JPH08293746A

JPH08293746A - 高周波電力増幅器

Info

Publication number: JPH08293746A
Application number: JP9512995A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kagaya; 修加賀谷; Kenji Sekine; 健治関根; Isao Yoshida; 功吉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】広帯域化に適し、かつ低コスト及び低電圧化に
最適な高周波電力増幅器を提供する。【構成】高周波電力増幅器の出力段のトランジスタ及び
出力整合回路において、出力段のＭＯＳＦＥＴＱ１１
と同一の基板上に短絡スタブＭ１１，Ｃ１１を設け、短
絡スタブＭ１１の一端をＭＯＳＦＥＴＱ１１のドレイ
ンに接続し、短絡スタブを構成するマイクロストリップ
線路Ｍ１１の誘電体として絶縁膜を用い、そのマイクロ
ストリップ線路のグランドプレーンとして高濃度ｐ型シ
リコン基板Ｓ１２又はシリコン基板Ｓ１２上の金属膜を
用い、別基板上Ｓ１１の出力整合回路とボンディングワ
イヤＬｗ１２で接続した。【効果】出力段にトランジスタを用いた電力増幅器にお
いて、低コスト、低電源電圧、広帯域特性の高周波電力
増幅器を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高周波電力増幅器、更に
詳しくいえば、ＵＨＦからマイクロ波帯の信号の電力増
幅を行う高周波電力増幅器に係り、特に出力段のトラン
ジスタの出力を整合回路に接続する部分を持つ高周波電
力増幅器の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波電力増幅器は近年移動体通信の携
帯電話機のキーデバイスとしてその需要が急激に伸びて
いる。上記用途に適した高周波電力増幅器としては従来
小型、低消費電力、低コストであることが要求され、上
記要求を満たすため、従来次の様な高周波電力増幅器が
知られている。第１の例はSi-MOSFETを用いたもの（従
来例1と略称）で、例えば I. Yoshida and M. Katsued
a, "Highly Efficient 1.5-GHz Band Si Power MOS Lin
ear Amplifier" 1994 Asia-Pacific Microwave Confere
nce Proceedings vol. II pp. 559 - 562, December 19
94において論じられている。従来例1の高周波電力増幅
器は、図４に示すように、アルミナセラミック等の誘電
体基板Ｓ２１上に写真エッチング等により形成した受動
素子からなる整合回路と、単体トランジスタＱ２１のチ
ップＳ２２からなる能動素子により構成されていた。ト
ランジスタＱ２１と整合回路はボンディングワイヤＬｗ
２１，Ｌｗ２２により接続されている。高周波電力増幅
器の特性を決める出力整合回路は、ボンディングワイヤ
Ｌｗ２２のインダクタンス及び誘電体基板上のマイクロ
ストリップ線路Ｍ２２，Ｍ２３とチップコンデンサの容
量Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４によって構成されている。

【０００３】この回路構成により電源電圧６Ｖで１．５
ＧＨｚ帯で動作する高周波電力増幅器を実現していた。
またトランジスタとして低コストで製造できるＳｉ−Ｍ
ＯＳＦＥＴを用いたことにより、高周波電力増幅器を低
コストで実現できた。図４において、ＡＭＰ２１はトラ
ンジスタＱ２１を駆動する駆動増幅器、トランジスタＱ
２１はＳｉ基板Ｓ２２上に形成されたＭＯＳＦＥＴ、Ｒ
２１は出力トランジスタＱ２１のゲートと電源端子Ｖｇ
を接続するチップ抵抗である。

【０００４】第２の例はＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ(Mｅta
l-Semiconductor Filed EffectTransistor)を用いたも
の（従来例２と略称）で、例えば１９９４年電子情報通
信学会秋期大会C-25「１．９ＧＨｚ帯ＧａＡｓＭＭＩ
Ｃ電力増幅器」において論じられている。従来例２は、
図５に示すように、マイクロストリップ線路Ｍ３１，Ｍ
３２及び容量Ｃ３４，Ｃ３５からなる出力整合回路と、
ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴからなる出力トランジスタＱ３
２を同一ＧａＡｓチップＳ３１上に半導体プロセスによ
って形成していた。この回路では、出力トランジスタＱ
３２と出力整合回路との間にボンディングワイヤを設け
る必要がない。この回路構成により電源電圧３Ｖで１．
９ＧＨｚ帯で動作する電力増幅器を実現している。図５
で、マイクロストリップ線路Ｍ３１とＭ３２は半絶縁性
ＧａＡｓ基板３１を誘電体として用い、基板裏面電極を
グランド面として用いたマイクロストリップ分布定数線
路、容量Ｃ３１〜Ｃ３５はＭＩＭ(Metal-Insulator-Met
al)型容量、Ｌ３１とＬ３２はスパイラルインダクタ、
Ｒ３１とＲ３２は抵抗素子、Ｑ３１はＧａＡｓＭＥＳＦ
ＥＴからなる駆動増幅用トランジスタである。容量Ｃ３
１，Ｃ３２及びインダクタンスＬ３１によって入力整合
回路が構成され、インダクタンスＬ３２及び容量Ｃ３３
によって段間整合回路が構成されている。また抵抗Ｒ３
１とＲ３２によってトランジスタＱ３１，Ｑ３２のゲー
トと電源端子Ｖｇが接続されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】携帯電話機等に使用さ
れる高周波電力増幅器に対しては、低コストの要求に加
えて、低電圧化の要求が強い。この低電圧化に対する必
要性を以下にのべる。高周波電力増幅器は携帯電話機で
最も消費電力が大きい部品であり、携帯電話機の重量の
約半分を占める二次電池の仕様を最も大きく左右する。
従来４．５〜６Ｖであった高周波増幅器の動作電圧を低
くし、例えば３Ｖでの動作を可能にすると、従来のＮｉ
−Ｃｄ二次電池に換えてエネルギー密度が高いＬｉイオ
ン二次電池を使用することが可能となる。Ｌｉイオン二
次電池は重量が同じＷｈ（ワット時間）のＮｉ−Ｃｄ電
池の半分の重量であり、したがって携帯電話機を軽量化
するというメリットが生じるからである。

【０００６】従来例１においてはＳｉ−ＭＯＳＦＥＴを
出力トランジスタとして用いたことにより、低コストへ
の要求に対しては対応できる。しかし低電圧化の要求に
対して電源電圧を低くした場合、高周波電力増幅器の帯
域が狭くなり、所要帯域内で出力利得の周波数変動が大
きいなるという問題があった。すなわち、電源電圧を従
来より低くする場合、必要な出力電力、例えば１Ｗ以上
の出力電力を確保するためにはＳｉ−ＭＯＳＦＥＴのゲ
ート幅を増大する必要がある。ゲート幅を増大するとＳ
ｉ−ＭＯＳＦＥＴの出力インピーダンスは従来に比べ極
めて低くなる。図４において点ＡからトランジスタＱ２
１を見た出力インピーダンスΓoutはわずかに容量性リ
アクタンスを持つが、その容量性リアクタンスの大きさ
が小さいため、ボンディングワイヤＬｗ２２を介して見
た出力インピーダンスΓｏｕｔ’は誘導性リアクタンス
を有するようになる。

【０００７】本発明者等の検討によると、アルミナセラ
ミック上のマイクロストリップ線路及び容量からなる受
動回路で整合回路を形成し、実部が小さくかつ誘導性リ
アクタンスを持つ出力インピーダンスΓｏｕｔ’を５０
Ωへ整合させた場合、整合できる周波数範囲が従来に比
べ狭くなり、周波数に対する出力利得の変動が大きくな
るという問題が明らかになった。例えば、欧州の移動体
電話に使用されるＰＣＮ(Personal Communication Netw
ork)方式では、移動機の送信周波数が１７１０−１７８
５ＭＨｚであり、高周波電力増幅器はその帯域の７５Ｍ
Ｈｚ内でほぼ一定の出力利得を持つことが必要とされて
いる。従来技術１を適用した場合には、帯域の７５ＭＨ
ｚ内で一定の出力利得を持たせることは容易ではなく、
改善が求められていた。

【０００８】一方、従来例２においては、ＧaＡs基板が
Ｓi基板に比べ１桁以上高価なため、ＧaＡs ＦＥＴ及
びＧａＡｓ基板をマイクロストリップ線路の誘電体とし
て用いたＭＭＩＣ（マイクロモノリシック集積回路）で
は低コストへの要求に対し大きな欠点を持つ。しかし出
力整合回路にボンディングワイヤを用いていない点で上
記従来例１の持つ帯域の問題は生じず、低電圧化の要求
に対しては利点をもつ。もしＳｉ−ＭＯＳＦＥＴを用
い、Ｓｉ基板上に従来例２と同様の出力整合回路構成を
ＭＭＩＣで容易に実現できれば、広帯域特性を持ち、し
かも低コスト及び低電圧化の要求を満足すると考えられ
るが、それは以下の理由により困難である。

【０００９】まずマイクロストリップ線路の誘電体とし
てＳｉ基板を用いる場合には、マイクロストリップ線路
の誘電損による出力電力の損失を抑えるため、Ｓｉ基板
の比抵抗を数ｋΩｃｍ程度に高くする必要がある。しか
し高周波電力用Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴのソース電極は寄生
インダクタンスを抑えるため基板裏面から取る必要があ
り、Ｓｉ基板としては０．０２Ωｃｍ程度の低抵抗ｐ⁺
基板を用いる必要である。よって基板の比抵抗の観点か
ら、マイクロストリップ線路とトランジスタとを同一チ
ップ内に形成することは技術的に極めて困難である。

【００１０】またマイクロストリップ線路の誘電体とし
てＳｉ基板上に被着したＳiＯ₂等の絶縁膜を用いる場合
には、低コストで被着できる絶縁膜の厚さが数μｍ程度
と薄いため、例えば特性インピーダンスを従来例２と同
じ５０Ωとするためにはストリップ導体の幅が数μｍと
非常に細くなる。よってこのマイクロストリップ線路を
実施例３に適用した場合マイクロストリップ線路の導体
損が大きくなり、出力電力の損失が著しく多くなる。こ
れに加え、トランジスタＱ３２の電流が容易にストリッ
プ導体の電流容量を越え、エレクトロマイグレーション
による断線が生じる不良となる点でも問題である。従っ
て、ＳｉＯ₂等の絶縁膜をマイクロストリップ線路の誘
電体としてとする方法によってもマイクロストリップ線
路とトランジスタを同一チップ内に形成することは極め
て困難である。

【００１１】以上の様に従来例２のＧａＡｓチップをＳ
ｉチップに変更することは困難であり、低コストできな
いという問題があった。

【００１２】本発明の目的は出力段にトランジスタを用
い、トランジスタの出力部に整合回路をもつ高周波電力
増幅器において、広帯域化に適し、かつ低コスト及び低
電圧化ができる高周波電力増幅器及びそれを構成する高
周波電力増幅用トランジスタを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、出力段のトランジスタを構成する半導
体基板の一部に一端が短絡され、他端を上記トランジス
タの出力端に接続したマイクロストリップ線路からなる
短絡スタブを設けた高周波電力増幅用トランジスタを構
成し、この高周波電力増幅用トランジスタの出力端と他
の基板上に形成された出力整合回路とをボンディングワ
イヤで結合して高周波電力増幅器を構成した。上記マイ
クロストリップ線路は、その誘電体として上記半導体基
板上に形成した絶縁膜を用い、そのグランドプレーンと
して高濃度p型半導体基板又は半導体基板上の金属膜を
用いた。上記高周波電力増幅用トランジスタ形成した半
導体チップは、上記他の基板上に取り込みマウントして
一体的に構成する場合と、また別個に配置する場合があ
る。なお、回路的には上記短絡スタブとボンディングワ
イヤと上記出力整合回路が出力段のトランジスタの整合
回路を構成するが、本発明における上記出力整合回路と
は当然その場合を含むものである。

【００１４】上記トランジスタとしてＳi-ＭＯＳＦＥＴ
がコスト的に有利であるが、バイポーラトランジスタ、
ＧａＡｓＦＥＴ等の他種のトランジスタでもよい。上記
他の基板上に形成された出力整合回路はセラミック等の
誘電体基板を使用したストリップ線路と容量素子、イン
ダクタンス素子等の受動素子で構成される。

【００１５】

【作用】本発明による高周波電力増幅用トランジスタの
チップでは、短絡スタブを出力段のトランジスタと同一
の半導体基板上に設けて直接接続することにより、出力
段のトランジスタの出力インピーダンスをその実部が大
きくなるように変換できる。ボンディングワイヤ及び別
基板上に形成した出力整合回路は出力インピーダンスを
所望の値、例えば５０Ωへ変換する働きをする。このボ
ンディングワイヤ及び出力整合回路はトランジスタの出
力インピーダンスの周波数変化をある方向に増大するの
に対し、低インピーダンスの短絡スタブは周波数変化を
上記方向と逆向きに増大する方向に働くため、両者を備
えた本発明の高周波電力増幅器では周波数変化を打ち消
すことができ、従来より整合できる周波数帯域を従来の
高周波電力増幅器より広くできる。

【００１６】短絡スタブはマイクロストリップ線路の特
性インピーダンスを５０Ωとする必要はなく、特性イン
ピーダンスを非常に低く、例えば１０Ω以下にしても充
分な働きを持つ。そのためマイクロストリップ線路の誘
電体として数μｍの厚さの絶縁膜を用い、グランドプレ
ーンとして半導体基板又は金属膜を用い、マイクロスト
リップ線路のストリップ導体幅を充分広くすることによ
りその導体損を充分小さくできる。さらに、ＧａＡｓト
ランジスタを使用する場合でも、出力整合回路の基板を
低コストの材料で構成できるので、高周波電力増幅器を
低コストで実現できる。

【００１７】以下に短絡スタブの働きをさらに詳しく説
明する。高周波電力増幅器において、トランジスタの出
力インピーダンスの実部(レジスタンス)がある程度大き
い方が広帯域な出力整合回路を容易に実現できる。本発
明では、出力段のトランジスタに簡単な素子を付加する
ことにより、出力トランジスタの出力アドミッタンスの
虚数部(サセプタンス)を変化させ、出力インピーダンス
の実部(レジスタンス)を増加させた。

【００１８】出力段のトランジスタの出力アドミッタン
ス1/Zout＝Ｇ＋ｊωＣ(Ｇ:出力コンダクタンス、ω:角
周波数、Ｃ：出力容量、ｊ：虚数単位)に対し、短絡ス
タブを付加することによりそのアドミッタンスは1/Zou
t'＝Ｇ＋ｊωＣ−ｊＸ（Ｘ：短絡スタブのサセプタン
ス)に変換される。すなわち短絡スタブを付加した時の
出力インピーダンスの実部はＲｅ[Zout']＝Ｇ／（Ｇ²＋
（ωＣ−Ｘ）²）となり、短絡スタブのサセプタンスＸ
をＸ＝ωＣとすることにより出力インピーダンスの実部
を最大に変換できる。本発明者等の検討では１.８ＧＨ
ｚにおいてωＣ＝０.５Ｓの出力段ＭＯＳ−ＦＥＴに対
し、長さλｇ／８（λｇ：電気長）、特性インピーダン
スが２Ωの短絡スタブを設けることで実現できた。この
とき、短絡スタブの長さλｇ／８は１.８ＧＨｚにおい
て１２ｍｍ程度となり、出力トランジスタのサイズに比
べて無視できないほど大きいが、この点は特性インピー
ダンスを増加して例えば１０Ωに増加すること及びその
後の出力整合回路の変更により、０．６ｍｍまで縮小で
きた。これにより出力トランジスタと短絡スタブを同一
チップ上に形成することができる。また低インピーダン
スの短絡スタブを付加したことにより周波数変化が小さ
くなる方向に改善されたが、その理由はボンディングワ
イヤ及び別基板上に形成した出力整合回路と低インピー
ダンス短絡スタブの周波数変化が逆向きであり、周波数
変化を互いに相殺する効果を生じたためである。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。＜実施例１＞図１は本発明による高周波電力増幅器の第
１の実施例の構成を表す回路図である。図１に示すよう
に、本実施例の高周波電力増幅器は、アルミナセラミッ
クを誘電体として用いた基板（以下モジュール基板と呼
ぶ）Ｓ１１上に形成され、通常は金属ケースでシールド
されて用いられる。出力段のトランジスタＱ１１と短絡
スタブＭ１１，Ｃ１１はＳｉチップＳ１２上に形成し、
モジュール基板Ｓ１１内に組み込む。出力整合回路はマ
イクロストリップ線路Ｍ１１〜Ｍ１３、チップコンデン
サの容量Ｃ１１〜Ｃ１４及びボンディングワイヤＬｗ１
２のインダクタンスによって構成する。この構成により
出力トランジスタＱ１１の非常に低い出力インピーダン
スを所望の出力インピーダンス、例えば５０Ωに変換し
て高周波電力を出力端子ＲＦｏｕｔに出力する。マイク
ロストリップ線路Ｍ１２及びＭ１３はアルミナセラミッ
クを誘電体、銅箔をストリップ線路としたマイクロスト
リップ線路であり、写真エッチングによりモジュール基
板Ｓ１１上に直接形成し、その特性インピーダンスは５
０Ωとした。

【００２０】出力段のトランジスタＱ１１はＳｉ-ＭＯ
ＳＦＥＴからなる。ＡＭＰ１１は入力端子ＲＦｉｎより
入力された電力を線形増幅し、出力段のトランジスタＱ
１１を駆動する駆動増幅器、Ｒ１１はチップ抵抗であ
り、ボンディングワイヤＬｗ１１を介してトランジスタ
Ｑ１１のゲートと電圧端子Ｖｇを接続する。

【００２１】図２の（ａ）、（ｂ）及び(c)はそれぞれ
図１のＳｉチップＳ１２を構成を示す平面図、（ａ）の
マイクロストリップ線路Ｍ１１の点線Ａ−Ａ’部の断面
図及び（ａ）のトランジスタＱ１１の点線Ｂ−Ｂ’部の
一部の断面図である。ＳｉチップＳ１２では、（ａ）の
平面図に示すように、短絡スタブをマイクロストリップ
線路Ｍ１１と容量Ｃ１１によって構成する。容量Ｃ１１
はＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）容量であり、マイクロ
ストリップ線路Ｍ１１の一端を容量Ｃ１１を介して高周
波的にグランドへ短絡する。出力トランジスタＱ１１の
ドレインは短絡スタブを構成するマイクロストリップ線
路Ｍ１１の短絡していない一端に接続する。

【００２２】（ｂ）に示すように、マイクロストリップ
線路Ｍ１１は、Ａｕからなる配線層６１をストリップ導
体、Ａｌからなる配線層６０をグランドプレーン、その
間のＳｉＯ２からなる絶縁膜５９を誘電体として構成す
る。本実施例では、絶縁膜５９の厚さが４μｍの場合、
配線層６１の幅を８０μｍ、長さを６００μｍとした。
このときのマイクロストリップ線路Ｍ１１の特性インピ
ーダンスは約８Ωである。配線層６０は低抵抗層である
高濃度ｐ型不純物層５３及び低抵抗である高濃度ｐ型Ｓ
ｉ基板５１を通じて裏面電極６２へ接続し、グランド電
位に固定する。ここで５２は高抵抗層である低濃度ｐ型
Ｓｉエピタキシャル層、５８はＳiＯ₂からなる絶縁膜で
ある。

【００２３】また、（ｃ）に示すように、Ｓｉ−ＭＯＳ
ＦＥＴＱ１１の断面構造は従来のＳｉ−ＭＯＳＦＥＴ
と同じ構造で、従来と同じ製造工程を用いて容易に製造
できる。なお、（ｃ）は、（ａ）の横長の斜線部が電極
配線６１で、ソース及びドレインが交互に櫛波状配列さ
れている。Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴＱ１１のドレイン電流
はドレイン電極６４から高濃度ｎ型不純物層５５、低濃
度ｎ型不純物層５６及びゲート電極５７の下部トランジ
スタＱ１１の中濃度ｐ型不純物層５４内に発生する反転
層（チャネル層）を通りソース電極６３に流れる。この
ドレイン電流をゲート電極５７の電位によって制御し
て、トランジスタ動作を行う。ソース電極６３は高濃度
ｐ型不純物層５３及び高濃度ｐ型Ｓｉ基板５１を通じて
裏面電極６２へ接続し、グランド電位に固定する。

【００２４】図３は上記第１の実施例による高周波電力
増幅器及び図４に示した従来の高周波電力増幅器の周波
数特性を示すグラフである。このグラフは高周波電力増
幅器の出力整合回路を、ＰＣＮ方式の移動機の送信周波
数帯域である１７１０−１７８５ＭＨｚに整合させたと
きの周波数特性の結果である。従来技術における最大利
得から利得変化をＡ１したときの帯域幅をＢ１としたと
き、本実施例の高周波電力増幅器では、最大利得から利
得変化をＡ１と同一の利得変化Ａ２のときの許容周波数
帯域幅Ｂ２はおよそ１．８倍に改善することができ、送
信周波数帯域内での出力利得の周波数変化を減少でき
た。

【００２５】＜実施例２＞図６は本発明による高周波電
力増幅器の第２の実施例の構成を表す回路図である。図
６（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第２の実施例のトランジ
スタ部の平面図及び（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図であ
る。なお、高周波電力増幅器の回路は図１と実質的に同
じであるので省略する。本実施例では、マイクロストリ
ップ線路Ｍ６１はストリップ線路となる配線層６１をス
トリップ導体、高濃度ｐ型不純物層５３をグランドプレ
ーン、その間のＳｉＯ₂からなる絶縁層５８及び５９を
誘電体として構成する。他の構成部分は図２と同じで、
同一部分については図２と同じ番号で示す。

【００２６】第２の実施例によると、絶縁層５８を加え
たことにより誘電体の厚さを増すことができ、マイクロ
ストリップ線路の導体損を軽減することができる。ま
た、チップの出力端子から見た出力インピーダンスの実
部（レジスタンス）を増加することができ、広帯域な出
力回路を実現することができる。

【００２７】＜実施例３＞図７は本発明による高周波増
幅器の第３の実施例の回路図である。本実施例は高周波
電力増幅器用トランジスタを含む半導体集積回路のチッ
プと整合回路のチップを別々に構成したマルチチップモ
ジュール型の高周波電力増幅器の構成をする。高周波増
幅器は駆動増幅器や出力トランジスタをＭＭＩＣ化した
ＳｉチップＳ４１と出力整合回路を構成するアルミナセ
ラミックチップＳ４２との２つのチップより構成され
る。入力端子ＲＦｉｎより入力された電力はＣ４１，Ｃ
４２，Ｌ４１，Ｒ４１からなる入力整合回路によりイン
ピーダンス変換され、駆動段のトランジスタＱ４１のゲ
ートに入力される。駆動段トランジスタＱ４１によって
線形増幅された電力はＬ４２〜Ｌ４４，Ｃ４６，Ｃ４
７，Ｒ４３からなる段間整合回路によりインピーダンス
変換され、出力段のトランジスタＱ４２のゲートに入力
される。出力段のトランジスタＱ４２によって増幅され
た高周波出力電力は、Ｍ４１とＣ４８からなる短絡スタ
ブ、ボンディングワイヤＬｗ４１，マイクロストリップ
線路Ｍ４２，Ｍ４３及びチップコンデンサの容量Ｃ４９
〜Ｃ５１によって構成する出力整合回路によりインピー
ダンス変換され出力端子ＲＦＯＵＴに出力される。Ｒ４
２及びＲ４４はそれぞれＱ４１，Ｑ４２のゲートと電圧
端子Ｖｇ１，Ｖｇ２を接続する抵抗素子であり、数ｋΩ
程度の値にする。Ｃ４３，Ｃ４４，Ｃ４５はバイパスコ
ンデンサである。

【００２８】ここでトランジスタＱ４１及びＱ４２に
は、図２（ｃ）に示した構造と同様の構造のＳｉ−ＭＯ
ＳＦＥＴを用いた。Ｃ４１〜Ｃ４８はＭＩＭ容量素子で
あり、Ｒ４１〜Ｒ４４は多結晶シリコン膜を用いた抵抗
素子であり、Ｌ４１〜Ｌ４４はスパイラルインダクタで
あり、これらは全てＳｉチップＳ４１上に形成した。

【００２９】本実施例によれば、出力段以外の整合回路
を全てＳｉチップＳ４１上に形成したことにより、利得
等の特性がある程度劣化するものの、高周波増幅器の容
積を著しく小さくでき、超小型携帯電話機に好適な高周
波増幅器を提供することができる。またチップコンデン
サの個数を最小限に減らしたことにより、モジュールの
組立工程が少なくなり、組立コストの低減により高周波
増幅器をさらに低コストで実現できる。

【００３０】＜実施例４＞図８は本発明による高周波増
幅器の第４の実施例の回路図である。本実施例は高周波
電力増幅用トランジスタとしてシリコンバイポーラトラ
ンジスタを用いたもので、モジュール型の高周波電力増
幅器の構成する。出力段のシリコンバイポーラトランジ
スタＱ８１とマイクロストリップ線Ｍ８１と容量Ｃ８１
からなる短絡スタブはトランジスタＱ８１と同一のＳｉ
チップＳ８２上に形成し、モジュール基板Ｓ１１内に組
み込む。シリコンバイポーラトランジスタＱ８１はｎｐ
ｎ型であり、例えばコレクタトップ型とすることにより
高濃度ｎ型Ｓｉ基板をトランジスタＱ８１のエミッタ及
びマイクロストリップ線路Ｍ８１のグランドプレーンと
して用いることができる。ここで容量Ｃ８１はＭＩＭ容
量、またはｐ−ｎ接合容量としても良い。またトランジ
スタＱ８１としてはｐ型Ｓｉ基板上に形成したエミッタ
トップ型のバイポーラトランジスタとしても良く、この
場合はマイクロストリップ線路Ｍ８１のグラントプレー
ンとしては金属膜を用いるのが好適である。

【００３１】＜実施例５＞図９は本発明による高周波増
幅器の第５の実施例の回路図である。本実施例ははモジ
ュール型の高周波電力増幅器の構成する。実施例１との
違いは出力段のトランジスタとしてガリウム砒素電界効
果トランジスタ（ＧａＡｓ−ＦＥＴ）を用いた点であ
る。出力段のＧａＡｓ−ＦＥＴＱ９１と、マイクロスト
リップ線Ｍ９１及び容量Ｃ９１からなる短絡スタブはＧ
ａＡｓ−ＦＥＴＱ９１と同一の半絶縁性ＧａＡｓチップ
Ｓ９２上に形成し、モジュール基板Ｓ１１内に組み込
む。ガリＧａＡｓ−ＦＥＴとしては通常ＭＥＳＦＥＴを
用いるが、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）やＩ
ｎＧａＡｓチャネルを用いた歪チャネルヘテロトランジ
スタ等を用いても良い。マイクロストリップ線路Ｍ９１
のグランドプレーンとしては金属膜を用い、金属配線に
よって接地するのが好適である。またマイクロストリッ
プ線路Ｍ９１の誘電体としてはＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄
からなる層間絶縁膜のみを用い、誘電体として半絶縁性
ＧａＡｓ基板は使用しない。またＣ９１はＭＩＭ容量で
ある。

【００３２】ＧａＡｓ−ＦＥＴを用いた高周波電力増幅
器の場合にも出力電力が大きく、かつ電源電圧が低い場
合には、整合回路での損失を低減するためにモジュール
型にする場合が多い。本実施例５によれば、Ｓｉ−ＭＯ
ＳＦＥＴ及びＳｉバイポーラトランジスタでは実現でき
ない高い周波数、例えば２ＧＨｚ〜マイクロ波帯におい
て低価格の高周波増幅器を供給できると共に、高出力高
周波電力増幅器の広帯域化、低電圧化を可能にできる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば出力段のトランジスタの
出力端に整合回路を接続する高周波電力増幅器におい
て、出力段のトランジスタと整合回路をボンディングワ
イヤで結合する場合にも、広帯域化に適した出力回路が
実現でき、低価格化及び低電圧化に最適な高周波電力増
幅器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高周波電力増幅器の第１の実施例
の回路図である。

【図２】第１の実施例のＳｉチップＳ１２の構成を示す
図である。

【図３】本発明による高周波電力増幅器の実施例１の出
力利得の周波数変化を示すグラフである。

【図４】従来例１の高周波増幅器の構成を示した回路図
である。

【図５】従来例２の高周波増幅器の構成を示した回路図
である。

【図６】本発明による高周波電力増幅器の第２の実施例
の構成図である。

【図７】本発明による高周波電力増幅器の第３の実施例
の回路図である。

【図８】本発明による高周波電力増幅器の第４の実施例
の回路図である。

【図９】本発明による高周波電力増幅器の第５の実施例
の回路図である。

【符号の説明】

５１…高濃度ｐ型Ｓｉ基板、５２…低濃度ｐ型Ｓｉエピ
タキシャル層、５３…高濃度ｐ型不純物層、５４…中濃
度ｐ型不純物層、５５…高濃度ｎ型不純物層、５６…低
濃度ｎ型不純物層、５７…ゲート電極、５８…絶縁膜、
５９…絶縁膜、６０…配線層、６１…配線層、６２…裏
面電極、６３…ソース電極、６４…ドレイン電極、ＡＭ
Ｐ１１…駆動増幅器、ＡＭＰ２１…駆動増幅器、Ｃ１１
…ＭＩＭ容量、Ｃ１２〜Ｃ１４…チップコンデンサ、Ｃ
２２〜Ｃ２４…チップコンデンサ、Ｃ３１〜Ｃ３５…Ｍ
ＩＭ容量、Ｃ４１〜Ｃ４８…ＭＩＭ容量、Ｃ４９〜Ｃ５
１…チップコンデンサ、Ｃ８１…ＭＩＭ容量、Ｃ９１…
ＭＩＭ容量、Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ４１〜Ｌ４４…スパ
イラルインダクタ、Ｌｗ１１，Ｌｗ１２，Ｌｗ２１，Ｌ
ｗ２２，Ｌｗ４１…ボンディングワイヤ、Ｍ１１，Ｍ１
２，Ｍ１３，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ３１，Ｍ３２，Ｍ４
１，Ｍ４２，Ｍ４３，Ｍ６１，Ｍ８１，Ｍ９１…マイク
ロストリップ線路、Ｑ１１…出力トランジスタ、Ｑ２１
…出力トランジスタ、Ｑ３１…駆動増幅用トランジス
タ、Ｑ３２…出力トランジスタ、Ｑ４１…駆動段トラン
ジスタ、Ｑ４２…出力トランジスタ、Ｑ８１…シリコン
バイポーラトランジスタ、Ｑ９１…ガリウム砒素電界効
果トランジスタ、Ｒ１１…チップ抵抗、Ｒ２１…チップ
抵抗、Ｒ３１…抵抗素子、Ｒ３２…抵抗素子、Ｒ４１〜
Ｒ４４…抵抗素子、Ｓ１１…アルミナセラミック基板、
Ｓ１２…Ｓｉチップ、Ｓ２１…アルミナセラミック基
板、Ｓ２２…単体トランジスタチップ、Ｓ３１…ＧａＡ
ｓチップ、Ｓ４１…Ｓｉチップ、Ｓ４２…アルミナセラ
ミックチップ、Ｓ８２…Ｓｉチップ、Ｓ９２…ＧａＡｓ
チップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体からなる第１の基板上にトランジス
タと一端を上記トランジスタの出力端に接続し他端を短
絡した短絡スタブを設けた電力増幅トランジスタ回路
と、第２の基板上に形成したマイクロストリップ線路及
び容量素子及びインダクタンス素子の組み合わせからな
る出力整合回路と、上記出力端と上記出力整合回路を接
続するボンディングワイヤとをもち、上記短絡スタブの
マイクロストリップ線路を構成する誘電体として絶縁体
を用い、グランドプレーンとして上記第１の基板又は上
記第１の基板上に形成した金属膜を用いて構成したこと
を特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】請求項１記載の高周波電力増幅器におい
て、上記第１の基板上に上記トランジスタを駆動する半
導体集積回路が形成されたことを特徴とする高周波電力
増幅器。
【請求項３】請求項１又は２記載の高周波電力増幅器に
おいて、上記第１の基板が上記第２の基板上に取り込ま
れたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の高周波電力増幅
器において、上記第１の基板をシリコン半導体で、上記
トランジスタをＳｉ−ＭＯＳＦＥＴで構成し、上記短絡
スタブの一端を上記Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極
に接続して構成したことを特徴とする高周波電力増幅
器。
【請求項５】請求項１、２又は３記載の高周波電力増幅
器において、上記第１の基板をシリコン基板で、上記ト
ランジスタをシリコンバイポーラトランジスタで構成
し、上記短絡スタブの一端を上記シリコンバイポーラト
ランジスタのコレクタ電極に接続して構成したことを特
徴とする高周波電力増幅器。
【請求項６】請求項１、２又は３記載の高周波電力増幅
器において、上記トランジスタをガリウム砒素電界効果
トランジスタとし、上記第１の基板を半絶縁性ガリウム
砒素基板とし、上記マイクロストリップ線路のグラント
プレーンとして上記第１の基板上に形成した金属膜を用
いたことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項７】上記請求項１ないし６のいずれかに記載の
高周波電力増幅器において、上記短絡スタブを構成する
上記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスが１
０Ω以下であることを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項８】半導体基板上に、トランジスタと一端を上
記トランジスタの出力端に接続し、他端を短絡した短絡
スタブを設け、上記短絡スタブを構成するマイクロスト
リップ線の誘電体として絶縁体を用い、上記マイクロス
トリップ線路のグランドプレーンとして上記半導体基板
又は上記半導体基板上に形成した金属膜を用いたことを
特徴とする高周波電力増幅用トランジスタ。
【請求項９】請求項８記載の高周波電力増幅用トランジ
スタにおいて、上記半導体基板が高濃度ｐ型シリコン半
導体で、上記トランジスタがＳｉ−ＭＯＳＦＥＴで、上
記短絡スタブの一端を上記Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴのドレイ
ンに接続し、上記短絡スタブを構成するマイクロストリ
ップ線路の誘電体として絶縁体を用い、上記マイクロス
トリップ線路のグランドプレーンとして上記基板又は上
記基板上に形成した金属膜を用いたことを特徴とする高
周波電力増幅用トランジスタ。
【請求項１０】請求項８記載の高周波電力増幅用トラン
ジスタにおいて、上記半導体基板が半絶縁性ガリウム砒
素基板で、上記トランジスタが化合物電界効果トランジ
スタで、上記短絡スタブの一端を上記マイクロストリッ
プ線路のグラントプレーンとして上記第１の基板上に形
成した金属膜を用いたことを特徴とする高周波電力増幅
用トランジスタ。
【請求項１１】請求項８記載の高周波電力増幅用トラン
ジスタにおいて、上記トランジスタをシリコンバイポー
ラトランジスタとし、上記第１の基板をシリコン基板と
することを特徴とする高周波電力増幅用トランジスタ。
【請求項１２】請求項８ないし１１のいずれかに記載の
高周波電力増幅用トランジスタを駆動する回路を上記高
周波電力増幅用トランジスタを構成する上記半導体基板
に形成したことを特徴とする高周波電力増幅集積回路。