JPS63220576A - 電界効果型半導体装置 - Google Patents

電界効果型半導体装置

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JPS63220576A
JPS63220576A JP5299687A JP5299687A JPS63220576A JP S63220576 A JPS63220576 A JP S63220576A JP 5299687 A JP5299687 A JP 5299687A JP 5299687 A JP5299687 A JP 5299687A JP S63220576 A JPS63220576 A JP S63220576A
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JP
Japan
Prior art keywords
semi
semiconductor substrate
insulating
matching circuit
impedance matching
Prior art date
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Pending
Application number
JP5299687A
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English (en)
Inventor
Shigeru Yanagawa
茂 柳川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS63220576A publication Critical patent/JPS63220576A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、マイクロ波領域で動作する電力用電界効果ト
ランジスタの改良に関する。
(従来の技術) マイクロ波通信及びレーダシステムなどに使用するマイ
クロ波電力増幅用素子としては、電力利得及び電力付加
効率の点などに優れた砒化ガリウム電界効果トランジス
タ(GaAsFET)が現在主流となっている。しかし
、通信システムの高周波化、機器の小型化、軽量化なら
びに低価格化を図る観点から、半絶縁性GaAs基板に
はソース、ドレイン及びゲートの各電極からなるトラン
ジスタ部と、この入出力側にインピーダンス整合用回路
をモノリシックにに集積したMMIC(Monolyt
hic Microwa−ve Integrated
 C1rcujt)タイプのGaAsFET(今後MM
ICGaAsFETと記載する)の開発が精力的に進め
られている。
第2図に示す高周波化を目指すMMICGaAsFET
は半絶縁性の半導体基板30に前述のようにオーム性の
ソース電極31、ドレイン電極32、ショットキもしく
はPN接合型のゲート電極33を複数個並列に設けてト
ランジスタ部を構成し、このトランジスタ部の入出力側
にインピーダンス変換回路を形成する。
即ち、グー1−電極33の引出しを兼ねる幅が狭い高イ
ンビーダンスス1〜リツプライン37及び幅が広い低イ
ンピーダンスマイクロストリップライン38で構成する
入力インピーダンス整合回路を設け、更に同じくドレイ
ン電極の引出しを兼ねる幅の狭いインピーダンスストリ
ップライン34と幅の広い低インピーダンスマイクロス
トリップライン35で構成する出力インピーダンス整合
回路を設置する。
この両整合回路は、幅の狭いスl〜リップライン34゜
37をLとして、幅の広いマイクロスl−リップライン
35.38をCどして機能させて、半絶縁性半導体基板
30上のトランジスタ部が保有するインピーダンス1Ω
程度を外部回路のインピーダンス50Ωに変換するもの
である。
これらの回路導体は半絶縁性半導体基板との接着力を確
保するチタン層1000人と、バリヤ層どして機能する
白金層1000人と、この両層の導電性を改善するべく
4μmのAu層を蒸着法などで被着し、この積層体の導
体損を抑えている。一方ソース電極31は半絶縁性半導
体基板30に設ける貫通孔4゜(図中点線枠部分)によ
り他表面と電気的に接続し、高周波領域における効率の
良い動作と、熱抵抗を小さくして高信頼性を確保するた
めにこの半絶縁性半導体基板30の厚さは30μm程度
に薄くし、この他表面には組立工程における作業性を勘
案してこの半絶縁性半導体基板より厚い全層4Jをメッ
キ手段によって設けている。
(発明が解決しようとする問題点) このようなMMICGaAsFETにあっては半絶縁性
半導体基板の熱膨張係数が5.5X]、O’−’である
のに対して、その他表面に形成する金のそれは14 X
 10−’と相違しており、一種のバイメタル構造とな
っている。このMMICGaAsFETを外囲器に組立
るには、金錫半田を用いてこの金層を固着する方法に頼
っており、その温度としては300℃〜400℃が必要
となる。しかも、この半絶縁性半導体基板の厚さは薄層
化されてこの金層の厚さと同程度もしくはそれ以下であ
る。に帯0.5W級MMICGaAsFETの場合チッ
プサイズは約1.OX3.Ono++、その厚さと金層
のそれど共に30μm程度である。
=3− このような条件の下で第3図に示す外囲器ベッド42に
被着した金錫半田43にFET構造を表面側に形成した
半絶縁性半導体基板30の金層41を固着すると、この
半導体基板30に反りを生じ、この程度Cとしては60
μmに達した。
前述のように薄層化され、しかも硬くて脆い特徴をもつ
この半絶縁性半導体基板の作業性を改善するべく、金層
41の厚さを増せば増す程この反り現象は、顕著になり
、金層41の厚さが半絶縁性半導体基板30の半分即ち
約15μmでも目立ち始める。
この反りの発生により、この半絶縁性基板30に応力が
加えられ、最悪の場合には基板割れを生じ、又、熱放散
を悪くする。いずれにしてもMMICGaAs F E
 Tの信頼性を著しく損い、出力効率等の特性劣化は避
けられない。
本発明は上記難点を除去する新規な電界効果型半導体装
置を提供し、特に半絶縁性半導体基板の反りを抑制して
高信頼性と高性能化を実現することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) この目的を達成するために、本発明に係る電界効果型半
導体装置では半絶縁性半導体基板の表面側に造り込むF
ETのゲート及びドレイン電極に接続するインピーダン
ス整合回路の導体の熱膨張係数を、この半絶縁性基板の
他表面にその厚さの50%以上に被着する金属層の熱膨
張係数と同等以上にする手法を採用する。
(作  用) ところでMMIC,GaAsFETは使用最高温度15
0℃において、できるだけ多くのドレイン電流を流すこ
とが求められているので、半絶縁性半導体基板の裏面側
から効果的な熱放散が必要となる。この要求を満すため
に、この半絶縁性半導体基板を薄層化すると共に、硬く
て脆い特徴を補うように裏面側には厚い金属層を設けて
作業性をも向上するのが一般的である。この金属層の厚
さとしては通常半絶縁性半導体基板の50%以上に設置
して、相反する技術的要因を満足する努力が払われてい
る。
しかし本発明では、半絶縁性半導体基板を挾んで設ける
金属層ならびにインピーダンス整合用導体のうち、今ま
で着目されていなかったこの導体層の厚さ即ちその熱膨
張係数をこの金属層のそれと同等以上とすることによっ
て、この半絶縁性半導体基板の反り方向を従来の凹方向
から凸方向に変えて、大幅な反りを抑制するものである
(実 施 例) 第1図に示す実施例により本発明を詳述するが、従来の
技術欄と重複する記載も都合上あるものの、。
新番号を付けて説明する。
MMICGaAs FETを製造するに当って、当然で
あるが厚さが30μm程度のGaAsからなる半導体基
板1を準備し、この表面側にオーム性のソース電極2・
・・、ドレイン電極3・・をいわゆる櫛の歯状に入り組
んで設け、その中間部分にショットキあるいはPn接合
型のゲート電極4を設ける。図ではこの各ゲート電極4
は互に独立しているように判断できるが、実際には直線
状の部分から平行な短辺を設け、この各短辺に各ソース
電極を架橋して接続する方式を採っており、この架橋部
分の両電極は勿論酸化珪素もしくは窒化珪素層によって
絶縁されている。このゲート電極4ならびにドレイン電
極3に接続するインピーダンス整合回路を蒸着法等によ
る金属導体層の堆積によって形成する。
K帯0.5W級MMICGaAs FETの場合GaA
s半導体基板1側からチタン100OA、白金1000
人の厚さに堆積後、金を同様の方法で積層して全体の厚
さを50μmとする。前記インピーダンス変換回路とし
ては、ドレイン電極3に接続する幅の狭い高インピーダ
ンスマイクロストリップライン5と幅の広い低インピー
ダンスストリップライン6からなる整合回路及び、ゲー
ト電極4に接続する幅の狭い高インピーダンスマイクロ
ストリップライン7と幅の広い低インピーダンスストリ
ップライン8で構成する。
このインピーダンス整合回路は前述のように、GaAs
半導体基板]−」二の1〜ランジスタ部が保有するイン
ピーダンス約コ、Ωを、外部回路のそれ5oΩ程度に変
換する役割りを果す。
更にGaAs半導体基板]の他表面即ち表面には厚さ3
0μm位のAuを被着した金属層9を設ける。
このように形成したMMICGa FETの金属層9を
金錫半田を利用して外囲器に固着したところ、このFE
T即ちGaAs半導体基板]−の反りは約5μmと従来
の60μmに比べて格段の改善がみられた。
この実施例はFETを示しているが、従来厚さ100μ
m位の半絶縁性半導体基板を利用して製造しているMM
ICタイプの多段型増幅器に本発明を適用すると、この
MMIC部の半導体基板厚を薄層化可能となり、トラン
ジスタ部ならびに整合回路の集積度を向上でき、従って
増幅器の小型化及び高性能化を促進できる。
尚前記実施例では整合回路用導体としてAuを主導体と
したAu/Pt/Tjの五層構造を示したが、 Aff
もしくはCuやそれぞれの合金を適用しても差支えない
。又、主導体が複数の多層構造の場合もその平均熱膨張
係数を用いてGaAs半導体基板の反りを抑える様、各
導体の厚さ等を決めればよい。更に第1図に示す点線で
示した位置は半絶縁性基板に形成する貫通孔によってソ
ース電極と裏面金属層間の導通を図るものである。
〔発明の効果〕
このように本発明は硬くて脆い半絶縁性半導体基板を使
用して形成するMMICGaAs FETに発生する反
りを防止することによって、熱抵抗値及び素子毎のバラ
ツキも大幅に改善して、MMICとしての特徴を長期に
わたって発揮できる。更に歩留り向−ヒにも寄与するも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るMMICGaAs FHTの概略
を示す斜視図、第2図は従来のMMICGaAs FE
Tを示す斜視図、第3図はこの第2図に示す装置の組立
状態を示す断面図である。 ]−二半絶縁性半導体基板 2:ソース3ニド1ツイン
      4ニゲ−1−5,7・・・高インピーダン
ス導体 6.8=低インピ一ダンス心体 9:金属層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半絶縁性半導体基板表面に形成するソース電極、ドレイ
    ン電極ならびにゲート電極からなるトランジスタ部と、
    この入力及び出力部に接続する分布定数型インピーダン
    ス整合用回路あるいは集中定数形インピーダンス整合用
    回路と、前記半絶縁性半導体基板の他表面にその厚さ以
    上に被着する金属層とをもつ電界効果型半導体装置にお
    いて、前記インピーダンス整合用回路導体の熱膨張係数
    を前記金属層のそれと同等以上に形成することを特徴と
    する電界効果型半導体装置。
JP5299687A 1987-03-10 1987-03-10 電界効果型半導体装置 Pending JPS63220576A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698897A (en) * 1995-01-27 1997-12-16 Nec Corporation Semiconductor device having a plated heat sink

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698897A (en) * 1995-01-27 1997-12-16 Nec Corporation Semiconductor device having a plated heat sink
US5726494A (en) * 1995-01-27 1998-03-10 Nec Corporation Semiconductor device having a plated heat sink
US5821154A (en) * 1995-01-27 1998-10-13 Nec Corporation Semiconductor device

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