   The present invention relates to a switch circuit device using a heterojunction bipolar transistor, and more particularly to a temperature compensation type switch circuit device.

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11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. 11, a switch circuit having a bidirectional heterojunction bipolar transistor as a switching element is known.

図11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11(A)が回路図であり図11(B)がHBTの構造を示す断面図である。   FIG. 11 shows an example of a switch circuit using an HBT as a switching element. FIG. 11A is a circuit diagram, and FIG. 11B is a cross-sectional view showing the structure of an HBT.

図11(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. 11A, 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11(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. 11B, 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11(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. 11B 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、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した化合物半導体基板と、前記基板に設けられ、前記各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第1トランジスタと、前記基板に設けられ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する第2トランジスタと、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとを分離領域を介して隣接して配置し、前記第1トランジスタの前記ベース電極と前記第2トランジスタの前記ソース電極を接続した単位素子と、前記単位素子を並列に接続した複数のスイッチング素子と、前記複数の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共通で接続する第1RFポートと、前記複数の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それぞれ接続する複数の第2RFポートと、前記複数のスイッチング素子のドレイン電極にそれぞれ接続する電源端子と、を具備し、前記第2トランジスタのゲート電極にそれぞれ制御信号を印加し前記第2トランジスタの導通により供給される電流によって前記第1トランジスタを駆動し、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 compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers forming at least one heterojunction are stacked, and the semiconductor layer provided on the substrate, each of the semiconductor layers being a collector layer and a base layer. A first transistor having a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode as an emitter layer; a second transistor provided on the substrate and having a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode; the first transistor and the second transistor; Are arranged adjacent to each other through an isolation region, a unit element that connects the base electrode of the first transistor and the source electrode of the second transistor, and a plurality of switching elements that connect the unit elements in parallel, A first RF port commonly connected to a collector electrode or an emitter electrode of the plurality of switching elements; A plurality of second RF ports connected to emitter electrodes or collector electrodes of the plurality of switching elements, respectively, and power supply terminals connected to drain electrodes of the plurality of switching elements, respectively, and each of the gate electrodes of the second transistors The problem is solved by applying a control signal, driving the first transistor with a current supplied by conduction of the second transistor, and forming a signal path between the first and second RF ports.

本実施形態によれば、HBTとFETを分離領域を介して隣接して配置し、HBTのベース電極にMESFETのソース電極を接続した単位素子を複数接続してスイッチング素子を構成し、スイッチ回路装置を実現する。つまり、単位素子は櫛状のHBTのベース電極毎にMESFETが接続し、且つHBTとMESFETが分離領域を介して隣り合って配置されている。そして、スイッチング素子は、MESFETのドレイン電極を電源端子VDDに接続し、MESFETのゲート電極に入力された電圧信号により、HBTのコレクタ−エミッタ間電流を変化させる。HBTとMESFETの距離が近接しているため、HBTの動作による発熱はMESFETに伝達する。しかし、MESFETのドレイン電流は負の温度係数を持つため、本実施形態のHBTのベース電流も負の温度係数を持つ。つまり、本実施形態ではHBTの発熱は、HBTのコレクタ電流を減少させる。 According to this embodiment, an HBT and an FET are arranged adjacent to each other through an isolation region, and a plurality of unit elements each having a source electrode of an MESFET connected to a base electrode of the HBT are connected to form a switching element, and a switch circuit device Is realized. In other words, the unit element has a MESFET connected to each base electrode of the comb-shaped HBT, and the HBT and the MESFET are arranged adjacent to each other via the isolation region. The switching element connects the drain electrode of the MESFET to the power supply terminal V DD , and changes the collector-emitter current of the HBT by a voltage signal input to the gate electrode of the MESFET. Since the distance between the HBT and the MESFET is close, heat generated by the operation of the HBT is transmitted to the MESFET. However, since the drain current of the MESFET has a negative temperature coefficient, the base current of the HBT of this embodiment also has a negative temperature coefficient. That is, in the present embodiment, the heat generation of the HBT decreases the collector current of the HBT.

従って、このような単位素子を並列に複数接続したスイッチング素子において、単位素子毎に動作電流が不均一となっても、1つの単位素子に電流が集中することはなく二次降伏による破壊は発生しない。つまり、従来のHBTに比べて大幅に電流密度を向上させて動作させることができる。   Therefore, in a switching element in which a plurality of such unit elements are connected in parallel, even if the operating current is non-uniform for each unit element, the current does not concentrate on one unit element, and breakdown due to secondary breakdown occurs. do not do. That is, the current density can be greatly improved as compared with the conventional HBT.

以下に図1から図10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を参照し、第1の実施形態のスイッチング回路装置の回路図を示す。図1(A)は回路図概要図であり、図1(B)は実際の回路図である。   First, referring to FIG. 1, a circuit diagram of a switching circuit device according to a first embodiment is shown. 1A is a schematic diagram of a circuit diagram, and FIG. 1B is an actual circuit diagram.

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。   The switching circuit device is, for example, an SPDT (Single Pole Double Throw) switch MMIC.

SPDTスイッチMMIC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を有する。第1スイッチング素子SW1はHBT1およびFET1より構成され、第2スイッチング素子SW2はHBT2およびFET2より構成される。尚、FET1、FET2はMESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)である。   The SPDT switch MMIC includes a first switching element SW1 and a second switching element SW2. The first switching element SW1 is composed of HBT1 and FET1, and the second switching element SW2 is composed of HBT2 and FET2. Note that FET1 and FET2 are MESFETs (Metal Semiconductor Field Effect Transistors).

第1および第2スイッチング素子SW1、SW2は、HBT1およびHBT2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、例えばアンテナなどに接続する共通入力端子INである。   The first and second switching elements SW1 and SW2 have the collectors of HBT1 and HBT2 commonly connected to the first RF port. The first RF port is a common input terminal IN connected to, for example, an antenna.

また、第1および第2スイッチング素子SW1、SW2は、HBT1、HBT2のエミッタがそれぞれ第2RFポートに接続する。第2RFポートは、例えば発信用側回路などに接続する第1出力端子OUT1と、受信側回路等に接続する第2出力端子OUT2である。   Further, the first and second switching elements SW1 and SW2 have the emitters of HBT1 and HBT2 connected to the second RF port, respectively. The second RF port is, for example, a first output terminal OUT1 connected to a transmission side circuit or the like, and a second output terminal OUT2 connected to a reception side circuit or the like.

HBT1およびHBT2のベースはそれぞれFET1およびFET2を介して、例えば発信用制御端子および受信用制御端子である第1制御端子Ctl1、第2制御端子Ctl2に接続される。   The bases of HBT1 and HBT2 are connected to the first control terminal Ctl1 and the second control terminal Ctl2 which are, for example, a transmission control terminal and a reception control terminal via FET1 and FET2, respectively.

FET1およびFET2は、それぞれドレインが電源端子VDDに接続し、ソースがそれぞれHBT1、HBT2のベースに接続する。ゲートは、それぞれコントロール抵抗R1およびR2を介して第1制御端子Ctl1、第2制御端子Ctl2に接続する。コントロール抵抗R1、R2は、交流接地となる制御端子Ctl1、Ctl2の直流電位に対して、ゲート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。コントロール抵抗R1、R2の抵抗値は5KΩ〜10KΩ程度である。 Each of FET1 and FET2 has a drain connected to the power supply terminal V DD and a source connected to the bases of HBT1 and HBT2. The gates are connected to the first control terminal Ctl1 and the second control terminal Ctl2 via the control resistors R1 and R2, respectively. The control resistors R1 and R2 are arranged for the purpose of preventing leakage of a high-frequency signal through the gate with respect to the DC potential of the control terminals Ctl1 and Ctl2 serving as AC grounding. The resistance values of the control resistors R1 and R2 are 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FETが導通し、FETにより供給される電流によって、HBT1またはHBT2のいずれかを駆動する。そして第1RFポートおよび第2RFポート間に1つの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 FET on the side to which the H level is applied conducts, and either HBT1 or HBT2 is driven by the current supplied by the FET. One 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レベルが印加されるとFET1のソース−ドレイン間が導通する。これにより、電源端子VDDから供給されるベース電流Iをベースバイアスとして、HBT1が動作する。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、FET2は導通せず、HBT2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。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。 For example, when the H level is applied to the first control terminal Ctl1, the source and drain of the FET 1 are conducted. Thus, the base current I B supplied from the power supply terminal V DD as a base bias, HBT 1 is operated. At this time, since an L level signal is applied to the second control terminal Ctl2, the FET2 does not conduct and the HBT2 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. 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.

HBT1およびHBT2のエミッタおよびコレクタ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、HBT1およびHBT2のエミッタおよびコレクタ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 and collector of HBT1 and HBT2, respectively. The bias point BP applies a bias potential (for example, GND potential) equal to the emitters and collectors of HBT1 and HBT2.

そして、HBT1およびHBT2のエミッタとバイアスポイントBP間、およびHBT1およびHBT2のコレクタ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。   Then, high-frequency signal separating elements 30 are connected between the emitters of HBT1 and HBT2 and the bias point BP, and between the collectors of HBT1 and HBT2 and the bias point BP, respectively. 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).

更に、同様の理由により、ドレインバイアスを印加する電源端子VDDとFET1間、および電源端子VDDとFET2間にも、高周波信号の分離素子30を接続する。 Further, for the same reason, the high-frequency signal separation element 30 is also connected between the power supply terminal V DD to which the drain bias is applied and the FET 1 and between the power supply terminal V DD and the FET 2.

以下この回路動作について説明する。   The circuit operation will be described below.

HBT1、HBT2のオン電圧(ベース−エミッタ間電圧VBE)は例えば1.6Vである。そしてFET1、FET2はエンハンスメント型でありピンチオフ電圧Vpは0Vである。 The on-voltage (base-emitter voltage V BE ) of HBT1 and HBT2 is, for example, 1.6V. FET1 and FET2 are enhancement type, and the pinch-off voltage Vp is 0V.

つまり、オン側の制御端子(例えば第1制御端子Ctl1)の電位がHBT1のエミッタおよびコレクタの電位より、1.6V(=1.6V+0V)以上高くなった時点で、初めてFET1とHBT1がオンする。   That is, FET1 and HBT1 are turned on for the first time when the potential of the on-side control terminal (for example, the first control terminal Ctl1) becomes 1.6V (= 1.6V + 0V) or more higher than the potential of the emitter and collector of HBT1. .

ここではHBT1、HBT2のエミッタおよびコレクタの電位はGND電位(0V)としている。オン側の第1制御端子Ctl1には3Vが印加されるため、第1制御端子Ctl1と、HBT1のエミッタおよびコレクタの電位との電位差は3V(=3V−0V)となる。これは、FET1およびHBT1が共にオンする電位(1.6V)より十分高い。つまり、バイアスポイントBPに接続する分離素子30(抵抗)による電圧ドロップを考慮しても第1制御端子Ctl1より印加される電位によってFET1とHBT1は十分オンし、HBT1のエミッタ−コレクタ間が導通する。   Here, the potentials of the emitters and collectors of HBT1 and HBT2 are set to the GND potential (0 V). Since 3V is applied to the first control terminal Ctl1 on the on side, the potential difference between the first control terminal Ctl1 and the potentials of the emitter and collector of the HBT1 is 3V (= 3V-0V). This is sufficiently higher than the potential (1.6 V) at which both FET1 and HBT1 are turned on. That is, even when voltage drop due to the separation element 30 (resistor) connected to the bias point BP is taken into account, the FET 1 and the HBT 1 are sufficiently turned on by the potential applied from the first control terminal Ctl 1, and the emitter-collector of the HBT 1 becomes conductive. .

一方オフ側は、HBT2のエミッタおよびコレクタの電位0V(GND)に対して、第2制御端子Ctl2は0Vである。第2制御端子Ctl2の電位がHBT2のエミッタおよびコレクタの電位より1.6V以上高くなった時点でFET2とHBT2がオンするためOFF側は1.6Vの振幅のパワーに耐えることができる。   On the other hand, on the off side, the second control terminal Ctl2 is 0V with respect to the potential of the emitter and collector of the HBT2 of 0V (GND). Since the FET 2 and the HBT 2 are turned on when the potential of the second control terminal Ctl 2 becomes 1.6 V or higher than the potential of the emitter and collector of the HBT 2, the OFF side can withstand 1.6 V amplitude power.

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。   An amplitude of 1.6 V corresponds to a power of 20.1 dBm, and can be used for wireless LAN and Bluetooth.

このように、例えば第1スイッチング素子SW1は、HBT1のエミッタおよびコレクタの電位を基準とした第1制御端子Ctl1の電位が、HBT1のオン電圧とFET1のピンチオフ電圧を加算した値を超えたとき、オンし始める(第2スイッチング素子SW2側も同様)。第1の実施の形態では、HBT1、HBT2のエミッタおよびコレクタの電位をGNDとした。また、図示は省くが抵抗分割などのバイアス回路を設けることによりHBT1、HBT2のエミッタおよびコレクタの電位は自由に設定できる。従ってHBT1、HBT2のオン電圧とFET1、FET2のピンチオフ電圧を加算した値は、上記の例に限らずどのような値であっても、バイアス回路を調整することにより第1の実施の形態と同じ特性を得ることができる。すなわちFET1およびFET2は、エンハンスメント型およびディプレッション型の何れでも良い。   Thus, for example, in the first switching element SW1, when the potential of the first control terminal Ctl1 with respect to the potential of the emitter and collector of the HBT1 exceeds the value obtained by adding the ON voltage of the HBT1 and the pinch-off voltage of the FET1, It starts to turn on (the same applies to the second switching element SW2 side). In the first embodiment, the potentials of the emitters and collectors of HBT1 and HBT2 are set to GND. Although not shown, the potentials of the emitters and collectors of HBT1 and HBT2 can be set freely by providing a bias circuit such as a resistance divider. Therefore, the value obtained by adding the ON voltage of HBT1 and HBT2 and the pinch-off voltage of FET1 and FET2 is not limited to the above example, and is the same as that of the first embodiment by adjusting the bias circuit. Characteristics can be obtained. That is, FET1 and FET2 may be either enhancement type or depletion type.

図1(B)は、図1(A)に示したHBT1とFET1の実際の接続、およびHBT2とFET2の実際の接続を示す回路図である。   FIG. 1B is a circuit diagram showing an actual connection between HBT1 and FET1 and an actual connection between HBT2 and FET2 shown in FIG.

第1および第2スイッチング素子SW1、SW2を構成するHBT1およびHBT2の実際のパターンはコレクタ、ベース、エミッタを櫛状に配置し、FET1、FET2もソース、ドレイン、ゲートを櫛状に配置している。そして、HBT1のベースとFET1のソース、およびHBT2のベースとFET2のソースは、実際はすべて各櫛ごとに対応している。   The actual pattern of HBT1 and HBT2 constituting the first and second switching elements SW1 and SW2 has a collector, base and emitter arranged in a comb shape, and FET1 and FET2 also have a source, drain and gate arranged in a comb shape. . The base of HBT1 and the source of FET1 and the base of HBT2 and the source of FET2 actually correspond to each comb.

図1(B)では、HBT1、HBT2、FET1、FET2の各櫛を示した。つまり、本実施形態では、第1トランジスタ101および第2トランジスタ102を接続して単位素子100とし、単位素子100を複数並列接続して第1スイッチング素子SW1および第2スイッチング素子SW2を構成している。   In FIG. 1B, each comb of HBT1, HBT2, FET1, and FET2 is shown. That is, in this embodiment, the first transistor 101 and the second transistor 102 are connected to form the unit element 100, and a plurality of unit elements 100 are connected in parallel to form the first switching element SW1 and the second switching element SW2. .

第1トランジスタ101は、化合物半導体基板にコレクタ層、ベース層、エミッタ層となる半導体層を積層して少なくとも1つのヘテロ接合を形成し、各半導体層にそれぞれ接続するコレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を有するHBTである。HBTはメサ構造を有しており、本実施形態では最小単位のメサ構造で構成される第1トランジスタを以下単位HBT101と称する。   The first transistor 101 is formed by stacking semiconductor layers to be a collector layer, a base layer, and an emitter layer on a compound semiconductor substrate to form at least one heterojunction, and a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode respectively connected to each semiconductor layer. It is HBT which has. The HBT has a mesa structure, and in the present embodiment, the first transistor configured with the minimum unit mesa structure is hereinafter referred to as a unit HBT101.

第2トランジスタ102は、単位HBT101と同じ基板に設けられ、半導体層のいずれかをチャネル層とし、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有するMESFETである。本実施形態では各電極の最小単位で構成される第2トランジスタ102を以下単位FET102と称する。   The second transistor 102 is a MESFET that is provided on the same substrate as the unit HBT 101, has one of the semiconductor layers as a channel layer, and includes a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode. In the present embodiment, the second transistor 102 configured by the minimum unit of each electrode is hereinafter referred to as a unit FET 102.

1組の単位HBT101と単位FET102は、後述の分離領域を介して隣接して配置されており、単位HBT101のベースと単位FET102のソースが接続して1つの単位素子100(破線)を構成している。   One set of unit HBT 101 and unit FET 102 are arranged adjacent to each other via an isolation region described later, and the base of unit HBT 101 and the source of unit FET 102 are connected to form one unit element 100 (broken line). Yes.

そして単位素子100を並列接続して、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が構成される。単位素子100は並列接続されているが、1つの単位素子100のベースおよびソースは、他の単位素子100のベースおよびソースとはそれぞれ共通接続しない。   The unit elements 100 are connected in parallel to form the first switching element SW1 and the second switching element SW2. The unit elements 100 are connected in parallel, but the base and source of one unit element 100 are not commonly connected to the base and source of other unit elements 100, respectively.

具体的には、1つの単位素子100は、単位HBT101のエミッタ、コレクタ、およびFET102のドレイン、ゲートを、他の単位HBT101の、エミッタ、コレクタ、ドレイン、ゲートとそれぞれ共通接続する。   Specifically, one unit element 100 commonly connects the emitter and collector of the unit HBT 101 and the drain and gate of the FET 102 to the emitter, collector, drain and gate of the other unit HBT 101, respectively.

各単位素子100は、単位FET102のドレインが電源端子VDDに接続する。そして、単位HBT101のコレクタ−エミッタ電圧VCEを0Vにバイアスし、第1および第2制御端子Ctl1、Ctl2に相補信号を印加する。これにより、第1スイッチング素子SW1または第2スイッチング素子SW2のいずれかの単位HBT101に所定のベース電流を印加してコレクタ−エミッタ間を導通させる。あるいはベース電流を0としてコレクタ−エミッタ間を遮断する。これにより共通入力端子IN−第1出力端子OUT1間または、共通入力端子IN−第2出力端子OUT2間のいずれかに信号経路を形成する。 In each unit element 100, the drain of the unit FET 102 is connected to the power supply terminal V DD . Then, the collector-emitter voltage V CE of the unit HBT 101 is biased to 0 V, and complementary signals are applied to the first and second control terminals Ctl1 and Ctl2. As a result, a predetermined base current is applied to the unit HBT 101 of either the first switching element SW1 or the second switching element SW2 to conduct between the collector and the emitter. Alternatively, the base current is set to 0 and the collector-emitter is cut off. Thereby, a signal path is formed either between the common input terminal IN and the first output terminal OUT1 or between the common input terminal IN and the second output terminal OUT2.

図1(A)はこれらを概略的に示したものであり、第1スイッチング素子SW1の単位HBT101によってHBT1が構成され、第1スイッチング素子SW1の単位FET102によってFET1が構成される様子を示す。同様に、第2スイッチング素子SW2の単位HBT101によって図1(A)に示すHBT2が構成され、第2スイッチング素子SW2の単位FET102によってFET2が構成される様子を示している。   FIG. 1A schematically shows these, and shows a state in which an HBT1 is configured by the unit HBT101 of the first switching element SW1 and an FET1 is configured by the unit FET102 of the first switching element SW1. Similarly, the HBT2 shown in FIG. 1A is configured by the unit HBT101 of the second switching element SW2, and the FET2 is configured by the unit FET102 of the second switching element SW2.

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Hレベルまたは両方Lレベルの場合もある。両方Hレベルのときは第1スイッチング素子SW1および第2スイッチング素子SW2が両方導通し、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 be both H level or both L level. When both are at the H level, both the first switching element SW1 and the second switching element SW2 are conductive, and when both are at the L level, both SW1 and SW2 are cut off.

図2は、図1(B)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. 1B 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、電源端子VDD、接地端子GNDとなる各パッドI、O1、O2、C1、C2、V、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, which become 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, the power supply terminal V DD , and the ground terminal GND, C2, V, and G are provided around the substrate.

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および単位FET102からなる。単位HBT101および単位FET102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 unit FET 102. The unit HBT 101 and the unit FET 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.

単位FET102の1層目のドレイン電極10、ソース電極11はオーミック金属層により島状に形成される。2層目のドレイン電極16は配線金属層により島状に形成される。2層目のドレイン電極16上には金メッキ層によるドレイン配線160が形成され、他の単位FET102のドレイン電極と接続し、電源端子パッドVに接続する。   The drain electrode 10 and the source electrode 11 in the first layer of the unit FET 102 are formed in an island shape by an ohmic metal layer. The second drain electrode 16 is formed in an island shape by a wiring metal layer. A drain wiring 160 made of a gold plating layer is formed on the drain electrode 16 of the second layer, and is connected to the drain electrode of another unit FET 102 and connected to the power supply terminal pad V.

単位HBT101と単位FET102は、分離領域20を介して隣接して配置され、単位HBT101のベース電極8と、単位FET102のソース電極11が配線金属層により形成される接続配線17によって接続され、1つの単位素子100を構成する。   The unit HBT 101 and the unit FET 102 are disposed adjacent to each other via the isolation region 20, and the base electrode 8 of the unit HBT 101 and the source electrode 11 of the unit FET 102 are connected by a connection wiring 17 formed of a wiring metal layer. The unit element 100 is configured.

ソース電極11およびドレイン電極10間の不純物領域23にはゲート金属層からなるゲート電極12が設けられる。ゲート電極12は、配線金属層からなるゲート配線120によって他の単位FET102のゲート電極12と接続し、コントロール抵抗R1を介して第1制御端子パッドC1に接続する。   A gate electrode 12 made of a gate metal layer is provided in the impurity region 23 between the source electrode 11 and the drain electrode 10. The gate electrode 12 is connected to the gate electrode 12 of another unit FET 102 by a gate wiring 120 made of a wiring metal layer, and is connected to the first control terminal pad C1 via the control resistor R1.

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。また、電源端子パッドV−ドレイン配線160間、および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. In addition, a resistor serving as the separation element 30 is also connected between the power supply terminal pad V and the drain wiring 160 and between the common input terminal pad I and the ground terminal pad G. The separation element prevents leakage of high frequency signals.

コントロール抵抗R1および分離素子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。   The resistance of the control resistor R1 and the isolation element 30 is the impurity region 23 isolated by the isolation region 20.

また、各パッドの周辺およびゲート配線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。   A peripheral impurity region 170 is provided around each pad and around the gate wiring 120 to improve isolation.

図3は、単位素子100の拡大平面図を示す。   FIG. 3 shows an enlarged plan view of the unit element 100.

化合物半導体基板上に複数の半導体層を積層し、単位HBT101および単位FET102を形成する。   A plurality of semiconductor layers are stacked on a compound semiconductor substrate to form unit HBT 101 and unit FET 102.

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 collector electrode 7 of the first layer, the emitter electrode 15 and 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.

単位FET102は、後述するが、単位HBT101と同じ基板および半導体層上に設けられる。所望のパターンで半導体層をメサエッチングし、コンタクト層およびチャネル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 FET 102 is provided on the same substrate and semiconductor layer as the unit HBT 101. The semiconductor layer is mesa-etched in a desired pattern, and each semiconductor layer to be a contact layer and a channel layer is formed in a mesa shape.

オーミック金属層(AuGe/Ni/Au)により、各層とそれぞれコンタクトする1層目のドレイン電極10、ソース電極11が設けられる。ドレイン電極10およびソース電極11間のチャネル層表面には、ゲート金属層(Pt/Mo)によりゲート電極12が設けられる。ゲート電極12は、島状のソース電極11、ドレイン電極10の間で、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。   The ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) provides a first drain electrode 10 and a source electrode 11 that are in contact with each layer. On the surface of the channel layer between the drain electrode 10 and the source electrode 11, a gate electrode 12 is provided by a gate metal layer (Pt / Mo). The gate electrode 12 extends between the island-shaped source electrode 11 and the drain electrode 10 in a direction orthogonal to the extending direction of each electrode of the comb-shaped unit HBT 101.

ドレイン電極10、ソース電極11、ゲート電極12が配置される単位FET102の動作領域は、半導体層を分離領域20で分離した不純物領域23上に形成する。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 operation region of the unit FET 102 in which the drain electrode 10, the source electrode 11, and the gate electrode 12 are disposed is formed on the impurity region 23 obtained by separating the semiconductor layer 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.

1層目のドレイン電極10の上には、配線金属層(Ti/Pt/Au)により2層目のドレイン電極16が設けられる。また2層目のドレイン電極16上には、金メッキ層によりドレイン配線160が設けられる。   On the drain electrode 10 of the first layer, the drain electrode 16 of the second layer is provided by a wiring metal layer (Ti / Pt / Au). On the drain electrode 16 of the second layer, a drain wiring 160 is provided by a gold plating layer.

ゲート電極12は動作領域外に延在し、配線金属層によるゲート配線120と接続する。ゲート配線120はゲート電極12同士を配線し、制御端子に接続する。ゲート配線の周囲にも分離領域20を配置する。   The gate electrode 12 extends outside the operation region and is connected to the gate wiring 120 formed of a wiring metal layer. The gate wiring 120 connects the gate electrodes 12 to each other and is connected to the control terminal. An isolation region 20 is also arranged around the gate wiring.

1層目のソース電極11上には配線金属層による接続配線17が設けられる。接続配線17は、単位FET102のソース電極11と単位HBT101のベース電極8を接続する。   On the source electrode 11 of the first layer, a connection wiring 17 made of a wiring metal layer is provided. The connection wiring 17 connects the source electrode 11 of the unit FET 102 and the base electrode 8 of the unit HBT 101.

単位FET102と単位HBT101は、同一基板上に設けられるが、
一部の半導体層はメサ状に形成されて空間により分離されている。メサエッチングされない領域においては、二点鎖線の如くイオン注入による分離領域20により分離されている。つまり、単位HBT101と単位FET102は同一の基板および半導体層に設けた分離領域20を介して隣接して配置され、HBT101のベース電極8およびFET102のソース電極11が接続配線17により接続する。
The unit FET 102 and the unit HBT 101 are provided on the same substrate.
Some semiconductor layers are formed in a mesa shape and are separated by a space. A region that is not mesa-etched is separated by a separation region 20 by ion implantation, such as a two-dot chain line. That is, the unit HBT 101 and the unit FET 102 are arranged adjacent to each other via the isolation region 20 provided on the same substrate and semiconductor layer, and the base electrode 8 of the HBT 101 and the source electrode 11 of the FET 102 are connected by the connection wiring 17.

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、1組のソース電極11、ゲート電極12、ドレイン電極10よりなる単位FET102とを接続し、近接して配置したものである。そして、単位HBT101のベース層およびコレクタ層は、それぞれ単位FET102の相当する半導体層と連続する。   The unit element 100 of this 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 a broken line, and a pair of a source electrode 11, a gate electrode 12, and a drain electrode 10. The unit FETs 102 are connected and arranged close to each other. The base layer and the collector layer of the unit HBT 101 are continuous with the corresponding semiconductor layer of the unit FET 102, respectively.

第1スイッチング素子SW1は、単位素子100が並列接続したものである。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、FET102のゲート配線120によって、各単位FET102のゲート電極12が互いに接続され、FET102のゲート配線120は第1制御端子Ctl1に接続する。ドレイン配線160によって各単位FET102のドレイン電極10、16が互いに接続され、電源端子VDDに接続する。 The first switching element SW1 is a unit element 100 connected in parallel. That is, collector electrodes 13 and 7 of each unit HBT 101 are connected to each other by collector wiring 130, and emitter electrodes 15 and 9 of each unit HBT 101 are connected to each other by emitter wiring 150. The collector electrodes 7 and 13 are shared by the adjacent unit elements 100. Further, the gate electrodes 120 of the unit FETs 102 are connected to each other by the gate wiring 120 of the FET 102, and the gate wiring 120 of the FET 102 is connected to the first control terminal Ctl1. The drain electrodes 10 and 16 of the unit FETs 102 are connected to each other by the drain wiring 160 and are connected to the power supply terminal V DD .

ここで、単位HBT101のベース電極8と単位FET102のソース電極11は、1つの単位素子100において接続配線17で接続されるが、複数の単位素子100が櫛状に配置されるレイアウトにおいて、HBT101のベース電極8同士およびFET102のソース電極11同士が直接接続することはない。   Here, the base electrode 8 of the unit HBT 101 and the source electrode 11 of the unit FET 102 are connected by the connection wiring 17 in one unit element 100, but in a layout in which a plurality of unit elements 100 are arranged in a comb shape, The base electrodes 8 and the source electrodes 11 of the FET 102 are not directly connected.

図4は、単位素子100を説明する図であり、図4(A)が図3のa−a線断面図、図4(B)が単位HBT101の斜視図、図4(C)が単位FET102の斜視図である。尚、図4では接続配線17以外の2層目以上の電極を省略している。   4A and 4B are diagrams illustrating the unit element 100. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. 3, FIG. 4B is a perspective view of the unit HBT 101, and FIG. FIG. In FIG. 4, the electrodes of the second and higher layers other than the connection wiring 17 are omitted.

図4(A)の如く、半絶縁性のGaAs基板1上に、複数の半導体層、すなわちn+GaAs層2、nInGaP層3、p+GaAs層4、nInGaP層5、n+GaAs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、メサ状に形成される。また基板1に達する分離領域20が設けられる。分離領域は、B+等のイオン注入による絶縁化領域20である。   As shown in FIG. 4A, a plurality of semiconductor layers, that is, an n + GaAs layer 2, an nInGaP layer 3, a p + GaAs layer 4, an nInGaP layer 5, and an n + GaAs layer 6 are stacked on a semi-insulating GaAs substrate 1. A part of the semiconductor layer is removed by etching to form a mesa shape. A separation region 20 reaching the substrate 1 is also provided. The isolation region is an insulating region 20 by ion implantation of B + or the like.

単位素子100は、メサ状の半導体層および絶縁化領域20によって、2つの領域に分離され、一方の領域には単位HBT101が形成され、他方の領域には単位FET102が形成される。   The unit element 100 is separated into two regions by the mesa-like semiconductor layer and the insulating region 20, the unit HBT 101 is formed in one region, and the unit FET 102 is formed in the other region.

図4(B)は、図4(A)のc−c線で示した断面で単位素子を上記2つの領域に切り離したときの単位HBT101の斜視図である。尚ここでは接続電極17は省略している。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+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nInGaP層である。その膜厚は1000〜5000Åである。ベース層4aは、コレクタ層12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+GaAs層である。膜厚は数百〜2000Åである。エミッタ層5aは、ベース層4a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5a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6aは、エミッタ層5a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+GaAs層で、膜厚は数千Åである。 FIG. 4B is a perspective view of the unit HBT 101 when the unit element is cut into the two regions in the cross section indicated by the line cc in FIG. Here, the connection electrode 17 is omitted. The sub-collector layer 2 of the unit HBT 101 is an n + 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 nInGaP 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 4a is a p + GaAs layer formed on the collector layer 12 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 5a is an n-type InGaP layer formed on a partial region of the base layer 4a 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 5a is lattice-matched with the upper and lower GaAs layers. The emitter contact layer 6a is an n + GaAs layer formed on the emitter layer 5a 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.

本実施形態の単位HBT101は、エミッタ層5aとベース層4a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4a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5a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5a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。本実施形態では、このように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については後に詳述する。   The unit HBT 101 of this embodiment forms an InGaP / GaAs heterojunction with the collector layer 3 and the base layer 4a in addition to forming an InGaP / GaAs heterojunction with the emitter layer 5a and the base layer 4a. is doing. A transistor is operated in a forward direction in which the emitter layer 5a operates as an emitter (hereinafter referred to as forward transistor operation) and in a reverse direction in which the emitter layer 5a operates as a collector (hereinafter referred to as 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. In this embodiment, an HBT in which the emitter and the collector are symmetric with respect to the base as described above (hereinafter, symmetric HBT) is employed. The symmetric HBT will be described in detail later.

尚、エミッタ層5a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、その場合もベース層4aのGaAs層と格子整合している。   The semiconductor layer that becomes the emitter layer 5a and the collector layer 3 may be an AlGaAs layer instead of the InGaP layer, and in this case, lattice matching with the GaAs layer of the base layer 4a.

ベース層4aより下層は面S1’付近において分離のための絶縁化領域20が設けられている。   An insulating region 20 for separation is provided in the vicinity of the surface S1 'below the base layer 4a.

サブコレクタ層2の表面には、コレクタ層3を挟む位置にオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)からなる1層目のコレクタ電極7が配置される。ベース層4aの表面には、エミッタ層5aを囲むパターンで、オーミック金属層(Pt/Ti/Pt/Au)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6aの上部にはオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)からなる1層目のエミッタ電極9が配置される。   On the surface of the subcollector layer 2, a first collector electrode 7 made of an ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) is disposed at a position sandwiching the collector layer 3. A base electrode 8 made of an ohmic metal layer (Pt / Ti / Pt / Au) is arranged on the surface of the base layer 4a in a pattern surrounding the emitter layer 5a. A first emitter electrode 9 made of an ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) is disposed on the emitter contact layer 6a.

図4(C)は、図4(A)のc−c線で示した断面で単位素子を切り離したときの単位FET102の斜視図である。単位FET102はnInGaP層5をチャネル層5bとする。また、最上層のn+GaAs層6をコンタクト層6bs、6bdとする。コンタクト層6bd、6bsはそれぞれFETのドレイン領域およびソース領域となる。コンタクト層6bd、6bsもメサ状に形成され、それらの間に露出したチャネル層5bにゲート電極12が設けられる。コンタクト層6bd、6bs上には、オーミック金属層によって1層目のドレイン電極10、ソース電極11がそれぞれ形成される。   FIG. 4C is a perspective view of the unit FET 102 when the unit element is cut along the cross section indicated by the line cc in FIG. The unit FET 102 uses the nInGaP layer 5 as the channel layer 5b. The uppermost n + GaAs layer 6 is used as contact layers 6bs and 6bd. The contact layers 6bd and 6bs become the drain region and the source region of the FET, respectively. The contact layers 6bd and 6bs are also formed in a mesa shape, and the gate electrode 12 is provided on the channel layer 5b exposed between them. On the contact layers 6bd and 6bs, the first drain electrode 10 and the source electrode 11 are formed by ohmic metal layers, respectively.

また、チャネル層5bの下層にはp型バッファ層4bが配置される。p型バッファ層4bはp+GaAs層であり、この層により、チャネルから基板側にリークするキャリアを防止できる。   A p-type buffer layer 4b is disposed below the channel layer 5b. The p-type buffer layer 4b is a p + GaAs layer, and this layer can prevent carriers leaking from the channel to the substrate side.

尚、p+GaAs層4より下層はFETとして特に動作に影響しない層であるので、単位HBT101の特性が最適になるように設計すればよい。   Note that the layer below the p + GaAs layer 4 is a layer that does not particularly affect the operation of the FET, so that the characteristics of the unit HBT 101 may be designed to be optimum.

図4(A)に示す単位素子100は、図4(B)に示す単位HBT101の面S1’と図4(C)に示す単位FET102の面S1とを当接させた構造である。当接面は図4(A)のc−c線の面である。そして、単位FET102のソース電極11上に配線金属層(Ti/Pt/Au)により接続配線17が設けられる。接続配線17は、単位FET102のメサに沿って、また絶縁化領域20上を通過して単位HBT101のベース電極8上まで延在する。   The unit element 100 shown in FIG. 4A has a structure in which the surface S1 'of the unit HBT 101 shown in FIG. 4B and the surface S1 of the unit FET 102 shown in FIG. The contact surface is the surface of line cc in FIG. A connection wiring 17 is provided on the source electrode 11 of the unit FET 102 by a wiring metal layer (Ti / Pt / Au). The connection wiring 17 extends along the mesa of the unit FET 102 and over the insulating region 20 to the base electrode 8 of the unit HBT 101.

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6aおよびエミッタ層5aを形成するメサエッチングにより、同時に単位FET102の領域にもメサが形成される。つまり、図3においてエミッタメサEMが同時に形成されるメサである。   In this embodiment, a mesa is simultaneously formed in the region of the unit FET 102 by mesa etching for forming the emitter contact layer 6a and the emitter layer 5a of the unit HBT 101. That is, in FIG. 3, the emitter mesa EM is formed simultaneously.

また、単位HBT101のベース層4aおよびコレクタ層3を形成するメサエッチングにより、同時に単位FET102の領域にもメサが形成される。つまり、図3においてベースメサBMが同時に形成されるメサである。   In addition, a mesa is simultaneously formed in the region of the unit FET 102 by mesa etching for forming the base layer 4a and the collector layer 3 of the unit HBT 101. That is, in FIG. 3, the base mesa BM is a mesa formed at the same time.

従って、単位FET102のソース電極11と単位HBT101のベース電極8を接続する接続配線17がエミッタメサEMを昇降し、さらにゲート配線120がベースメサBMを昇降する。   Therefore, the connection wiring 17 connecting the source electrode 11 of the unit FET 102 and the base electrode 8 of the unit HBT 101 moves up and down the emitter mesa EM, and the gate wiring 120 moves up and down the base mesa BM.

そこで、本実施形態では接続配線17、ゲート配線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 this embodiment, the connection wiring 17 and the gate wiring 120 are aligned in the direction in which the mesa is raised and lowered, and both extend in the direction parallel to the [01-1-] direction (the direction of the arrow in the figure).

n+GaAs層6およびnInGaP層5はメサ状であり、空間により分離される。一方、p+GaAs層4より下層は、分離領域(絶縁化領域)20により分離される。つまり、つまり、単位HBT101のベース層4a、コレクタ層3、サブコレクタ層2は、単位FET102のバッファ層4b、n−GaAs層3、n+GaAs層2と、電気的には分離されているが構造上は連続する。単位HBT101と単位FET102は、分離領域20を介して隣接して配置される。   The n + GaAs layer 6 and the nInGaP layer 5 have a mesa shape and are separated by a space. On the other hand, the layer below the p + GaAs layer 4 is separated by an isolation region (insulating region) 20. That is, the base layer 4a, the collector layer 3, and the subcollector layer 2 of the unit HBT 101 are electrically separated from the buffer layer 4b, the n-GaAs layer 3, and the n + GaAs layer 2 of the unit FET 102, but structurally. Is continuous. The unit HBT 101 and the unit FET 102 are arranged adjacent to each other with the isolation region 20 interposed therebetween.

本実施形態では、単位素子100毎に単位FET102と単位HBT101が近接して接続される。そして単位HBT101と単位FET102の半導体層の積層構造は同一であり、単位HBT101のベース層4a、コレクタ層3、サブコレクタ層2は、それぞれ単位FET102の相当する半導体層と連続している。従って、単位HBT101の動作による発熱をFET102に伝えることが可能となる。単位FET102のドレイン電流は負の温度係数を有するため、単位HBT101のベース電流も負の温度係数を持つ。従って、単位HBT101の発熱は単位HBT101のコレクタ電流を低減させることになる。   In the present embodiment, the unit FET 102 and the unit HBT 101 are connected in proximity to each other for each unit element 100. The stacked structure of the semiconductor layers of the unit HBT 101 and the unit FET 102 is the same, and the base layer 4a, the collector layer 3, and the sub-collector layer 2 of the unit HBT 101 are each continuous with the corresponding semiconductor layer of the unit FET 102. Therefore, heat generated by the operation of the unit HBT 101 can be transmitted to the FET 102. Since the drain current of the unit FET 102 has a negative temperature coefficient, the base current of the unit HBT 101 also has a negative temperature coefficient. Therefore, the heat generation of the unit HBT 101 reduces the collector current of the unit HBT 101.

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つの単位素子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。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。またこの問題を解決するために一般にはHBTの櫛状の単位素子にエミッタバラスト抵抗やベースバラスト抵抗を挿入するという対策が必ず取られている。しかしエミッタバラスト抵抗やベースバラスト抵抗を挿入すると、高周波特性がその分劣化してしまうという問題が新たに発生する。   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 current is concentrated on one unit element due to a positive feedback action due to temperature and is destroyed by secondary breakdown. For this reason, the current density cannot actually be increased sufficiently. In order to solve this problem, generally, a countermeasure is always taken to insert an emitter ballast resistor or a base ballast resistor in the comb-like unit element of the HBT. However, when an emitter ballast resistor or a base ballast resistor is inserted, a new problem arises that the high-frequency characteristics are degraded accordingly.

しかし、本実施形態によれば、二次降伏対策としてエミッタバラスト抵抗やベースバラスト抵抗など高周波特性を劣化させる方法を取らずに温度補償型のスイッチ回路装置を実現できる。   However, according to the present embodiment, a temperature-compensated switch circuit device can be realized without taking a method of deteriorating high-frequency characteristics such as an emitter ballast resistor and a base ballast resistor as a countermeasure against secondary breakdown.

HBTのベース−エミッタ間電圧VBE−ベース電流の特性は温度に対して正の係数を持っているため、何らかの設計上の不均一要因により、単位素子が他の単位素子に対してベース−エミッタ間電圧VBE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さらにより多くのベース電流、コレクタ電流を流そうするのが通常の二次降伏のプロセスである。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の単位HBT101のベース電流を供給するのは単位FET102であるが、単位FET102は単位HBT101と異なり、温度に対して負の温度係数を持つ。また、単位HBT101と単位FET102が近接しているため発熱した単位HBT101の熱が隣接した単位FET102に伝わり単位FET102のソース電流が減少する。ソースとベースが接続しているため単位FET102のソース電流は単位HBT101のベース電流となる。つまり、単位HBT101の発熱により単位FET102のソース電流が減少し、単位HBT101のベース電流が減少する。これにより単位HBT101のコレクタ電流が減少し、逆に単位HBT101が冷却する方向となる。つまり、結果として二次降伏の発生を防ぐことができる。 Since the characteristics of the base-emitter voltage V BE -base current of the HBT have a positive coefficient with respect to temperature, the unit element may have a base-emitter relative to other unit elements due to some design non-uniformity factor. The inter-voltage V BE bias may be applied slightly larger. As a result, a large amount of base current and collector current flow, and it is a normal secondary breakdown process to flow more base current and collector current than when the temperature rises. However, in the unit element 100 of the present embodiment, the secondary breakdown process is not actually started. The unit FET 102 supplies the base current of the unit HBT 101 of the unit element 100. Unlike the unit HBT 101, the unit FET 102 has a negative temperature coefficient with respect to the temperature. Further, since the unit HBT 101 and the unit FET 102 are close to each other, the heat of the generated unit HBT 101 is transmitted to the adjacent unit FET 102 and the source current of the unit FET 102 is reduced. Since the source and base are connected, the source current of the unit FET 102 becomes the base current of the unit HBT 101. That is, the source current of the unit FET 102 decreases due to the heat generation of the unit HBT 101, and the base current of the unit HBT 101 decreases. As a result, the collector current of the unit HBT 101 decreases, and conversely, the unit HBT 101 cools. That is, as a result, occurrence of secondary breakdown can be prevented.

このようなメカニズムを採用することにより、エミッタバラスト抵抗やベースバラスト抵抗など一切の高周波特性を劣化させる要因を付加することなく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。   By adopting such a mechanism, it is possible to prevent the occurrence of secondary breakdown without adding any factors that degrade the high-frequency characteristics such as emitter ballast resistance and base ballast resistance. Can be significantly increased. 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として、前述の対称型HBTを使用することによりコレクタ−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。
図5は、対称型HBTの特性図である。前述の如く、単位HBTは対称型HBTとするとよい。図は、対称型HBTの、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。
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, by using the above-described symmetrical HBT as the unit HBT 101, the current consumption between the collector and the emitter is reduced to zero, 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.
FIG. 5 is a characteristic diagram of a symmetric HBT. As described above, the unit HBT may be a symmetric HBT. Figure symmetric HBT, the 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5(A)のごとく、対称型HBT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5a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5a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5a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6a)とそれぞれ格子整合させる。また、エミッタ層5a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. 5A, the symmetric HBT has 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. It is HBT comprised so that it might become substantially equal. In order to realize this, the emitter layer 5a and the collector layer 3 have basically the same structure. For example, when an InGaP layer is used for the emitter layer 5a, an InGaP layer is also used for the collector layer 3. When InGaP layers are used for the emitter layer 5a and the collector layer 3, they are lattice-matched with the GaAs layers (sub-collector layer 2 and emitter contact layer 6a), respectively. Further, when AlGaAs layers are used for the emitter layer 5a and the collector layer 3, the molar ratio of Al is made the same.

そして、エミッタ層5a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 5a 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.

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。   The symmetrical HBT can operate with a collector-emitter voltage of 0 A by operating the collector-emitter voltage with a bias of 0V.

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5(A)の如く0Vが望ましい。しかし、図5(B)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。 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. 5B, 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.

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。この原因はベース−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。バンドスパイクを無くすためには、Grading層を設けるなどの対応をするとよい。   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. This is caused by a band spike at the bottom of the conduction band at the base-emitter and base-collector heterojunction. In order to eliminate the band spike, a grading layer may be provided.

図6は、単位HBT101の他の構造を説明する断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining another structure of the unit HBT 101.

図6(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. 6A shows a structure having a grading layer in order to eliminate band spikes.

例えばエミッタ層5a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 a 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6(B)は、バラスト抵抗層を入れる場合である。単位素子100を構成するFET102やHBT101の設計によっては二次降伏が十分防止できない場合がある。またHBT101に非常に大きな電流を流す場合には、二次降伏の発生を完全に回避できるとは限らない。そのような場合にはHBT101のエピ構造にバラスト抵抗層を入れることにより重ねて二次降伏対策を取ると良い。   FIG. 6B shows a case where a ballast resistor layer is inserted. Depending on the design of the FET 102 and the HBT 101 constituting the unit element 100, secondary breakdown may not be sufficiently prevented. In addition, when a very large current is passed through the HBT 101, the occurrence of secondary breakdown cannot be completely avoided. In such a case, it is better to take measures against secondary breakdown by putting a ballast resistance layer in the epi structure of HBT 101.

すなわち、対称型のためエミッタ層5a側およびコレクタ層3側にバラスト抵抗層としてn−GaAs層33を配置する。所定の抵抗値を有するn−GaAs層33がバラスト抵抗層となるため、これによっても1つの単位素子に電流が集中することによる二次降伏の発生を防止できる。   That is, because of the symmetrical type, the n-GaAs layer 33 is disposed as a ballast resistance layer on the emitter layer 5a side and the collector layer 3 side. Since the n-GaAs layer 33 having a predetermined resistance value becomes a ballast resistance layer, it is possible to prevent the occurrence of secondary breakdown due to current concentration on one unit element.

バラスト抵抗層33はノンドープのGaAs層で形成しても良いし、エミッタ層5aがInGaP層の場合は、n−InGaP層やノンドープInGaP層でもよい。また、エミッタ層5aがAlGaAs層の場合は、バラスト抵抗層33はn−AlGaAs層やノンドープAlGaAs層で形成しても良い。他の半導体層は図4(B)と同様である。   The ballast resistor layer 33 may be formed of a non-doped GaAs layer, or may be an n-InGaP layer or a non-doped InGaP layer when the emitter layer 5a is an InGaP layer. When the emitter layer 5a is an AlGaAs layer, the ballast resistor layer 33 may be formed of an n-AlGaAs layer or a non-doped AlGaAs layer. The other semiconductor layers are the same as those in FIG.

図6(C)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5aはn型AlGaAs層とする。   FIG. 6C shows the case where the heterojunction is shifted from the emitter-base pn junction, and the emitter layer 5a is an n-type AlGaAs layer.

一般的なHBTの構造として、エミッタ層5aのn型AlGaAs層とベース層4a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4a(p型GaAs層)とエミッタ層5a(n型AlGaAs層)の間にn型GaAs層5a’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HBT101であるため、さらにベース層4a(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 5a and the p-type GaAs layer of the base layer 4a 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 generation of an offset voltage due to a band spike, an n-type GaAs layer 5a ′ is added between the base layer 4a (p-type GaAs layer) and the emitter layer 5a (n-type AlGaAs layer), thereby locating the heterojunction position. It may be shifted from the pn junction position between the so-emitters. Further, since it is a symmetric type HBT 101, an n-type GaAs layer 3 ′ is further added between the base layer 4a (p-type GaAs layer) and the collector layer 3 (n-type AlGaAs layer), so that the heterojunction position is 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4a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5aとして配置する。   As the principle of HBT, in order not to inject holes in the base to the emitter side, an AlGaAs layer having a band gap larger than that of the GaAs layer as the base layer 4a is arranged as the emitter layer 5a.

この構造の場合、追加したnGaAs層5a’とその上に位置するエミッタ層のnAlGaAs層5aの接合がヘテロ接合となる。同様に追加したnGaAs層3’とその下に位置するコレクタ層のnAlGaAs層3の接合がヘテロ接合になる。   In the case of this structure, the junction between the added nGaAs layer 5a 'and the emitter nAlGaAs layer 5a positioned thereon is a heterojunction. Similarly, the junction between the added nGaAs layer 3 'and the nAlGaAs 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5aやコレクタ層3さらにはエミッタコンタクト層6a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 5a, the collector layer 3, and further the emitter contact layer 6a 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に用い、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 used for the 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装置は、GaAsMESFETやHEMTのスイッチ回路装置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 device of this embodiment has the same advantages as the GaAs MESFET and HEMT switch circuit devices. 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.

図7には、パッドおよび配線の断面図を示す。図7(A)および図7(B)が図2のd−d線断面図であり、図7(C)が図2のe−e線断面図である。   FIG. 7 shows a cross-sectional view of the pad and the wiring. 7A and 7B are cross-sectional views taken along the line dd in FIG. 2, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line ee 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)、電源端子パッドV、接地端子パッドGとなるパッドPおよびゲート配線120は、図の如くサブコレクタ層(n+GaAs)層上に設けられている。パッドPおよびゲート配線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7(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7(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 power supply terminal pad V, the pad P serving as the ground terminal pad G, and the gate wiring 120 are shown in FIG. It is provided on the subcollector layer (n + GaAs) layer. The pad P and the gate wiring 120 are provided on the subcollector layer 2 through the nitride film 51 (FIG. 7B) or directly provided on the subcollector layer 2 so as to form a Schottky junction with the surface of the subcollector layer 2. It is formed (FIGS. 7A and 7C).

そこで、パッドPおよびゲート配線120周辺のアイソレーション対策として、パッドPおよびゲート配線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 gate wiring 120, a peripheral impurity region 170 (impurity region 23) is disposed around the pad P and the gate wiring 120. The impurity region 23 of the present embodiment is formed by being separated by the insulating region 20 as described above.

次に、図8および図9を参照して、本発明の第2の実施形態を示す。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第2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 second embodiment is a switch circuit device that can operate with one control terminal by providing a logic circuit.

図8は回路図である。尚、回路図は図1(A)と同様の概要図を示すが、第1および第2スイッチング素子SW1、SW2は実際には図1(B)に示す構成である。   FIG. 8 is a circuit diagram. The circuit diagram shows a schematic diagram similar to FIG. 1A, but the first and second switching elements SW1 and SW2 are actually configured as shown in FIG. 1B.

図8(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。すなわち、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FET2のゲートとを、コントロール抵抗R2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。   FIG. 8A shows a case where an inverter circuit 41 having a resistance load is connected as a logic circuit. That is, 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, for example, the gate of the FET2 of the second switching element SW2 is connected to the control resistor R2. Connect through. The gate of the MESFET 412 is connected to one control terminal Ctl.

図8(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FET2のゲートをコントロール抵抗R2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8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. 8B shows a case where an inverter circuit 41 of 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 gate of the FET 2 are connected. Connection is made via a control resistor R2. Also, the gate of the enhancement type MESFET 414 is connected to one control terminal Ctl. In FIG. 8, 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FET1のゲートに印加され、制御信号の相補信号が第2スイッチング素子SW2のFET2のゲートに印加される。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 gate of the FET1 of the first switching element SW1, and the complementary signal of the control signal is the gate of the FET2 of the second switching element SW2. To be applied. 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9は、図8(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9(A)は平面パターン図であり、図9(B)は図9(A)のf−f線断面図である。   FIG. 9 shows the inverter circuit 41 of the enhancement type / depletion type DCFL shown in FIG. 9A is a plan pattern diagram, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line ff of FIG. 9A.

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6bsd、6bdd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 6bsd and 6bdd, 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6bse、6bde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 6bse and 6bde, 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の端部のドレインコンタクト層6bdeはD型FET413のソースコンタクト層6bsd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 drain contact layer 6bde at the end of the E-type FET 414 is shared with the source contact layer 6bsd of the D-type FET 413.

断面構造は、図4(C)に示した単位FET102と同様であるが、ゲート金属層(Pt/Mo)よりなる第1および第2ゲート電極127、128のPtの蒸着膜厚を異ならせ、チャネル層5b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。   The cross-sectional structure is the same as that of the unit FET 102 shown in FIG. 4C, but the deposition thicknesses of Pt of the first and second gate electrodes 127 and 128 made of the gate metal layer (Pt / Mo) are different, The embedding depth in the channel layer 5b is appropriately selected to realize a predetermined pinch-off voltage Vp.

図10は、第3の実施形態を示す回路図概要図である。第3の実施形態は、SP3T(Single Pole Three Throw)スイッチMMICである。   FIG. 10 is a schematic circuit diagram showing the third embodiment. The third embodiment is an SP3T (Single Pole Throw Through) switch MMIC.

SP3Tは、第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3からなる。第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3は、それぞれHBTを3段直列に接続したHBT群である。第1スイッチング素子SW1の一端のコレクタ、第2スイッチング素子SW2の一端のコレクタ、および第3スイッチング素子SW3の一端のコレクタが共通入力端子INに接続する。   The SP3T includes a first switching element SW1, a second switching element SW2, and a third switching element SW3. The first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 are each an HBT group in which three HBTs are connected in series. The collector at one end of the first switching element SW1, the collector at one end of the second switching element SW2, and the collector at one end of the third switching element SW3 are connected to the common input terminal IN.

第1スイッチング素子SW1はHBT1−1、HBT1−2、HBT1−3を直列に接続したものである。また、HBT1−1、HBT1−2、HBT1−3にそれぞれ対応するFET1−1、FET1−2、FET1−3が設けられる、FET1−1、FET1−2、FET1−3はMESFETであり、ソースがそれぞれHBT1−1、HBT1−2、HBT1−3のベースに接続している。そして、FET1−1、FET1−2、FET1−3の各ゲートがそれぞれコントロール抵抗R11、R12、R13を介して第1制御端子Ctl1に接続する。尚、図10は図1(A)と同様の回路概要図であり、HBT1−1とFET1−1の実際の接続は図1(B)の第1スイッチング素子SW1で示す接続である。   The first switching element SW1 is formed by connecting HBT1-1, HBT1-2, and HBT1-3 in series. Further, FET1-1, FET1-2, and FET1-3 corresponding to HBT1-1, HBT1-2, and HBT1-3, respectively, are provided. FET1-1, FET1-2, and FET1-3 are MESFETs, and the source is These are connected to the bases of HBT1-1, HBT1-2, and HBT1-3, respectively. The gates of the FET 1-1, FET1-2, and FET1-3 are connected to the first control terminal Ctl1 through the control resistors R11, R12, and R13, respectively. FIG. 10 is a circuit schematic diagram similar to FIG. 1A, and the actual connection between the HBT 1-1 and the FET 1-1 is the connection indicated by the first switching element SW1 in FIG.

同様に、第2スイッチング素子SW2を構成するHBT2−1、HBT2−2、HBT2−3のベースは、FET2−1、FET2−2、FET2−3とそれぞれ接続し、各ゲートがコントロール抵抗R21、R22、R23を介して第2制御端子Ctl2に接続する。   Similarly, the bases of HBT2-1, HBT2-2, and HBT2-3 constituting the second switching element SW2 are connected to FET2-1, FET2-2, and FET2-3, respectively, and the gates are connected to control resistors R21, R22. , R23 to the second control terminal Ctl2.

第3スイッチング素子SW3を構成するHBT3−1、HBT3−2、HBT3−3のベースもFET3−1、FET3−2、FET3−3とそれぞれ接続し、各ゲートがコントロール抵抗R31、R32、R33を介して第3制御端子Ctl3に接続する。   The bases of HBT 3-1, HBT 3-2, and HBT 3-3 constituting the third switching element SW 3 are also connected to FET 3-1, FET 3-2, and FET 3-3, respectively, and each gate is connected via control resistors R 31, R 32, and R 33. To the third control terminal Ctl3.

更に、第1スイッチング素子SW1、第2スイッチング素子SW2、第3スイッチング素子SW3の他端の各エミッタが、それぞれ第1出力端子OUT1、第2出力端子OUT2、第3出力端子OUT3に接続する。   Further, the emitters at the other ends of the first switching element SW1, the second switching element SW2, and the third switching element SW3 are connected to the first output terminal OUT1, the second output terminal OUT2, and the third output terminal OUT3, respectively.

第1、第2および第3制御端子Ctl1、Ctl2、Ctl3に印加される制御信号はHレベルまたはLレベルであり、Hレベルの信号が印加されたFETがオンしてスイッチング素子のベースに電流を供給する。これにより、スイッチング素子がオンして信号経路を形成し、共通入力端子INに入力された高周波アナログ信号をオンとなったスイッチング素子に対応する出力端子に伝達するようになっている。抵抗は、交流接地となる制御端子Ctl1、Ctl2、Clt3の直流電位に対してゲート電極を介して高周波信号が漏出することを防止する目的で配置されている。また各HBTのコレクタおよびエミッタとGND間の分離素子30、および各FETのドレインとVDD間の分離素子30はすべてインダクタを使用している。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。 The control signal applied to the first, second, and third control terminals Ctl1, Ctl2, and Ctl3 is H level or L level, and the FET to which the H level signal is applied is turned on to supply current to the base of the switching element. Supply. As a result, the switching element is turned on to form a signal path, and the high-frequency analog signal input to the common input terminal IN is transmitted to the output terminal corresponding to the turned on switching element. The resistors are arranged for the purpose of preventing leakage of high-frequency signals via the gate electrodes with respect to the DC potentials of the control terminals Ctl1, Ctl2, and Clt3 that are AC grounded. In addition, the isolation element 30 between the collector and emitter of each HBT and GND, and the isolation element 30 between the drain and V DD of each FET all use inductors. Since other components are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

図10のスイッチ回路装置は、HBTのオン電圧(ベース−エミッタ間電圧)VBEが例えば1.6Vであり、FETのピンチオフ電圧Vpが0Vであるため、HBTのエミッタおよびコレクタの電位より制御端子の電位が1.6V以上高くなった時点でFETとHBTが共にオンし始める。従って、制御端子に3Vが印加されてオン状態となったスイッチング素子において、分離素子30はインダクタであるためインダクタを流れるベース電流による電圧ドロップは0Vであり、HBTとFETは十分オンし、オン側のスイッチング素子のエミッタ−コレクタ間が導通する。一方オフ側は制御端子に0Vが印加されているため、1.6Vの振幅のパワーに耐えることができる。このとき、SP3Tは3段構成のため、1.6Vの振幅は29.6dBmのパワーに対応し、CDMA携帯電話用途に十分使用できる。また各HBTのエミッタ、コレクタ両方をGND電位に接続しており、各HBTのベース電流の引き込みに使用している。尚CDMA携帯電話用スイッチ回路装置などハイパワー用途においてはHBTを駆動するベース電流が大きいため分離素子30としては、ベース電流が流れることによる電圧ドロップが無いインダクタを使用する。 The switch circuit device of FIG. 10 has an on-voltage (base-emitter voltage) V BE of the HBT of 1.6 V, for example, and the pinch-off voltage Vp of the FET is 0 V. Therefore, the control terminal is based on the potential of the emitter and collector of the HBT. Both the FET and the HBT start to turn on when the potential of becomes higher than 1.6V. Therefore, in the switching element that is turned on when 3V is applied to the control terminal, since the separation element 30 is an inductor, the voltage drop due to the base current flowing through the inductor is 0V, and the HBT and FET are sufficiently turned on. Between the emitter and collector of the switching element. On the other hand, since 0V is applied to the control terminal on the off side, it can withstand 1.6V amplitude power. At this time, since the SP3T has a three-stage configuration, an amplitude of 1.6 V corresponds to a power of 29.6 dBm, and can be sufficiently used for CDMA mobile phone applications. Further, both the emitter and the collector of each HBT are connected to the GND potential, and are used for drawing the base current of each HBT. In a high power application such as a switch circuit device for a CDMA mobile phone, since the base current for driving the HBT is large, an inductor that does not drop a voltage due to the base current flowing is used as the separation element 30.

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(A)回路概要図、(B)回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS (A) The circuit schematic diagram for demonstrating this invention, (B) The circuit diagram. 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)断面図、(B)斜視図、(C)斜視図である。It is (A) sectional drawing, (B) perspective view, and (C) perspective view for demonstrating this invention. 本発明を説明するための特性図である。It is a 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)平面図および(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional drawing for demonstrating this invention. 本発明を説明するための回路概要図である。It is a circuit schematic diagram 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
4a ベース層
5a エミッタ層
6a 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
4b p型バッファ層
5b チャネル層
6bs、6bd,6bse、6bde、6bsd、6bdd コンタクト層
10、16 ドレイン電極
11 ソース電極
12 ゲート電極
17 接続配線
20 分離領域
23 不純物領域
30 分離素子
32 Grading層
33 バラスト抵抗層
41 インバータ回路
51 窒化膜
100 単位素子
101 単位HBT
102 単位FET
115、135、115e、115d、135e、135d ソース電極電極
116、136、116e、116d、136e、136d ドレイン電極
120 ゲート配線
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
160 ドレイン配線
411 抵抗
412 MESFET
413 D型FET
414 E型FET
CP 接続点
SW1 第1スイッチング素子
SW2 第2スイッチング素子
SW3 第3スイッチング素子
IN 共通入力端子
OUT1 第1出力端子
OUT2 第2出力端子
OUT3 第3出力端子
Ctl 制御端子
Ctl1 第1制御端子
Ctl2 第2制御端子
Ctl3 第3制御端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaAs substrate 2 Subcollector layer 3 Collector layer 4a Base layer 5a Emitter layer 6a Emitter contact layer 7, 13 Collector electrode 8 Base electrode 9, 15 Emitter electrode 4b P-type buffer layer 5b Channel layer 6bs, 6bd, 6bse, 6bde, 6bsd , 6bdd Contact layer 10, 16 Drain electrode 11 Source electrode 12 Gate electrode 17 Connection wiring 20 Separating region 23 Impurity region 30 Separating element 32 Grading layer 33 Ballast resistor layer 41 Inverter circuit 51 Nitride film 100 Unit element 101 Unit HBT
102 unit FET
115, 135, 115e, 115d, 135e, 135d Source electrode electrode 116, 136, 116e, 116d, 136e, 136d Drain electrode 120 Gate wiring 127 First gate electrode 128 Second gate electrode 130 Collector wiring 150 Emitter wiring 160 Drain wiring 411 Resistance 412 MESFET
413 D-type FET
414 E-type FET
CP connection point SW1 first switching element SW2 second switching element SW3 third switching element IN common input terminal OUT1 first output terminal OUT2 second output terminal OUT3 third output terminal Ctl control terminal Ctl1 first control terminal Ctl2 second control terminal Ctl3 Third control terminal

Claims (14)

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した化合物半導体基板と、
前記基板に設けられ、前記各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第1トランジスタと、
前記基板に設けられ、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する第2トランジスタと、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとを分離領域を介して隣接して配置し、前記第1トランジスタの前記ベース電極と前記第2トランジスタの前記ソース電極を接続した単位素子と、
前記単位素子を並列に接続した複数のスイッチング素子と、
前記複数の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共通で接続する第1RFポートと、
前記複数の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それぞれ接続する複数の第2RFポートと、
前記複数のスイッチング素子のドレイン電極にそれぞれ接続する電源端子と、を具備し、
前記第2トランジスタのゲート電極にそれぞれ制御信号を印加し前記第2トランジスタの導通により供給される電流によって前記第1トランジスタを駆動し、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 compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers forming at least one heterojunction are stacked;
A first transistor provided on the substrate, the collector layer, the base layer, and the emitter layer as the semiconductor layers, and a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode;
A second transistor provided on the substrate and having a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode;
A unit element in which the first transistor and the second transistor are arranged adjacent to each other via an isolation region, and the base electrode of the first transistor and the source electrode of the second transistor are connected;
A plurality of switching elements in which the unit elements are connected in parallel;
A first RF port commonly connected to collector electrodes or emitter electrodes of the plurality of switching elements;
A plurality of second RF ports respectively connected to an emitter electrode or a collector electrode of the plurality of switching elements;
A power supply terminal connected to each of the drain electrodes of the plurality of switching elements,
A control signal is applied to each gate electrode of the second transistor, the first transistor is driven by a current supplied by conduction of the second transistor, and a signal path is formed between the first and second RF ports. A switch circuit device.
1つの前記単位素子は、前記第2トランジスタの前記ドレイン電極、前記ゲート電極、および前記第1トランジスタの前記エミッタ電極、前記コレクタ電極を、他の前記単位素子の対応する前記各電極とそれぞれ並列に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。   One unit element includes the drain electrode, the gate electrode, and the emitter electrode and the collector electrode of the second transistor in parallel with the corresponding electrodes of the other unit elements, respectively. The switch circuit device according to claim 1, wherein the switch circuit devices are connected in common. 前記エミッタ層と前記第2トランジスタのチャネル層は同一半導体層に設け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 emitter layer and the channel layer of the second transistor are provided in the same semiconductor layer. 前記第1トランジスタの前記各電極は櫛状に設けられて第1の方向に延在し、前記第2トランジスタの前記ゲート電極は第2の方向に延在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 said each electrode of the said 1st transistor is provided in the comb shape, and it extends in a 1st direction, The said gate electrode of the said 2nd transistor is extended in a 2nd direction, The 1st aspect is characterized by the above-mentioned. The switch circuit device described. 前記第1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 first transistor has a heterojunction between the emitter layer and the base layer and the base layer and the collector layer, and has an on-resistance value during forward transistor operation and an on-resistance value during reverse transistor operation as one base. 2. The switch circuit device according to claim 1, wherein current values are substantially equal. 複数の前記第2トランジスタの各ゲート電極と、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つの制御端子から各ゲート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. A logic circuit connected to each gate electrode of the plurality of second transistors and at least one control terminal, and a control signal is applied to each gate electrode from the one control terminal. The switch circuit device according to 1. 前記スイッチング素子に他の前記スイッチング素子を直列に多段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。   The switch circuit device according to claim 1, wherein another switching element is connected in series to the switching element in multiple stages. 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. 前記第1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 the collector current of the first transistor has a negative temperature coefficient. 前記スイッチング素子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 of the switching element are connected to each other. 前記スイッチング素子のエミッタ電極と前記バイアスポイント間、および前記スイッチング素子の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11に記載のスイッチ回路装置。   12. The switch circuit device according to claim 11, wherein separation elements for high-frequency signals are connected between the emitter electrode of the switching element and the bias point, and between the collector electrode of the switching element and the bias point, respectively. 前記電源端子と前記第2トランジスタ間に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1に記載のスイッチ回路装置。   2. The switch circuit device according to claim 1, wherein a high-frequency signal separation element is connected between the power supply terminal and the second transistor. 前記ベース層および前記コレクタ層となる前記半導体層は、前記第2トランジスタに連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。   The switch circuit device according to claim 1, wherein the semiconductor layer serving as the base layer and the collector layer is continuous with the second transistor.
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