JP4472270B2 - 電界効果トランジスタとモノリシックマイクロ波集積回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波用の電界効果トランジスタ、特に高出力の電界効果トランジスタとそれを用いたモノリシックマイクロ波集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
高出力用の電界効果トランジスタは、複数のゲート電極を形成し、その各ゲート電極の両側にソース電極とドレイン電極とを形成することにより構成される(例えば、特許文献1の図17,図19等参照。)。この高出力用の電界効果トランジスタでは、ゲート電極の数を多くすることにより、高出力のトランジスタとすることができる。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−28425号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高出力用の電界効果トランジスタは、高出力特性を得るために、ゲート電極の数を大きくする上にさらに、パッド電極を形成するための領域が大きな面積を占めており、小型化が困難であった。
また、従来の電界効果トランジスタの電極構成では、複数のゲート電極において、ボンディング位置からの距離が異なるゲート電極間で異なることに起因して高周波特性が悪化するという問題点もあった。
【0005】
そこで、本発明は、従来の電界効果トランジスタに比較して小型化が可能でかつ高周波特性に優れた電界効果トランジスタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る電界効果トランジスタは、半導体層上に、互いに対向して設けられた第1パッド電極と第2パッド電極を備え、上記第2パッド電極に対向する上記第1パッド電極の第1縁辺部には上記第2パッド電極の方向に伸びる互いに平行な複数のゲート電極が接続され、そのゲート電極の間に交互にドレイン電極とソース電極が設けられて、上記ドレイン電極の一端がそれぞれ、上記第1パッド電極に対向する上記第2パッド電極の第2縁辺部に接続された電界効果トランジスタであって、上記第1縁辺部及び上記第2縁辺部の一方は、少なくとも1つの凸部を有し、他方は少なくとも上記一方の凸部の数より1つ多い数の凸部を有しており、上記一方の凸部は上記他方の隣接する2つの凸部の間に形成された凹部に対向するように配置されたことを特徴とする。
このように構成された本発明に係る電界効果トランジスタでは、上記第1縁辺部と上記第2縁辺部の間隔(上記ゲート電極に平行な方向の距離)を一定に保ちつつ、全体としての素子の占有面積を小さくできる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の電界効果トランジスタについて説明する。
実施の形態.
本実施の形態の電界効果トランジスタは、以下のような特有の電極構成を有している(図1)。
本実施の形態の電界効果トランジスタにおいては、図1に示すように、例えばGaAsからなる半導体層の上に、ゲート電極用のパット電極である第1パッド電極15とドレイン電極用のパッド電極である第2パッド電極33が互いに対向するように設けられている。
【0008】
ここで、特に、本実施の形態の電界効果トランジスタでは、第1パッド電極15における第2パッド電極33と対向する第1縁辺部15aは、直線的ではなく、周期的に第2パッド電極33の方向に張り出しており、第2パッド電極33における第1パッド電極15と対向する第2縁辺部33aも直線的ではなく、周期的に第1パッド電極15の方向に張り出している。
そして、第1縁辺部15aの張り出す周期と第2縁辺部33aの張り出す周期とは同一に設定され、第1縁辺部15aと第2縁辺部33aの間隔(ゲート電極11の長手方向における間隔であって、動作領域の幅に相当する。)が常に一定になるように、第1パッド電極15と第2パッド電極33は設けられる。
【0009】
具体的には、第1縁辺部15aの周期的に張り出した凸部が、第2縁辺部33aの周期的に張り出した凸部の間に形成される凹部に対向するように、第1パッド電極15と第2パッド電極33とは設けられている。
尚、本実施の形態において、第1縁辺部15aの周期的に張り出した凸部及び第2縁辺部33aの周期的に張り出した凸部はそれぞれ、ボンディングされる部分(いわゆるボンディングパッド)である。
【0010】
本実施の形態では、上述のように構成された第1パッド電極15と第2パッド電極33の間において、第1パッド電極15の第1縁辺部15aからは、互いに平行でかつ等間隔の複数のゲート電極11が第2パッド電極33の方向に伸びており、その隣接するゲート電極11の間には、ドレイン電極31とソース電極21が交互に設けられる。また、複数のドレイン電極31は、第2パッド電極33の第2縁辺部33a(第1パッド電極15に対向している辺)に接続されている。
【0011】
尚、本実施の形態では、最も外側に位置するゲート電極11の外側にはそれぞれ、ソース電極21が設けられている。
また、ソース電極21は、基板に形成された貫通孔22を介して基板の裏面に形成された電極に接続される。
【0012】
以下、本実施の形態の電界効果トランジスタの製造方法の概要について、GaAs高出力トランジスタを例に説明する。
本製造方法では、まず、半絶縁性のGaAs基板の上に、動作層として機能する半導体層を形成する。
この動作層を形成する場合、例えば、エピタキシャル成長により基板の全面に動作層を成長させた後、トランジスタとして使用する領域のみを残してそれ以外の部分を絶縁化する方法と、基板上の所望の領域のみに動作層を形成する方法とがあるが、本発明ではどちらの方法を採用してもよい。
【0013】
次に、ソース電極21とドレイン電極31とを形成する。尚、ドレイン電極用の第2パッド電極33は、ドレイン電極31と同時に一体で形成してもよいし、後の配線工程で形成してもよい。また、ソース電極21とドレイン電極31の形成には、例えば、リフトオフ法を用いることができる。
【0014】
次に、ゲート電極11を形成する。この際、ゲート電極用の第1パッド電極15を同時に一体で形成してもよいし、後の配線工程で形成してもよい。また、このゲート電極11の形成には、リフトオフ法を用いることもできるし、それ以外のスパッタエッチング法等を用いて構成してもよい。
最後に、必要な配線電極(図示はしていない)を形成する。この際、ソース電極21を裏面の電極と接続するための貫通孔22内に金属膜を形成する。
【0015】
以下、本発明による効果を比較例と対比しながら説明する。
比較例.
比較例の電界効果トランジスタの電極構成は、本発明の電界効果トランジスタの電極構成と以下の点で異なっている。
第1に、複数のゲート電極11がゲート電極用パッド電極115に直接接続されずに、ゲートバスライン電極115aを介してゲート電極用パッド電極115に接続されている。
第2に、複数のドレイン電極31がドレイン電極用パッド電極133に直接接続されずに、ドレインバスライン電極133aを介してドレイン電極用パッド電極133に接続されている。
【0016】
具体的には、比較例において、ゲートバスライン電極115aとドレインバスライン電極133aとが動作領域を挟んで互いに対向するように形成され、そのゲートバスライン電極115aから複数のゲート電極11が動作領域に伸びており、ドレインバスライン電極133aから複数のドレイン電極31が動作領域に伸びている。
【0017】
そして、複数のゲート電極用パッド電極115はゲートバスライン電極115aの外側(動作領域の反対側)に設けられ、複数のドレイン電極用パッド電極133はゲートバスライン電極133aの外側(動作領域の反対側)に設けられる。
また、比較例では、ゲートバスライン電極115aの両端にも、ゲート電極用パッド電極が設けられており、これにより、パット電極と各ゲート電極の間の距離が長くなり過ぎないようにしている。
尚、比較例において、ソース電極とその接続部分は、図1の実施の形態と同様に構成される。
【0018】
以上のように構成された実施の形態の電界効果トランジスタの電極構造と比較例の電極構造とを比較する。尚、図1の実施の形態の電界効果トランジスタと比較例の電界効果トランジスタにおけるゲート電極の数及び形状(幅及び長さ)、ドレイン電極の数及び形状(幅及び長さ)及びソース電極の数及び形状(幅及び長さ)はそれぞれ同一である。
【0019】
(1)図2から明らかなように、比較例の電極構造では、隣接するゲート電極パッド115の間にデッドスペース115bが存在し、隣接するドレイン電極パッド133の間にデッドスペース133bが存在する。
これに対して、図1から明らかなように、実施の形態の電界効果トランジスタでは、デッドスペースを形成することなく、比較例と同一の動作領域の面積を確保できるので、全体としての素子面積を小さくできる。
より具体的には、本発明の電極構成では、幅Wを比較例の幅WRに比べて小さくできる。
【0020】
(2)また、図2から明らかなように、比較例の電極構造では、ゲート電極11がゲートバスライン115aを介してゲートパッド電極115に接続されているので、ゲート電極の位置によっては、最も近いゲート電極パッド115からの距離が他のゲート電極のゲート電極パッド115までの距離に比較して大きくなる。言い換えれば、ゲート電極の位置(ゲートバスラインに接続される位置)によって最も近いゲート電極パッド115までの距離がそれぞれ異なる。
このようにゲート電極とゲート電極パッド115の間にあるゲートバスラインの長さが異なると、高周波の電圧信号をゲート電極に印加しようとした場合、ゲートバスラインの長さが異なる分、各ゲート電極における信号の位相がそれぞれ異なるものとなり、トランジスタの高周波特性が悪化する。
【0021】
これに対して、実施の形態の電極構造では、ゲート電極パッドである第1パッド電極15にゲート電極11が直接接続されているので、ゲート電極11の接続位置により第1パッド電極15までの位置が変わることもない。
またさらに、本実施の形態では、第1パッド電極15の第1縁辺部15aを周期的に三角形形状に張り出させ、その張り出した三角形部分をそれぞれボンディングパットとして用いている。これにより、各ゲート電極11と直近のボンディング位置までの距離をそれぞれ略等しくできる。
したがって、本実施の形態の電極構造では、ゲート電極11に高周波信号を印加した場合であっても、各ゲート電極11における高周波信号の位相を実質的に同一にでき、高周波特性を良好にできる。
【0022】
変形例.
以上の実施の形態の電界効果トランジスタでは、周期的に三角形形状に張り出させたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、半円形又はサイン(SIN)カーブにしたがって、周期的に張り出させるようにしてもよい。
【0023】
また、以上の実施の形態において、第1縁辺部15aは4つの凸部を有するように構成し、第2縁辺部33aは、3つの凸部を有するように構成した。
しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第1縁辺部15a及び第2縁辺部33aの一方は、少なくとも1つの凸部を有し、他方は少なくとも一方の凸部の数より1つ多い数の凸部を有しており、一方の凸部は他方における隣接する2つの凸部の間に形成された凹部に対向するように配置されていればよい。
以上のようにしても実施の形態と同様の作用効果が得られる。
また、以上説明した発明は、GaAs系、Si系等の種々の半導体材料を用いて構成したトランジスタに適用できる。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電界効果トランジスタは、対向して設けられた第1パッド電極の第1縁辺部と第2パッド電極の第2縁辺部のうちの一方は、少なくとも1つの凸部を有し、他方は少なくとも上記一方の凸部の数より1つ多い数の凸部を有しており、上記一方の凸部は上記他方の隣接する2つの凸部の間に形成された凹部に対向するように配置されているので、上記第1縁辺部と上記第2縁辺部の間における上記ゲート電極に平行な方向の距離を一定に保ちつつ、全体としての素子の占有面積を小さくできる。
したがって、本発明によれば、同じ動作領域を確保した場合において、全体としての占有面積の小さい電界効果トランジスタを提供できる。
また、本発明によれば、各ゲート電極と直近のボンディング位置までの距離をそれぞれ略等しくできるので、ゲート電極に高周波信号を印加した場合であっても、各ゲート電極における高周波信号の位相を実質的に同一にでき、高周波特性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態の電界効果トランジスタの電極構成を示す平面図である。
【図2】 比較例の電界効果トランジスタの電極構成を示す平面図である。
【符号の説明】
11 ゲート電極、15 第1パッド電極、15a 第1縁辺部、21 ソース電極、22 貫通孔、31 ドレイン電極、33 第2パッド電極、33a 第2縁辺部。
Claims (3)
- 半導体層上に、互いに対向して設けられた第1パッド電極と第2パッド電極を備え、上記第2パッド電極に対向する上記第1パッド電極の第1縁辺部には上記第2パッド電極の方向に伸びる互いに平行な複数のゲート電極が接続され、そのゲート電極の間に交互にドレイン電極とソース電極が設けられて、上記ドレイン電極の一端がそれぞれ、上記第1パッド電極に対向する上記第2パッド電極の第2縁辺部に接続された電界効果トランジスタであって、
上記第1縁辺部及び上記第2縁辺部の一方は、少なくとも1つの凸部を有し、他方は少なくとも上記一方の凸部の数より1つ多い数の凸部を有しており、上記一方の凸部は上記他方の隣接する2つの凸部の間に形成された凹部に対向するように配置されたことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 上記凸部は三角形であり、上記凹部は隣接する2つの凸部の間に形成された三角形の凹部である請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 1つの基板上に請求項1又は2に記載の電界効果トランジスタを複数個備えたモノリシックマイクロ波集積回路。
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