JP3888604B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば移動体通信機に搭載される増幅器を構成する高出力用半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
典型的な高出力用半導体装置は、複数の半導体素子が並列接続された半導体素子列を有する構成をしており、これによって大きな電流を扱えるようになっている。
【0003】
従来、この分野において高出力用半導体装置は、大電力条件下で動作させたときに、特性の劣化および破局的な故障を起こすことが知られている。この原因として、半導体素子の1つにおいてホットスポットと呼ばれる局部的な加熱部分が形成され、ホットスポット近傍の温度が上昇することによって半導体素子に流れる電流が増加することにある。半導体素子に流れる電流が増加することによって、半導体素子の温度はさらに上昇し、さらに大きな電流が流れるようになり、最終的に各半導体素子を流れる全電流は、単一の加熱された半導体素子を流れようとし、熱暴走のような破局的な故障が発生する。ホットスポットは、高出力用半導体装置を構成する半導体素子の中でも、熱抵抗の大きい半導体素子列の中央付近の半導体素子に発生しやすい。ホットスポットの発生を防止するには、各半導体素子の温度の均一化を図る必要がある。
【0004】
従来技術として、各半導体素子の温度の均一化を行う方法が、特開平6−342803号公報に開示されている。図15、図16および図17は、従来技術である温度の均一化を図ったヘテロ接合バイポーラトランジスタ(略称:HBT)を並列接続させた半導体装置1A,1B,1Cを示す平面図および断面図である。半導体装置1A,1B,1Cは、半絶縁性基板5の上にエミッタ電極2、ベース電極3およびコレクタ電極4を形成することによって、複数の半導体素子であるヘテロ結合バイポーラトランジスタを並列接続して半導体素子列が形成される。
【0005】
図15に示す半導体装置1Aにおいて、エミッタフィンガ2aは、半導体装置1Aの半導体素子列の中央から端部に向かうにつれて、エミッタフィンガ2aの間隔が小さくなるように配置される。図16に示す半導体装置1Bにおいて、エミッタフィンガ2b,2c,2d,2e,2fは、半導体装置1Bの半導体素子列の中央部にあるフィンガ2dの幅が最も小さく形成される。フィンガ2dよりも両端側にあるフィンガ2c,2eはフィンガ2dより幅が広く形成され、フィンガ2c,2eよりも両端側にあるフィンガ2b,2fはフィンガ2c,2eより幅が広く形成される。図17に示す半導体装置1Cにおいて、エミッタフィンガ2g,2h,2i,2j,2kは、半導体装置1Cの半導体素子列の中央部にあるフィンガ2iの長さが最も短く形成される。フィンガ2iよりも両端側にあるフィンガ2h,2jはフィンガ2iより長く形成され、フィンガ2h,2jよりも両端側にあるフィンガ2g,2kはフィンガ2h,2jより長く形成される。
【0006】
以上のようにエミッタフィンガの間隔、幅および長さを調節して配置することによって、各半導体素子が隣接半導体素子から受ける熱の影響を調節して、半導体素子列全体にわたって熱の均一化を行なっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術のエミッタフィンガの間隔を調節して配置する方法では、各半導体素子の間隔が限定されてしまい、半導体装置の小型化に問題がある。また、エミッタフィンガの幅および長さを調節して配置する方法では、各半導体素子についてエミッタフィンガの寸法の設計が必要なため、半導体装置の設計が複雑になったり、エミッタフィンガの寸法が限定されてしまい、半導体装置の小型化に問題がある。
【0008】
したがって本発明の目的は、半導体素子の形状、間隔および寸法を調整することなく、各半導体素子の熱を平均化することができる半導体装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半絶縁性基板上に、複数個の半導体素子が並列接続された半導体素子列を有する半導体装置において、
半導体素子列の配列方向の両側の半絶縁性基板を一部除去し、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように半絶縁性基板を貫通して形成される空隙領域を設けることを特徴とする半導体装置である。
【0010】
本発明に従えば、半導体素子列の各半導体素子が発熱すると、その熱は半絶縁性基板を伝わって広がろうとするが、本発明では、半導体素子列の配列方向の両側の半絶縁性基板に、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように空隙領域が形成されるので、半導体素子列の中央部のみ高温になることがなく、半導体素子列全体にわたって温度を等しくできるので、半導体装置の破局的な故障を防ぐことができ、半導体装置を安定して動作させることができる。また、個々の半導体装置の形状、間隔および寸法を調整する必要がないので、半導体装置の設計が容易となる。
また空隙領域が半絶縁性基板を貫通することによって、半導体素子で発生した熱が広がることを防ぐことができるとともに、半絶縁性基板の半導体素子列を形成している面の裏面にパターン作成を行うときに、空隙領域をアライメントマークとして用いることができ、半導体装置の製造を容易にすることができる。
【0011】
また本発明は、半絶縁性基板上に、複数個の半導体素子が並列接続された半導体素子列を有する半導体装置において、
半導体素子間の半絶縁性基板を一部除去し、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように半絶縁性基板を貫通して形成される空隙領域を設けることを特徴とする半導体装置である。
【0012】
本発明に従えば、各半導体素子間に、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように空隙領域を設けることによって、半導体素子列内の個々の半導体素子の温度を均一にできるので、半導体装置の破局的な故障を防ぐことができ、半導体装置を安定して動作させることができる。また、個々の半導体装置の形状、間隔および寸法を調整する必要がないので、半導体装置の設計が容易となる。
また空隙領域が半絶縁性基板を貫通することによって、半導体素子で発生した熱が広がることを防ぐことができるとともに、半絶縁性基板の半導体素子列を形成している面の裏面にパターン作成を行うときに、空隙領域をアライメントマークとして用いることができ、半導体装置の製造を容易にすることができる。
【0013】
また本発明は、半絶縁性基板上に、複数個の半導体素子が並列接続された半導体素子列を有する半導体装置において、
半導体素子の周囲の半絶縁性基板を除去し、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように半絶縁性基板を貫通して形成される空隙領域を設けることを特徴とする半導体装置である。
【0014】
本発明に従えば、各半導体素子の周囲に、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように空隙領域を設けることによって、半導体素子列内の個々の半導体素子の温度を均一にできるので、半導体装置の破局的な故障を防ぐことができ、半導体装置を安定して動作させることができる。また、個々の半導体装置の形状、間隔および寸法を調整する必要がないので、半導体装置の設計が容易となる。
【0016】
また空隙領域が半絶縁性基板を貫通することによって、半導体素子で発生した熱が広がることを防ぐことができるとともに、半絶縁性基板の半導体素子列を形成している面の裏面にパターン作成を行うときに、空隙領域をアライメントマークとして用いることができ、半導体装置の製造を容易にすることができる。
【0017】
また本発明は、前記空隙領域が、半絶縁性基板より熱伝導率の小さい材料で埋め込まれていることを特徴とする。
【0018】
また本発明は、前記空隙領域に埋め込まれる材料が、無機絶縁膜または有機絶縁膜であることを特徴とする。
【0019】
本発明に従えば、空隙領域に半絶縁性基板よりも熱伝導率の小さい材料を埋め込むことによって、半導体素子で発生した熱が広がることを防ぐことができるとともに、半絶縁性基板の表面を平滑化することができるので、後の半導体プロセスを容易に行うことができる。
【0020】
また本発明は、通信用の送受信装置の増幅器に用いられることを特徴とする。
本発明に従えば、半導体素子の形状、間隔および寸法に関して制限されないので、半導体装置を小型化することができ、この半導体装置を搭載する通信用の送受信装置も小型化することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態である半導体装置11を示す平面図である。図2は図1の切断面線S2−S2から見た断面図である。図3は、図1のセクションIIIを拡大した図である。図4は、図2のセクションIVを拡大した図である。半導体装置11は、半導体素子であるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(略称:HBT)を並列接続させた半導体素子列から構成される。HBTを並列接続させることによって、大きな電流を扱うことができ、増幅器として役割を果たす。
【0022】
図1に示すように、くし歯状のベース電極18と、くし歯状のコレクタ電極19が互いに対向してベースフィンガ18aおよびコレクタフィンガ19aを噛み合わせ、一対のベースフィンガ18a間にエミッタ電極17が配置されて、複数のHBT(図1では8個のHBT71〜78)が一列に配置される。この一列の各HBTが並列に接続される。
【0023】
半導体装置11は、図3および図4に示すように、半絶縁性基板12の上にコレクタコンタクト層13が形成され、コレクタコンタクト層13の上にコレクタ層14が形成され、コレクタ層14の上にベース層15が形成され、ベース層15の上にエミッタ層16が形成される階段状の縦型構造である。エミッタ層16の上に矩形状のエミッタ電極17が形成され、ベース層15の上にくし歯状のベース電極18が形成され、コレクタ層14の上にくし歯状のコレクタ電極19が形成される。HBT71は、エミッタ電極17と、一対のベースフィンガ18aと、一対のコレクタフィンガ19aとによって構成される。隣り合うHBTはコレクタフィンガ19aを共有して互いのエミッタ電極17の中心の間隔をFとして並列に配置される。
【0024】
HBT列の両側には、ドライエッチング法によって、半絶縁性基板12を一部除去して空隙領域21,22が形成される。この空隙領域21,22によって、HBTから発生した熱が空隙領域21,22を越えて広がることが防ぐことができ、これによって、HBT列の下の半絶縁性基板12で熱を均一に分布させる効果が得られ、ホットスポットの発生を防ぐことができる。
【0025】
半導体装置11内の熱が均等になるような、空隙領域21,22の形状および位置について説明する。HBT列の一端側にある空隙領域21と、HBT列一端のHBT71との間隔、およびHBT列の他端側にある空隙領域22と、HBT列他端のHBT78との間隔はともにAであり、前記間隔Aは、各HBTの間隔Fの1/10〜3倍の範囲で効果が得られる。空隙領域21,22の深さDは、D>A/3の範囲で効果が得られる。図4に示すように、HBT71の中央部25において発せられる熱は、中央部25の中心から角度θ=45度をなして矢符26の方向に放射状に伝わり、均一に広がると想定すると、実際の状態に良く近似することができる。したがって、間隔Aは各HBTの間隔Fの1/2以下で、空隙領域21の深さDはD≧Aであることが望ましい。また、図3に示すように、空隙領域21の幅Cは、HBT71のエミッタ層16の幅Eの1/5以上で効果が得られる。空隙領域21は、矢符26方向に広がる熱の遮断を目的とするので、空隙領域21の幅Cは大きいほど効果があるが、C≧Eとしてもほとんど効果は変わらなくなる。したがって、空隙領域21は、幅CがC≧Eであればよい。空隙領域21の長さBは、B≧0であれば効果が得られる。長さBは大きいほど効果が得られるが、空隙領域21のが大きくなると半導体装置11が大きくなるので、B≦50μmが望ましい。空隙領域22についても同様である。
【0026】
本実施の形態において、半導体装置11における半絶縁性基板12は、半絶縁性GaAs基板であり、厚さは100μmである。HBT71〜78は、エミッタ層16の長さを6μm、幅Eを80μmとして形成される。8個のHBT71〜78は、F=70μmの間隔で一列に配列されている。空隙領域21とHBT71との間隔Aは25μm、空隙領域21の長さBは20μm、空隙領域21の幅Cは80μm、空隙領域21の深さDは50μmとして、空隙領域21を作成する。
【0027】
図5は、各HBT71〜78の熱抵抗のシミュレーション結果を表すグラフである。空隙領域21,22がないときのシミュレーション結果(△印)に比べると、空隙領域21,22があるときのシミュレーション結果(●印)は熱抵抗値が均一になっている。このように、空隙領域21,22をつくることによって、半導体装置11の温度分布を均一にすることができる。
【0028】
図6は、本発明の第2の実施形態である半導体装置11Aを示す平面図である。図7は図6の切断面線S7−S7から見た断面図である。半導体装置11Aは、半導体装置11とほぼ同様の構成であり、同様の寸法である。半導体装置11Aの空隙領域21A,22Aは、半絶縁性基板12を貫通している。
【0029】
半導体装置11Aにおいても、半導体装置11と同様に、空隙領域21A,22Aをつくることによって、半導体装置11の温度分布を均一にすることができる。さらに、半絶縁性基板12のHBTを形成している面の裏面にパターン作成を行うときに、空隙領域21A,22Aをアライメントマークとして用いることができ、半導体装置の製造を容易に行うことができる。
【0030】
図8は、本発明の第3の実施形態である半導体装置11Bを示す平面図である。図9は図8の切断面線S9−S9から見た断面図である。半導体装置11Bは、半導体装置11とほぼ同様の構成であり、同様の寸法である。半導体装置11Bの空隙領域21,22には、半絶縁性基板12よりも熱伝導率の小さい材料が埋め込まれている。本実施の形態において、半導体装置11Bにおける半絶縁性基板12は半絶縁性GaAs基板である。GaAsより熱伝導率の小さい材料としてSiNを用いて、SiN絶縁膜23を空隙領域21,22に埋め込む。
【0031】
半導体装置11Bにおいても、半導体装置11と同様に、空隙領域21,22に半絶縁性基板12よりも熱伝導率の小さい材料を埋め込むことによって、半導体装置11Bの温度分布を均一にすることができる。さらに、半絶縁性基板12の表面を平滑化することができるので、後の半導体装置の製造を容易に行うことができる。
【0032】
本実施の形態において、半絶縁性GaAs基板より熱伝導率の小さい材料としてSiNを用いたが、半絶縁性GaAs基板より熱伝導率の小さい無機絶縁膜であるSi02およびSiONの絶縁膜、ならびに有機絶縁膜であるポリイミドなどの誘電体膜を用いても同様の効果が得られる。
【0033】
図10は、本発明の第4の実施形態である半導体装置11Cを示す平面図である。図11は図10の切断面線S11−S11から見た断面図である。半導体装置11Cは、半導体装置11とほぼ同様の構成をしている。半導体装置11において、隣り合うHBTはコレクタフィンガ19aを共有していたが、半導体装置11Cにおいては、各HBT71C〜78Cが一対のコレクタフィンガ19cを有する構成となっている。半導体装置11Cにおいて空隙領域24は、HBT71CとHBT72Cとの間、HBT72CとHBT73Cとの間、HBT73CとHBT74Cとの間、HBT74CとHBT75Cとの間、HBT75CとHBT76Cとの間、HBT76CとHBT77Cとの間およびHBT77CとHBT78Cとの間に形成される。各HBT71C〜78Cと空隙領域24との位置関係は、半導体装置11で説明したことと同様である。空隙領域24の寸法は、空隙領域21と同様に、長さBは20μm、幅Cは80μm、深さDは50μmである。
【0034】
これによって、半導体装置11Cは半導体装置11と比較して、HBT71C〜78Cの熱抵抗の差が小さくなり、HBT71C〜78Cはより均一な温度分布となる。
【0035】
図12は、半導体装置11Cにおける各HBT間の空隙領域24の代わりに、空隙領域24より幅Bを小さくした2つの空隙領域25を並列に配置した半導体装置11Dを示す断面図である。空隙領域25の寸法は、長さB1は5μm、幅Cは80μm、深さDは50μmである。半導体装置11Dにおいても、半導体装置11Cと同様に、均一な温度分布となる。
【0036】
半導体装置11C,11Dにおける空隙領域21,22,24,25を、半導体装置11Aのように半絶縁性基板12を貫通するように形成してもよい。この場合も同様の効果を得ることができる。また、半導体装置11C,11Dにおける空隙領域21,22,24,25に、半導体装置11Bのように絶縁膜23を埋め込んでもよい。この場合も同様に、均一な温度分布となる。
【0037】
図13は、本発明の第5の実施形態である半導体装置11Eを示す平面図である。図14は図13の切断面線S14−S14から見た断面図である。半導体装置11Eは、半導体装置11Cとほぼ同様の構成をしている。半導体装置11Eの半絶縁性基板12に、各HBT71C〜78Cの周囲を囲むようにして空隙領域26が形成される。さらに詳しくは、空隙領域26は、HBT列の幅方向両側で、HBT列に沿って延びる空隙領域26a,26bと、各HBT71C〜78C間で、空隙領域26a,26b間を連結する空隙領域26c〜26kから構成される。空隙領域26a,26bの、HBT列の中心線L1との間隔W1は60μmである。HBT列の両端のHBT71C,78Cと、空隙領域26の両端の空隙領域26c,26kとの間隔W2は25μmである。各HBT71C〜78Cと、各HBT71C〜78Cに隣り合う空隙領域26c〜26kとの間隔は、すべて25μmである。空隙領域26の深さは、50μmである。
【0038】
これによって、半導体装置11Eは半導体装置11Cと比較して、HBT71C〜78Cの熱抵抗の差が小さくなり、HBT71C〜78Cはより均一な温度分布となる。
【0039】
半導体装置11Eにおける空隙領域26を、半導体装置11Aのように半絶縁性基板12を貫通するように形成してもよい。この場合も同様の効果を得ることができる。また、半導体装置11Eにおける空隙領域26に、半導体装置11Bのように絶縁膜23を埋め込んでもよい。この場合も同様の効果を得ることができる。
【0040】
半導体装置1,1A〜1Eは、共通のコレクタ電極19を設けたヘテロ接合バイポーラトランジスタを複数個を並列したものであるが、各HBTが注入またはメサエッチングによる半導体素子間分離を行ったもので構成されていても、同様に半導体装置内の温度分布が均一になる。また、半導体装置はHBTを1列に配置したものに限られるものではなく、複数列に配置したものであっても、同様の効果が得られる。
【0041】
本発明の半導体装置1,1A〜1Eの具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の範囲であっても本発明に含まれるものとする。本実施の形態において、半導体装置は半導体素子として、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(略称:HBT)を用いたが、シリコンバイポーラトランジスタ、SiGeヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの他のバイポーラトランジスタであってもよく、GaAsMESFETおよびHEMTなどの電界効果半導体素子であってもよい。半絶縁性基板12は、GaAsに限られるものではなく、InP基板、Si基板、SiC基板、サファイア基板および石英基板であってもよい。本実施の形態において、半絶縁性基板12の厚さは100μmとしたが、この厚さに限定されるものではない。半導体装置を構成する半導体素子の数も、8個に限定されるものではない。
【0042】
本発明の半導体装置1,1A〜1Eを用いることによって、電力制御用の高出力半導体装置および高周波用のパワー半導体装置などの小型化が可能になり、これを用いた増幅装置の小型化も可能になる。この増幅装置を用いることによって、小型移動体通信端末などの通信用送受信装置に搭載される増幅器の小型化も可能になる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体装置内の中央部のみ高温をなることがなく、半導体素子列全体にわたって温度を等しくできるので、半導体装置の破局的な故障を防ぐことができ、半導体装置を安定して動作させることができる。また、個々の半導体装置の形状、間隔および寸法を調整する必要がないので、半導体装置の設計が容易となり、半導体装置の小型化も可能になる。
【0044】
また本発明によれば、各半導体素子間に、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように空隙領域を設けることによって、半導体素子列内の個々の半導体素子の温度を均一にできるので、半導体装置の破局的な故障を防ぐことができ、半導体装置を安定して動作させることができる。また、個々の半導体装置の形状、間隔および寸法を調整する必要がないので、半導体装置の設計が容易となり、半導体装置の小型化も可能になる。
【0045】
また本発明によれば、各半導体素子の周囲に、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように空隙領域を設けることによって、半導体素子列内の個々の半導体素子の温度を均一にできるので、半導体装置の破局的な故障を防ぐことができ、半導体装置を安定して動作させることができる。また、個々の半導体装置の形状、間隔および寸法を調整する必要がないので、半導体装置の設計が容易となる。
【0046】
また本発明によれば、空隙領域が半絶縁性基板を貫通することによって、半導体素子で発生した熱が広がることを防ぐことができるとともに、半絶縁性基板の半導体素子列を形成している面の裏面にパターン作成を行うときに、空隙領域をアライメントマークとして用いることができ、半導体装置の製造を容易にすることができる。
【0047】
また本発明によれば、空隙領域に半絶縁性基板よりも熱伝導率の小さい材料を埋め込むことによって、半導体素子で発生した熱が広がることを防ぐことができるとともに、半絶縁性基板の表面を平滑化することができるので、後の半導体プロセスを容易に行うことができる。
【0048】
また本発明によれば、半導体素子の形状、間隔および寸法に関して制限されないので、半導体装置を小型化することができ、この半導体装置を搭載する通信用の送受信装置も小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態である半導体装置11を示す平面図である。
【図2】図1の切断面線S2−S2から見た断面図である。
【図3】図1のセクションIIIを拡大した図である。
【図4】図2のセクションIVを拡大した図である。
【図5】各HBT71〜78の熱抵抗のシミュレーションの結果を表すグラフである。
【図6】本発明の第2の実施形態である半導体装置11Aを示す平面図である。
【図7】図6の切断面線S7−S7から見た断面図である。
【図8】本発明の第3の実施形態である半導体装置11Bを示す平面図である。
【図9】図8の切断面線S9−S9から見た断面図である。
【図10】本発明の第4の実施形態である半導体装置11Cを示す平面図である。
【図11】図10の切断面線S11−S11から見た断面図である。
【図12】半導体装置11Dを示す断面図である。
【図13】本発明の第5の実施形態である半導体装置11Eを示す平面図である。
【図14】図13の切断面線S14−S14から見た断面図である。
【図15】従来技術である半導体装置1Aを示す平面図および断面図である。
【図16】従来技術である半導体装置1Bを示す平面図および断面図である。
【図17】従来技術である半導体装置1Cを示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
11,11A〜11E 半導体装置
12 半絶縁性基板
21,22,24,25,26 空隙領域
23 絶縁膜
71〜78,71C〜78C ヘテロ結合バイポーラトランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-power semiconductor device constituting an amplifier mounted on, for example, a mobile communication device.
[0002]
[Prior art]
A typical high-power semiconductor device has a configuration having a semiconductor element array in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel, and can handle a large current.
[0003]
Conventionally, in this field, it has been known that a semiconductor device for high output causes deterioration of characteristics and catastrophic failure when operated under a high power condition. This is because a local heating portion called a hot spot is formed in one of the semiconductor elements, and the current flowing through the semiconductor element increases as the temperature in the vicinity of the hot spot increases. As the current flowing through the semiconductor element increases, the temperature of the semiconductor element further rises, and a larger current flows. Finally, the total current flowing through each semiconductor element is reduced to a single heated semiconductor element. A catastrophic failure such as a thermal runaway occurs. A hot spot is likely to occur in a semiconductor element in the vicinity of the center of a semiconductor element array having a large thermal resistance among semiconductor elements constituting a high-power semiconductor device. In order to prevent the occurrence of hot spots, it is necessary to make the temperature of each semiconductor element uniform.
[0004]
As a prior art, a method for equalizing the temperature of each semiconductor element is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-342803. 15, FIG. 16 and FIG. 17 are a plan view and a cross-sectional view showing
[0005]
In the semiconductor device 1A shown in FIG. 15, the
[0006]
As described above, by adjusting the spacing, width and length of the emitter fingers, the influence of heat received from adjacent semiconductor elements by each semiconductor element is adjusted, and heat is uniformized over the entire semiconductor element array. ing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional method of arranging and arranging the intervals between the emitter fingers, the intervals between the semiconductor elements are limited, and there is a problem in miniaturization of the semiconductor device. Further, in the method of adjusting and arranging the width and length of the emitter fingers, it is necessary to design the dimensions of the emitter fingers for each semiconductor element, so that the design of the semiconductor device becomes complicated and the dimensions of the emitter fingers are limited. Therefore, there is a problem in miniaturization of the semiconductor device.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can average the heat of each semiconductor element without adjusting the shape, spacing, and dimensions of the semiconductor elements.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a semiconductor device having a semiconductor element array in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel on a semi-insulating substrate.
Partially removing the opposite sides of the semi-insulating substrate in the arrangement direction of the semiconductor element rows, that kick set the void region thermal resistance of the semiconductor elements is formed through the semi-insulating substrate to form a uniform This is a featured semiconductor device.
[0010]
According to the invention, when the semiconductor elements of the semiconductor element array generates heat, but the heat is going to spread in transmitted a semi-insulating substrate, in the present invention, a semi-insulating of both sides in the arrangement direction of the semiconductor element rows a substrate, the void region so that the heat resistance becomes uniform in each semiconductor element is formed, without a high temperature only the central portion of the semiconductor element array, since the temperature can be equalized throughout the semiconductor element rows, the semiconductor A catastrophic failure of the device can be prevented and the semiconductor device can be operated stably. In addition, since it is not necessary to adjust the shape, interval, and size of each semiconductor device, the design of the semiconductor device is facilitated.
In addition, since the void region penetrates the semi-insulating substrate, it is possible to prevent the heat generated in the semiconductor element from spreading, and to create a pattern on the back surface of the semi-insulating substrate on which the semiconductor element array is formed. When performed, the void region can be used as an alignment mark, and the manufacture of the semiconductor device can be facilitated.
[0011]
Further, the present invention provides a semiconductor device having a semiconductor element row in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel on a semi-insulating substrate.
The semi-insulating substrate between the semiconductor element is partially removed, wherein a set kick the void region thermal resistance of the semiconductor elements is formed through the semi-insulating substrate to form a uniform It is.
[0012]
According to the invention, between each semiconductor element, by providing the void space so that the heat resistance becomes uniform in each semiconductor device, since the temperature of the individual semiconductor elements of the semi conductor elements in a column can be made uniform, A catastrophic failure of the semiconductor device can be prevented and the semiconductor device can be operated stably. Further, since it is not necessary to adjust the shape, interval, and size of each semiconductor device, the design of the semiconductor device is facilitated.
In addition, since the void region penetrates the semi-insulating substrate, it is possible to prevent the heat generated in the semiconductor element from spreading, and to create a pattern on the back surface of the semi-insulating substrate on which the semiconductor element array is formed. When performed, the void region can be used as an alignment mark, and the manufacture of the semiconductor device can be facilitated.
[0013]
Further, the present invention provides a semiconductor device having a semiconductor element row in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel on a semi-insulating substrate.
In the semiconductor device of the semi-insulating substrate is removed the ambient, characterized in that kick set the void region that is formed through the semi-insulating substrate so that the heat resistance becomes uniform in each semiconductor element of the semiconductor element is there.
[0014]
According to the invention, the periphery of each semiconductor element, by providing the void space so that the heat resistance becomes uniform in each semiconductor device, since the temperature of the individual semiconductor elements of the semi conductor elements in a column can be made uniform A catastrophic failure of the semiconductor device can be prevented and the semiconductor device can be operated stably. Further, since it is not necessary to adjust the shape, interval, and size of each semiconductor device, the design of the semiconductor device is facilitated.
[0016]
In addition, since the void region penetrates the semi-insulating substrate, it is possible to prevent the heat generated in the semiconductor element from spreading, and to create a pattern on the back surface of the semi-insulating substrate on which the semiconductor element array is formed. When performed, the void region can be used as an alignment mark, and the manufacture of the semiconductor device can be facilitated.
[0017]
Further, the present invention is characterized in that the void region is embedded with a material having a lower thermal conductivity than the semi-insulating substrate.
[0018]
According to the present invention, the material embedded in the void region is an inorganic insulating film or an organic insulating film.
[0019]
According to the present invention, by embedding a material having a lower thermal conductivity than the semi-insulating substrate in the gap region, it is possible to prevent the heat generated in the semiconductor element from spreading and to smooth the surface of the semi-insulating substrate. Therefore, the subsequent semiconductor process can be easily performed.
[0020]
The present invention is also characterized in that it is used in an amplifier of a transmission / reception apparatus for communication.
According to the present invention, since there is no restriction on the shape, interval, and size of the semiconductor element, the semiconductor device can be reduced in size, and the communication transceiver device on which the semiconductor device is mounted can also be reduced in size.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a plan view showing a
[0022]
As shown in FIG. 1, a comb-
[0023]
3 and 4, the
[0024]
On both sides of the HBT row, the
[0025]
The shape and position of the
[0026]
In the present embodiment, the
[0027]
FIG. 5 is a graph showing a simulation result of thermal resistance of each
[0028]
FIG. 6 is a plan view showing a
[0029]
Also in the
[0030]
FIG. 8 is a plan view showing a
[0031]
Also in the
[0032]
In this embodiment, SiN is used as a material having a thermal conductivity lower than that of the semi-insulating GaAs substrate. However, Si02 and SiON insulating films, which are inorganic insulating films having a thermal conductivity lower than that of the semi-insulating GaAs substrate, and organic The same effect can be obtained by using a dielectric film such as polyimide which is an insulating film.
[0033]
FIG. 10 is a plan view showing a
[0034]
Thus, the
[0035]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a
[0036]
The
[0037]
FIG. 13 is a plan view showing a
[0038]
As a result, the
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The specific configurations of the
[0042]
By using the
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, only the central portion in the semiconductor device does not become hot, and the temperature can be equalized over the entire semiconductor element array, so that a catastrophic failure of the semiconductor device can be prevented. Can be operated stably. In addition, since it is not necessary to adjust the shape, interval, and size of each semiconductor device, the design of the semiconductor device is facilitated, and the semiconductor device can be reduced in size.
[0044]
According to the invention, between each semiconductor element, by providing the void space so that the heat resistance becomes uniform in each semiconductor device, since the temperature of the individual semiconductor elements of the semi conductor elements in a column can be made uniform A catastrophic failure of the semiconductor device can be prevented and the semiconductor device can be operated stably. In addition, since it is not necessary to adjust the shape, interval, and size of each semiconductor device, the design of the semiconductor device is facilitated, and the semiconductor device can be reduced in size.
[0045]
According to the present invention, the periphery of each semiconductor element, by providing the void space so that the heat resistance becomes uniform in each semiconductor device can be a temperature of each of the semiconductor elements of the semi-conductor elements in the column uniform Therefore, a catastrophic failure of the semiconductor device can be prevented and the semiconductor device can be operated stably. In addition, since it is not necessary to adjust the shape, interval, and size of each semiconductor device, the design of the semiconductor device is facilitated.
[0046]
Further, according to the present invention, the gap region penetrates the semi-insulating substrate, so that the heat generated in the semiconductor element can be prevented from spreading and the surface on which the semiconductor element array of the semi-insulating substrate is formed. When pattern formation is performed on the back surface of the semiconductor device, the void region can be used as an alignment mark, and the manufacture of the semiconductor device can be facilitated.
[0047]
Further, according to the present invention, by embedding a material having a lower thermal conductivity than the semi-insulating substrate in the gap region, it is possible to prevent the heat generated in the semiconductor element from spreading and to reduce the surface of the semi-insulating substrate. Since smoothing can be performed, the subsequent semiconductor process can be easily performed.
[0048]
In addition, according to the present invention, since there is no limitation on the shape, interval, and size of the semiconductor element, the semiconductor device can be reduced in size, and the communication transmitting / receiving device on which the semiconductor device is mounted can also be reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a
2 is a cross-sectional view taken along section line S2-S2 in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of section III of FIG.
4 is an enlarged view of section IV of FIG.
FIG. 5 is a graph showing the result of simulation of thermal resistance of each HBT 71-78.
FIG. 6 is a plan view showing a
7 is a cross-sectional view taken along section line S7-S7 in FIG. 6;
FIG. 8 is a plan view showing a
9 is a cross-sectional view taken along section line S9-S9 in FIG.
FIG. 10 is a plan view showing a
11 is a cross-sectional view taken along section line S11-S11 in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a
FIG. 13 is a plan view showing a
14 is a cross-sectional view taken along section line S14-S14 in FIG.
15A and 15B are a plan view and a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device 1A.
FIGS. 16A and 16B are a plan view and a cross-sectional view showing a
17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view showing a
[Explanation of symbols]
11, 11A-
Claims (6)
半導体素子列の配列方向の両側の半絶縁性基板を一部除去し、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように半絶縁性基板を貫通して形成される空隙領域を設けることを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device having a semiconductor element array in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel on a semi-insulating substrate,
Partially removing the opposite sides of the semi-insulating substrate in the arrangement direction of the semiconductor element rows, that kick set the void region thermal resistance of the semiconductor elements is formed through the semi-insulating substrate to form a uniform A featured semiconductor device.
半導体素子間の半絶縁性基板を一部除去し、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように半絶縁性基板を貫通して形成される空隙領域を設けることを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device having a semiconductor element array in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel on a semi-insulating substrate,
The semi-insulating substrate between the semiconductor element is partially removed, wherein a set kick the void region thermal resistance of the semiconductor elements is formed through the semi-insulating substrate to form a uniform .
半導体素子の周囲の半絶縁性基板を除去し、各半導体素子の熱抵抗値が均一になるように半絶縁性基板を貫通して形成される空隙領域を設けることを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device having a semiconductor element array in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel on a semi-insulating substrate,
Removing the semi-insulating substrate around the semiconductor element, wherein a set kick the void region thermal resistance of the semiconductor elements is formed through the semi-insulating substrate to be uniform.
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