JP2792243B2 - 高周波伝送線路 - Google Patents

高周波伝送線路

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JP2792243B2 JP3013681A JP1368191A JP2792243B2 JP 2792243 B2 JP2792243 B2 JP 2792243B2 JP 3013681 A JP3013681 A JP 3013681A JP 1368191 A JP1368191 A JP 1368191A JP 2792243 B2 JP2792243 B2 JP 2792243B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波伝送線路に関す
る。具体的には、本発明は、モノリシックマイクロ波集
積回路において、回路特性に重要な影響を与える伝送線
路の特性インピーダンスを直流のバイアス電圧により制
御できるようにした高周波伝送線路に関する。
【0002】
【従来の技術】図7にマイクロストリップラインを有す
るモノリシックマイクロ波集積回路51を示す。このマ
イクロ波集積回路51は、GaAs等の半導体基板52
の表面にAu等の金属膜53を形成し、さらに金属膜5
3の上にSiNxあるいはSiO2等からなる誘電体薄
膜54を形成し、この上にAu等の金属配線55を設け
たものである。
【0003】製造工程では、この金属膜53は、Au等
の蒸着によって半導体基板52の表面に形成される。誘
電体薄膜54は、SiNxやSiO2等をCVD法等に
よって金属膜53の上に堆積させて形成される。また、
金属配線55は、誘電体薄膜54の上にフォトレジスト
膜を印刷した後、露光及び現像によって金属配線パター
ンに沿ってフォトレジスト膜に窓を開口し、この上から
誘電体薄膜54及びフォトレジスト膜にAu等の金属を
蒸着させた後、フォトレジスト膜を除去してリフトオフ
法により形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の伝
送線路にあっては、製造工程における誘電体薄膜の厚さ
や膜質のバラツキ、金属配線の線幅のバラツキ等によっ
て特性インピーダンスにバラツキが発生しており、製造
工程においてその値の制御も困難であった。また、マイ
クロストリップラインの製作時に特性インピーダンスの
値が決まるので、設計の際に特性インピーダンスの値を
厳密に計算しておく必要があり、設計値から外れた場合
の調整は困難であった。
【0005】また、この伝送線路によりマッチング用ス
タブを構成する場合も、スタブの作製後にそのマッチン
グ調整を行なうことは困難であった。また、スタブの調
整を行なう場合もスタブの長さを短くするしか方法がな
く、限られた方向でのみ調整が可能であった。このた
め、通常は目的とする特性インピーダンスの値が得られ
るよう厳密に設計を行う必要があった。また、図示はし
ていないが、半絶縁性のGaAs基板の裏面に接地用金
属膜を形成し、表面に所定の金属配線を形成した従来例
もあるが、この従来例も同様の欠点を有している。
【0006】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは誘電体薄膜に
代えてショットキー障壁による空乏層を用いることによ
り、特性インピーダンスの調整を可能にすることにあ
る。
【0007】本発明の高周波伝送線路は、半導体活性層
と、前記半導体活性層の下方に形成された、半導体活性
層よりも高キャリア濃度の半導体層と、前記半導体活性
層の上に形成されたショットキー障壁をもつ、信号伝送
用の金属配線と、前記高キャリア濃度の半導体層と導通
した接地導体とを備え、ショットキー障壁によって半導
体活性層に空乏層を形成され、前記金属配線と接地導体
の間に印加されるバイアス電圧によって空乏層の領域が
制御されるようにしたことを特徴としている。
【0008】この高周波伝送線路にあっては、金属配線
と接地導体の間に印加する直流のバイアス電圧を制御す
ることにより空乏層の領域を変化させることができる。
従って、バイアス電圧を制御することによって金属配線
の下の空乏層の静電容量(実効誘電率)を変化させるこ
とができ、伝送線路の特性インピーダンスを変化させる
ことができる。また、半導体活性層の下方には、接地導
体と導通した高キャリア濃度半導体層を設けているの
で、金属配線の下方に安定した接地電位を形成すること
ができ、金属配線の下方に生じる空乏層を縦方向(深さ
方向)に成長させることができる。さらに、半導体活性
層はその下の高キャリア濃度半導体層と比較してキャリ
ア濃度の低い層となっているので、小さなバイアス電圧
によって大きく空乏層を生成させることができる。よっ
て、小さな電圧変化で空乏層を大きく変化させることが
でき、特性インピーダンスを効果的に調整できる。
【0009】このため設計段階及び製造工程において特
性インピーダンスが要求される値から外れていても、バ
イアス電圧を調整することにより目的とする特性インピ
ーダンスの値を得ることができる。また、設計段階や製
造工程においては、従来のように厳密な特性インピーダ
ンスの値が要求されないので、設計及び製造が容易にな
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳
述する。図1及び図2は、本発明の一実施例を示す断面
図及び平面図であって、GaAs基板を用いたモノリシ
ックマイクロ波集積回路における伝送線路1を示してい
る。2はn+−GaAs層であって、n+−GaAs層2
の上には配線パターンに沿ってn-−GaAs層3が形
成されている。n-−GaAs層3の上にはショットキ
ー接合による金属配線4が設けられており、金属配線4
の下面のn-−GaAs層3にはショットキー接合によ
って空乏層6が形成されている。さらに、n-−GaA
s層3の両側において、n+−GaAs層2の表面には
オーミック接合による金属製の接地導体5が配線されて
いる。従って、この実施例では、コプレナラインに似た
構成の伝送線路1となっている。
【0011】しかして、上記のような構造においては、
接地導体5をアースするとn+−GaAs層2がアース
電位となり、金属配線4と接地導体5との間に印加する
直流のバイアス電圧を変化させることにより空乏層6の
厚さhを変化させることができる。このため、バイアス
電圧の制御により空乏層容量を変化させ、金属配線4と
接地導体5の間の実効誘電率を変化させることができ、
伝送線路の特性インピーダンスを変化させることができ
る。従って、バイアス電圧によって特性インピーダンス
を変化させ、回路のマッチングを簡単に調整することが
できる。また、製作過程において厳密な特性インピーダ
ンスを得る必要がなく、製作後にバイアス電圧を調整す
ることによって必要な特性インピーダンスを得ることが
できるので、製品の許容度が広くなり、歩留りが向上す
る。
【0012】例えば、n-−GaAs層3のキャリア濃
度を3×1014cm-3、n+−GaAs層2のキャリア
濃度を2×1018cm-3とし、n-−GaAs層の厚さ
Hを5μm、金属配線4の幅Wを2.5μmとし、接地
導体5をアースした場合、金属配線4に−2Vの直流バ
イアス電圧を印加すると、空乏層6の厚さhは3.4μ
m程度となり、10GHzの高周波信号に対して50Ω
の特性インピーダンスを得た。また、バイアス電圧を0
〜−3Vの範囲で変化させると、空乏層6の厚さhは
1.5〜4μmと変化し、10GHzの高周波信号に対
して特性インピーダンスは約37〜58Ωの範囲で変化
した。
【0013】図3に示すものは、本発明の別な実施例を
示す断面図であり、コプレナライン構成の伝送線路11
である。この実施例では、n+−GaAs層12の上に
-−GaAs層13が形成され、さらにその上に半絶
縁GaAs層14が形成され、半絶縁GaAs層14の
表面に配線パターンに沿ってショットキー接合による金
属配線15が設けられている。また、金属配線15の両
側では、イオン注入により半絶縁GaAs層14からn
+−GaAs層にかけて高キャリア濃度のn+領域16が
設けられており、n+領域16の表面には金属配線15
から距離bを隔ててオーミック接合による金属の接地導
体17が設けられている。
【0014】しかして、接地導体17をアースすると、
+領域16を介してn+−GaAs層12がアース電位
となる。金属配線15の下のn-−GaAs層13には
空乏層18が生成されており、金属配線15と接地導体
17との間にバイアス電圧を印加すると空乏層18の厚
さが変化し、伝送線路の特性インピーダンスが変化す
る。また、金属配線15と接地導体17との距離bは、
金属配線15とn+−GaAs層12の間隔aよりも大
きくしてある。これは、バイアス電圧による電界のほと
んどを厚さ方向に印加し、空乏層厚さの変化で有効に特
性インピーダンスを変化させるには、b>aとする必要
があるためである。さらに、半絶縁GaAs層14は、
金属配線15とn-−GaAs層13との電界強度を弱
め、厚さ方向の電界強度(金属配線15とn+−GaA
s層12の間の電界強度)を強め、空乏層18の厚さの
変化によって特性インピーダンスを有効に変化させるた
めに設けられている。
【0015】なお、図1及び図3の各実施例において
は、n+−GaAs層に代えてオーミック金属を用いて
もよい。
【0016】図4に示すものは、本発明のさらに別な実
施例を示す断面図であり、マイクロストリップライン構
成の伝送線路21である。この実施例では、n+−Ga
As層22の上にn-−GaAs層23が形成され、さ
らにその上に半絶縁GaAs層24が形成されている。
さらに、半絶縁GaAs層24の上面には、配線パター
ンに沿ってショットキー接合による金属配線25が設け
られており、n+−GaAs層22の下面には接地導体
26が設けられている。
【0017】この実施例でも、金属配線25と接地導体
26との間に印加するバイアス電圧を変化させることに
より、金属配線25の下の空乏層27の厚さを変化させ
ることができ、この結果特性インピーダンスを調整する
ことができる。
【0018】また、図示しないが、図1及び図2の実施
例のようにn-−GaAs層をn+−GaAs層の上に部
分的に設けた構成において、接地導体をn+−GaAs
層の下面に設け、マイクロストリップ構成とすることも
できる。
【0019】また、上記各実施例において、n-−Ga
As層にキャリア濃度分布をもたせることにより、バイ
アス電圧による空乏層の形状や厚さの変化の様子を設計
することができ、特性インピーダンスのバイアス電圧に
対する変化曲線を設定することができる。
【0020】図5に示すものは応用例であって、本発明
の高周波伝送線路をスタブとして用いたものである。図
5において、31は本発明の高周波伝送線路を用いたス
タブ、32は高周波信号を伝送する高周波回路要素(例
えば従来の伝送線路)である。33はスタブ31として
用いられている高周波伝送線路の金属配線に直流のバイ
アス電流を供給するためのチョークコイルであり、他の
部分あるいは他の手段によってスタブ31にバイアス電
流を供給(あるいはバイアス電圧を印加)できる場合に
はなくてもよい。また、34は直流電流阻止用のキャパ
シタであり、高周波回路要素32に直流が乗ってもかま
わない場合には不要である。また、別な位置にキャパシ
タ34を設けてもよい。
【0021】このスタブ31は、バイアス電圧によって
特性インピーダンスの調整が可能であるので、バイアス
電圧によりスタブ31のマッチング調整が可能である。
つまり、設計時に、0バイアス時の特性インピーダンス
及びバイアス電圧印加による特性インピーダンスの変化
量の設定が可能であるので、調整の自由度が大きくな
り、かつ調整も容易に行えるようになる。
【0022】図6に示すものは、本発明の高周波伝送線
路をλ/4変成器に応用した例である。図6において、
41は変成器として用いられる本発明の高周波伝送線路
であって、高周波信号の波長λの1/4の線路長を有し
ている。また、42及び43はそれぞれ特性インピーダ
ンスZ1及びZ2をもった従来構造の伝送線路である。変
成器として用いるためには、高周波伝送線路41の特性
インピーダンスZ0は、Z1・Z2=Z0 2の関係を満足し
なければならないが、本発明の高周波伝送線路41では
バイアス電圧によって特性インピーダンスZ0を調整す
ることができるので、前記の関係を満たすように特性イ
ンピーダンスZ0を調整し、容易に変成器を構成でき
る。特に、設計時と特性インピーダンスZ0がずれた場
合でも、バイアス電圧により特性インピーダンスZ0
調整して変成器を構成することが可能である。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、両金属配線に印加され
るバイアス電圧を制御することにより空乏層容量もしく
は等価誘電率を変化させることができ、伝送線路の特性
インピーダンスを変化させることができる。このため設
計段階及び製造工程において特性インピーダンスが要求
される値からずれていても、バイアス電圧を調整するこ
とにより目的とする特性インピーダンスの値を得ること
ができる。また、設計段階や製造工程においては、従来
のように厳密な特性インピーダンスの値が要求されない
ので、設計及び製造を容易にすることができ、製造の歩
留りを向上させることができる。
【0024】また、本発明の高周波伝送線路をスタブや
変成器に用いれば、容易に特性インピーダンスを調整で
きるので、スタブや変成器として動作するように特性イ
ンピーダンスを容易かつ正確に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】同上の実施例の平面図である。
【図3】本発明の別な実施例のコプレナライン構成を示
す断面図である。
【図4】本発明のさらに別な実施例のマイクロストリッ
プライン構成を示す断面図である。
【図5】本発明の応用例を示す概略平面図である。
【図6】本発明の別な応用例を示す概略平面図である。
【図7】従来例の断面図である。
【符号の説明】
2 n+−GaAs層 3 n-−GaAs層 4 金属配線 5 接地導体 6 空乏層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812 H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体活性層と、前記半導体活性層の下
    方に形成された、半導体活性層よりも高キャリア濃度の
    半導体層と、前記半導体活性層の上に形成されたショッ
    トキー障壁をもつ、信号伝送用の金属配線と、前記高キ
    ャリア濃度の半導体層と導通した接地導体とを備え、シ
    ョットキー障壁によって半導体活性層に空乏層を形成さ
    れ、前記金属配線と接地導体の間に印加されるバイアス
    電圧によって空乏層の領域が制御されるようにした高周
    波伝送線路。
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