JP4768591B2 - 電力増幅器 - Google Patents
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Description
ESDによる破壊の主な原因は、高エネルギー(高電位)を蓄積した電荷が瞬間的に回路に流入することによる熱的破壊と考えられている。そのため、ESD保護回路は、この高エネルギーの電荷が熱的に弱い半導体素子に流入することを防ぐ働きを持っている。
以上述べてきたように、従来のダイオード接続回路では高いESD耐性を実現するためには大きな面積が必要となり、ペレットサイズ、コストの面で問題があった。
また、特許文献3には、バラスト抵抗値が小さくても電流分布の均一性に優れ、ディジタル変調波を入力しても歪みの劣化が小さい高効率で歪みの低い増幅器が記載されている。これは、バイポーラトランジスタを用いた高周波電力増幅器であって、少なくとも2個以上のブロックを備え、これらの前記ブロックの各々がベースバイアス電位を発生させるバイアス発生回路と高周波入力用容量素子とを備える。各々のバイアス発生回路は、インピーダンス変換用の第2のバイポーラトランジスタと、カレントミラートランジスタよりなる温度検出用に定電流バイアスされたダイオード回路とを備えている。
図1の保護回路(抵抗とダイオードとの直列回路)を有する電力増幅器と比較して、保護回路がない場合のESD耐性は、被保護回路となるトランジスタのコレクタ端子に負の電圧が印加された場合で決まる。そして、その大きさは−30V程度である。この場合、ベース−エミッタ間のpn接合がESDによって損傷を受けることによりトランジスタとしての機能を失ってしまう。
またHBTトランジスタの特性向上のため、ベース・エミッタ間ダイオードがヘテロ接合で構成されているので、ホモ接合で形成されたベース・エミッタ間接合よりも急峻なpn接合の切り替えが実現されている。この場合、ベース・エミッタ間ダイオードは比較的低い逆方向電圧のESDに対し急峻な破壊(ハードブレイクダウン)が生じる傾向を持っている。
一方、ベース・コレクタ接合においては、ベース・コレクタ間の寄生容量を低減させる目的で低濃度にドーピングされたコレクタ層が形成されている。したがって、ベース・コレクタ接合はpinダイオード型の形態を有することになる。その結果、ベース・コレクタ接合がホモ接合であれ、ヘテロ接合であれ、高いESD耐性を有している。
以上述べてきたように、HBTではベース・エミッタ間の保護を行うだけでHBTを用いた回路のESD耐性を正負共に大きく向上させることができ、従来の回路で生じるコストや面積の増大の問題を解決しながら、高いESD耐性を実現できる保護回路を提供できる。
図6は、この実施例の半導体基板に形成された電力増幅器の回路図である。この実施例1の保護回路は、実施例1と同様な回路構成を有しているが、バイアス回路としてエミッタフォロア回路を用いることに特徴がある。
図6のバイアス回路27は、バイポーラトランジスタ21を備えている。バイポーラトランジスタ21は、コレクタに繋がるコレクタ端子24、エミッタに繋がる接地端子25及びベースに繋がる制御端子26を有している。バイポーラトランジスタ21のベース・エミッタ間には、ベース・エミッタ接合とは逆方向のダイオードDlが挿入されている。また、バイポーラトランジスタ21のエミッタ、接地端子25間にはダイオードD4が挿入されている。バイポーラトランジスタ21のベース、接地端子25間にはダイオードD2、D3が挿入され、ダイオードDlは、ダイオードD2、バイポーラトランジスタ21のベース間に接続されている。
以上のように、この実施例では、実施例1において説明した作用効果に加えて、バイアス回路に対する保護効果も得られるので、回路全体として更に高いESD耐性を実現することが可能となっている。
2・・・素子分離領域
3・・・n+GaAsエピタキシャル層
4・・・n−GaAsエピタキシャル層
5・・・ベース領域(p−GaAsエピタキシャル層)
6・・・エミッタ領域(n−InGaPエピタキシャル層)
7・・・コレクタ電極
8・・・ベース電極
9・・・エミッタ電極
10、20、21、30・・・npnバイポーラトランジスタ
11、11a、16、16a・・・電極
12、22、24、32・・・コレクタ端子
13・・・金属配線層(1st−metal)
13a・・・金属配線層(2nd−metal)
14、23、25、33・・・接地端子
17、27、31・・・バイアス回路
18・・・層間絶縁膜
26・・・制御端子
Claims (3)
- 少なくとも1つの化合物半導体を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタを有する能動素子と、
前記バイポーラトランジスタのベースとエミッタ間をベース・エミッタ間ダイオードとは逆方向となるように接続されたダイオードと、
前記ダイオードの一方の電極と前記バイポーラトランジスタのベースとの間に直列に接続された2つの抵抗と、
前記2つの抵抗の間に接続されたバイアス回路と、
前記バイポーラトランジスタのエミッタに接続された接地端子と、
を備え、
前記ダイオードの他方の電極が、前記接地端子に接続され、
前記バイアス回路の接続点と前記ベースとの間に配置された抵抗の抵抗値を1Ω以上とし、前記ベースと前記ダイオードとの間に直列に接続された抵抗の抵抗値を3Ω以上7Ω以下としたことを特徴とする電力増幅器。 - 前記バイアス回路は、バイポーラトランジスタを有するエミッタフォロア回路から構成されていることを特徴とする請求項1記載の電力増幅器。
- 前記バイポーラトランジスタは、複数のトランジスタからなり、各トランジスタは、それぞれ各ベースに接続された各抵抗を介して前記バイアス回路に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電力増幅器。
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