TWI754492B - 高頻功率放大元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供高頻功率放大元件，能夠提高輸入信號的振幅增大時的擊穿耐壓。在基板上配置有前級的第一放大電路、後級的第二放大電路、接地用外部連接端子。第一以及第二放大電路分別包括複數個雙極電晶體、以及與複數個雙極電晶體分別對應地配置的電容元件以及電阻元件。複數個雙極電晶體分別包括相互分離的高頻用的第一基極電極以及偏置用的第二基極電極。第二放大電路的雙極電晶體的射極電極與接地用外部連接端子連接。在第二放大電路的複數個雙極電晶體中的至少一個雙極電晶體中，第一基極電極與射極檯面層之間的最小間隔寬於第一放大電路的雙極電晶體的第一基極電極與射極檯面層之間的最小間隔。

Description

高頻功率放大元件
本發明係關於高頻功率放大元件。
移動通信用的高頻功率放大元件例如使用異質結構雙極電晶體（HBT）。下述的專利文獻1揭示有能夠防止熱失控的高頻功率放大元件。專利文獻1揭示的高頻功率放大元件具有輸入級放大電路和輸出級放大電路的2級結構。輸出級放大電路包括相互並聯連接的複數個雙極電晶體。雙極電晶體分別具有：配置在基極層上的射極層、用於供給直流偏壓(bias)的DC用基極電極以及用於供給高頻信號的RF用基極電極。在射極層上配置有射極電極。
射極電極配置於夾在DC用基極電極與RF用基極電極之間的位置。從射極電極至DC用基極電極為止的距離實質上比從射極電極至RF用基極電極為止的距離長。從射極電極至DC用基極電極為止的距離變長相當於插入至施加基極偏壓的電流路徑的基極電阻增大。
若輸出級放大電路的複數個雙極電晶體之間電流不均勻，則電流的直流成分相對大的雙極電晶體的溫度上升。雙極電晶體的集極電流通常具有正的溫度係數，因此，電流的集中增進，最終在特定的雙極電晶體中產生熱失控。在專利文獻1揭示的高頻功率放大元件中，藉由該基極電阻的增大，抑制因複數個雙極電晶體之間的電流不均勻引起的熱失控。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-313881號公報
[發明所欲解決之問題]
在近年來受到關注的包絡追蹤方式中，使集極電壓追隨於輸入信號的振幅的變化而變化，因此，以高集極電壓動作的高頻功率放大元件的必要性提高。高頻功率放大元件通常採用包括輸入級放大電路以及輸出級放大電路的多級結構。為了實現這樣的高頻功率放大元件，要求對於輸出級放大電路所使用的複數個雙極電晶體，提高高頻信號的振幅增大而集極電壓變高時的擊穿耐壓（破壞耐壓）。
專利文獻1揭示的高頻功率放大元件的結構能夠抑制因複數個雙極電晶體之間的集極電流的直流成分的不均勻引起的熱失控，但在防止因高頻信號的振幅增大時的集極電流的不均勻引起的擊穿這樣的方面是無效的。尤其是在負載阻抗變小輸出阻抗產生了不匹配時容易產生高頻信號的振幅增大時的向特定的雙極電晶體的電流集中。
本發明之目的在於提供能夠提高輸入信號的振幅增大時的擊穿耐壓的高頻功率放大元件。 [解決問題之技術手段]
根據本發明的一個方面，提供一種高頻功率放大元件，包括： 基板；以及 配置在上述基板上的第一放大電路以及第二放大電路， 上述第一放大電路包括至少一個雙極電晶體，上述第二放大電路包括複數個雙極電晶體， 上述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及上述第二放大電路的複數個雙極電晶體分別包括：配置在上述基板上的集極層；配置在上述集極層上的基極層；配置在上述基極層上的射極層；配置在上述射極層上的射極檯面層；射極電極，經由上述射極檯面層與上述射極層連接；以及第一基極電極以及第二基極電極，配置在上述基極層上並與上述基極層連接， 上述第一基極電極被供給高頻信號，上述第二基極電極被供給基極偏壓， 在俯視時，上述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及上述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的上述射極檯面層、上述第一基極電極以及上述第二基極電極配置於相互不重疊的位置， 在上述第二放大電路的複數個雙極電晶體中的至少一個雙極電晶體中，上述第一基極電極與上述射極檯面層之間的最小間隔寬於上述第一放大電路的雙極電晶體的上述第一基極電極與上述射極檯面層之間的最小間隔。
根據本發明的其他方面，提供一種高頻功率放大元件，包括： 基板；以及 配置在上述基板上的第一放大電路以及第二放大電路， 上述第一放大電路包括至少一個雙極電晶體，上述第二放大電路包括複數個雙極電晶體， 上述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及上述第二放大電路的複數個雙極電晶體分別包括：配置在上述基板上的集極層；配置在上述集極層上的基極層；配置在上述基極層上的射極層；配置在上述射極層上的射極檯面層；射極電極，經由上述射極檯面層與上述射極層連接；以及基極電極，配置在上述基極層上並與上述基極層連接， 在俯視時，上述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及上述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的上述射極檯面層以及上述基極電極配置於相互不重疊的位置， 在上述第二放大電路的複數個雙極電晶體中的至少一個雙極電晶體中，上述基極電極與上述射極檯面層之間的最小間隔寬於上述第一放大電路的雙極電晶體的上述基極電極與上述射極檯面層之間的最小間隔。 [發明之效果]
藉由在雙極電晶體應用上述結構，能夠得到輸入信號的振幅增大時的擊穿耐壓變高這樣的優異效果。
［第一實施例］ 參照圖1至圖5，對第一實施例的高頻功率放大元件進行說明。
圖1是包括第一實施例的高頻功率放大元件20的功率放大模組50的等效電路圖。功率放大模組50包括：由單片微波集成電路（MMIC）構成的高頻功率放大元件20、與高頻功率放大元件20連接的電感器51、52以及輸出匹配電路53。高頻功率放大元件20包括第一放大電路21、第二放大電路22、輸入匹配電路23、級間匹配電路24、第一偏置電路25以及第二偏置電路26。有第一放大電路21以及第二放大電路22分別被稱為輸入級放大電路以及輸出級放大電路的情況。
從輸入端子RFin輸入的高頻信號經由輸入匹配電路23向第一放大電路21輸入。由第一放大電路21放大後的高頻信號經由級間匹配電路24輸入至第二放大電路22。由第二放大電路22放大後的高頻信號經由輸出匹配電路53向輸出端子RFout輸出。
從偏置電源端子Vbatt向第一偏置電路25以及第二偏置電路26供給偏置用功率。第一偏置電路25基於從第一偏置控制端子Vbias1輸入的第一偏置控制信號，將偏置電壓或者偏置電流供給至第一放大電路21。第二偏置電路26基於從第二偏置控制端子Vbias2輸入的第二偏置控制信號，將偏置電壓或者偏置電流供給至第二放大電路22。
從電源電壓端子Vcc1經由電感器51對第一放大電路21施加電源電壓。從電源電壓端子Vcc2經由電感器52對第二放大電路22施加電源電壓。
第一放大電路21由相互並聯連接的兩個單位單元30構成。單位單元30分別包括雙極電晶體31、電容元件32以及電阻元件33。在圖1所示的雙極電晶體31的電路符號中，描述為電容元件32和電阻元件33分別與雙極電晶體31連接。這表示如後面參照圖2A說明的那樣，連接電容元件32的基極電極和連接電阻元件33的基極電極在一個雙極電晶體31內相互分離。作為雙極電晶體31，例如使用異質結構雙極電晶體（HBT）。
雙極電晶體31的基極經由電容元件32與輸入匹配電路23連接，並且經由電阻元件33與第一偏置電路25連接。高頻信號經由輸入匹配電路23以及電容元件32向雙極電晶體31的基極供給。偏置電流從第一偏置電路25經由電阻元件33向雙極電晶體31的基極供給。
複數個雙極電晶體31的集極經由電感器51與電源電壓端子Vcc1連接。複數個雙極電晶體31的集極進而與級間匹配電路24連接。
第二放大電路22由相互並聯連接的複數個單位單元40構成。單位單元40分別包括雙極電晶體41、電容元件42以及電阻元件43。與第一放大電路21相同，連接有電容元件42的基極電極和連接有電阻元件43的基極電極在一個雙極電晶體41內相互分離。
雙極電晶體41的基極經由電容元件42與級間匹配電路24連接，並且經由電阻元件43與第二偏置電路26連接。高頻信號經由級間匹配電路24以及電容元件42供給至雙極電晶體41的基極。偏置電流從第二偏置電路26經由電阻元件43供給至雙極電晶體41的基極。
複數個雙極電晶體41的集極經由電感器52與電源電壓端子Vcc2連接。複數個雙極電晶體41的集極進而與輸出匹配電路53連接。
圖2A是表示第一實施例的高頻功率放大元件20（圖1）的第一放大電路21所包括的複數個雙極電晶體31中的一個雙極電晶體31的構成要素的俯視時的配置的圖。圖2B是表示第二放大電路22所包括的複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的構成要素的俯視時的配置的圖。
在圖2A以及圖2B中，對射極電極63E、集極電極63C、第一基極電極63B1以及第二基極電極63B2標註相對濃的斜向右上的陰影線。對射極佈線64E、集極引出佈線64C、第一基極引出佈線64B1以及第二基極引出佈線64B2標註相對淡的斜向右下的陰影線。另外，在圖2A以及圖2B中，省略上下佈線層之間的接觸孔的記載。
圖3是圖2A以及圖2B的一點鏈線3-3的剖視圖。在圖3中左側示出第一放大電路21的雙極電晶體31，右側示出第二放大電路22的雙極電晶體41。
首先，參照圖2A以及圖3，對第一放大電路21的雙極電晶體31的結構進行說明。
在基板80的表層部與單位單元30對應地設置有次集極層60。在次集極層60的一部分區域上配置有集極檯面層61。在集極檯面層61的一部分區域上配置有兩個射極檯面層62。在俯視時，集極檯面層61配置於次集極層60的內側。以夾著集極檯面層61之方式，在次集極層60上配置有兩個集極電極63C。在俯視時，兩個集極電極63C也配置於次集極層60的內側。
集極檯面層61包括從基板80側依次積層的集極層61C、基極層61B以及射極層61E。在俯視時，在集極檯面層61的內側配置有兩個第一基極電極63B1、一個第二基極電極63B2以及兩個射極檯面層62。射極檯面層62分別包括從集極檯面層61側依次積層的蓋層62L以及接觸層62U。兩個射極檯面層62各自的平面形狀是在一個方向上較長的帶狀，例如大致長方形。兩個射極檯面層62以長度方向相互平行的姿勢在與長度方向正交的方向（寬度方向）上隔開間隔配置。
兩個第一基極電極63B1分別具有在與射極檯面層62的長度方向平行的方向上較長的指狀部63B1F，一個第二基極電極63B2還具有在與射極檯面層62的長度方向平行的方向上較長的指狀部63B2F。在兩個射極檯面層62之間配置有第二基極電極63B2的指狀部63B2F。關於射極檯面層62的寬度方向，在兩個射極檯面層62的外側的集極檯面層61上分別配置有第一基極電極63B1的指狀部63B1F。
第一基極電極63B1分別具有與指狀部63B1F的一個端部連續的焊盤部63B1P。焊盤部63B1P具有在寬度方向上比指狀部63B1F寬的形狀，在射極檯面層62的長度方向上從射極檯面層62的端部隔開間隔配置。兩個焊盤部63B1P在射極檯面層62的長度方向上配置於相同的位置。
同樣，第二基極電極63B2也具有與指狀部63B2F的一個端部連續的焊盤部63B2P。第二基極電極63B2的焊盤部63B2P在射極檯面層62的長度方向上配置於比第一基極電極63B1的焊盤部63B1P靠外側。在俯視時，集極檯面層61以包含第二基極電極63B2的焊盤部63B2P之方式具有從長方形的一個邊的中央部朝向外側突出的凸部61A。
第一基極電極63B1以及第二基極電極63B2經由在厚度方向上貫通射極層61E的合金層69（圖3）與基極層61B連接。合金層69藉由第一基極電極63B1以及第二基極電極63B2的材料在射極層61E內擴散並合金化而形成。
在兩個射極檯面層62上分別配置有射極電極63E。在俯視時，射極電極63E從射極檯面層62伸出至外側。即，在俯視時，射極檯面層62包含於射極電極63E。該構造藉由以射極電極63E作為蝕刻掩模而對接觸層62U以及蓋層62L的不必要的部分進行蝕刻除去的自匹配製程來形成。射極電極63E與接觸層62U歐姆接觸，並經由射極檯面層62與射極層61E電連接。
此外，也可以除去配置第一基極電極63B1以及第二基極電極63B2的區域的射極層61E，使第一基極電極63B1以及第二基極電極63B2直接與基極層61B接觸。
在射極檯面層62的寬度方向上，在集極檯面層61的兩側的次集極層60上分別配置有集極電極63C。集極電極63C與次集極層60歐姆接觸，並經由次集極層60與集極層61C電連接。
在兩個集極電極63C上分別配置有集極引出佈線64C。集極引出佈線64C配置於第一層佈線層。在圖3中，省略第一層佈線層與其下方的集極電極63C、射極電極63E等之間的層間絕緣膜的記載。集極引出佈線64C與集極電極63C連接，在射極檯面層62的長度方向上，從配置有集極電極63C的位置延伸到次集極層60的外側。
射極佈線64E從一方的射極電極63E經過第二基極電極63B2的指狀部63B2F的上方到達至另一方的射極電極63E。射極佈線64E將兩個射極電極63E電連接。
第一基極引出佈線64B1將兩個第一基極電極63B1的焊盤部63B1P彼此連接，進而，在俯視時，向與集極引出佈線64C延伸的方向相反的方向，延伸到次集極層60的外側。第一基極引出佈線64B1中的將兩個焊盤部63B1P彼此連接的部分與第二基極電極63B2的指狀部63B2F交叉。在交叉部位中，兩者相互絕緣。
第二基極電極63B2的焊盤部63B2P與第二基極引出佈線64B2連接。第二基極引出佈線64B2也向與第一基極引出佈線64B1延伸的方向相同的方向延伸到次集極層60的外側。
從輸入端子RFin（圖1）輸入的高頻信號經由電容元件32以及第一基極引出佈線64B1供給至第一基極電極63B1（圖2A）。從第一偏置電路25（圖1）經由電阻元件33以及第二基極引出佈線64B2（圖2A）向第二基極電極63B2（圖2A）供給基極偏壓。
接下來，對雙極電晶體31的各構成要素的材料以及尺寸進行說明。此外，以下說明的材料以及尺寸是一個例子，也可以使用其他材料，並為其他尺寸。使用半絕緣性的GaAs基板作為基板80。次集極層60由摻雜Si的n型GaAs形成，其厚度為400nm以上且1200nm以下，Si的摻雜濃度為2×1018 cm-3 以上且4×1018 cm-3 以下。作為摻雜物，也可以取代Si而使用Te。俯視時比次集極層60靠外側的區域藉由注入硼（B）、氧（O）、氦（He）等而絕緣化。
集極層61C由摻雜Si的n型GaAs形成，其厚度為500nm以上且2000nm以下，Si的摻雜濃度在厚度方向上變化。
基極層61B由摻雜C的p型GaAs形成，其厚度為50nm以上且150nm以下，C的摻雜濃度為1×1019 cm-3 以上且5×1019 cm-3 以下。基極層61B的薄片電阻為130Ω／□以上且300Ω／□以下。此外，也可以取代p型GaAs而由p型InGaAs、p型GaAsSb或者p型InGaAsN形成基極層61B。
射極層61E由摻雜Si的n型InGaP形成，其厚度為20nm以上且50nm以下，Si的摻雜濃度為2×1017 cm-3 以上且5×1017 cm-3 以下。
蓋層62L由摻雜Si的n型GaAs形成，其厚度為50nm以上且200nm以下，Si的摻雜濃度為2×1018 cm-3 以上且4×1018 cm-3 以下。接觸層62U由摻雜Si的n型InGaAs形成，其厚度為100nm以上且200nm以下，Si的摻雜濃度為1×1019 cm-3 以上且3×1019 cm-3 以下。
射極檯面層62各自的長度方向以及寬度方向的尺寸分別為5μm以上且60μm以下以及1μm以上且8μm以下。第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe11為0.3μm以上且0.8μm以下。第二基極電極63B2的指狀部63B2F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe12例如為0.3μm以上且2μm以下。
第二放大電路22的雙極電晶體41的結構與第一放大電路21的雙極電晶體31的結構基本相同。在圖2B以及圖3中，對第二放大電路22的雙極電晶體41的各構成要素標註與標註於第一放大電路21的雙極電晶體31的對應的構成要素的圖式標記相同的圖式標記。
從第一放大電路21（圖1）輸出的高頻信號經由電容元件42（圖1）以及第二放大電路22的第一基極引出佈線64B1向第一基極電極63B1（圖2B）供給。從第二偏置電路26（圖1）經由電阻元件43以及第二放大電路22的第二基極引出佈線64B2向第二基極電極63B2（圖2B）供給基極偏壓。
在第二放大電路22的雙極電晶體41中，從第一基極電極63B1的指狀部63B1F至射極檯面層62為止的最小間隔Lbe21寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe11。例如，最小間隔Lbe21為0.8μm以上且2.5μm以下。另外，第二基極電極63B2的指狀部63B2F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe22例如為0.3μm以上且2μm以下。
第一基極電極63B1的焊盤部63B1P與射極檯面層62之間的間隔寬於指狀部63B1F與射極檯面層62之間的間隔。因此，指狀部63B1F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe11也能夠說是第一基極電極63B1與射極檯面層62之間的最小間隔。針對最小間隔Lbe12、Lbe21、Lbe22也相同。
圖4是表示第一實施例的高頻功率放大元件20（圖1）的第二放大電路22的各構成要素的俯視時的位置關係的圖。在圖4中，省略上下佈線層之間的接觸孔的記載。四個單位單元40在與射極檯面層62的長度方向正交的方向（以下，稱為單位單元40的排列方向）上排列配置。單位單元40分別包括雙極電晶體41、電容元件42以及電阻元件43。
在俯視時，射極佈線65E配置為包含所有單位單元40的雙極電晶體41。射極佈線65E配置於第二層佈線層，並與其下方的第一層射極佈線64E（圖2B、圖3）連接。
從雙極電晶體41分別沿與單位單元40的排列方向交叉的方向引出集極引出佈線64C、第一基極引出佈線64B1以及第二基極引出佈線64B2。第一基極引出佈線64B1以及第二基極引出佈線64B2的引出方向成為與集極引出佈線64C的引出方向相反的朝向。從相互相鄰的兩個單位單元40引出的相鄰的集極引出佈線64C一體化。
複數個集極引出佈線64C與在配置有單位單元40的區域的側方配置的集極共用佈線64CC連接。集極共用佈線64CC配置於與集極引出佈線64C相同的第一層佈線層。高頻信號輸出佈線65Ro配置為在俯視時與集極共用佈線64CC重疊。高頻信號輸出佈線65Ro配置於第二層佈線層，並與其下方的第一層集極共用佈線64CC連接。
複數個第一基極引出佈線64B1分別在俯視時延伸到第二層射極佈線65E的外側，並與電容元件42的下部電極42L連接。下部電極42L配置於與第一基極引出佈線64B1相同的第一層佈線層。配置於第二層佈線層的高頻信號輸入佈線65Ri在俯視時與複數個下部電極42L重疊。在高頻信號輸入佈線65Ri與下部電極42L重疊的重疊區域形成電容元件42。高頻信號輸入佈線65Ri與級間匹配電路24（圖1）連接。
複數個第二基極引出佈線64B2與高頻信號輸入佈線65Ri交叉，且從雙極電晶體41觀察時延伸到比高頻信號輸入佈線65Ri更遠的位置。複數個第二基極引出佈線64B2的前端分別與電阻元件43的一端連接。複數個電阻元件43的另一端與共用基極偏壓輸入佈線64BB連接。基極偏壓輸入佈線64BB配置於與第二基極引出佈線64B2相同的第一層佈線層。基極偏壓輸入佈線64BB與第二偏置電路26（圖1）連接。
接地用外部連接端子66G以及高頻信號輸出端子66Ro配置為在俯視時分別與第二層射極佈線65E以及高頻信號輸出佈線65Ro重疊。接地用外部連接端子66G以及高頻信號輸出端子66Ro例如由Cu柱狀凸塊構成。
接地用外部連接端子66G與第二層射極佈線65E連接，高頻信號輸出端子66Ro與高頻信號輸出佈線65Ro連接。高頻信號輸出端子66Ro與構裝於功率放大模組50的模組基板的電感器52（圖1）以及輸出匹配電路53（圖1）連接。在將高頻功率放大元件20構裝於功率放大模組50（圖1）的模組基板的狀態下，接地用外部連接端子66G與設置於模組基板的接地層連接。
接下來，參照圖5至圖6C的圖式對第一實施例的優異的效果進行說明。 在第一實施例的高頻功率放大元件20中，得到能夠提高輸入信號的振幅增大時的擊穿耐壓這樣的優異效果以及能夠實現增益的改善這樣的優異效果。
首先，在對能夠提高擊穿耐壓這樣的優異效果進行說明之前，對輸入了大振幅的高頻信號的情況下的元件擊穿的機理進行說明。
在使第二放大電路22（圖1）以包絡追蹤方式動作的情況下，有根據輸入的高頻信號的振幅的增大，對第二放大電路22的雙極電晶體41的集極施加較高的電源電壓的情況。若輸入大振幅的高頻信號而使集極電壓變高，則有來自集極的輸出信號在一定時間擺動至高電壓且高電流的情況。例如，在負載變動使輸出阻抗產生了不匹配的情況下，輸出信號容易擺動至高電壓且高電流。
以往，為了提高第二放大電路22的增益，使被供給高頻信號的基極電極與射極檯面層之間的間隔（相當於圖2B的Lbe21）變窄而使內部基極電阻變小。因此，在輸出阻抗不匹配的條件下，幾乎無法得到基於內部基極電阻的基極電流的振幅抑制效果。作為其結果，在一定時間流動有較大的電流振幅的集極電流，並且在集極產生較大的電壓振幅的集極電壓。
在集極電流以及集極電壓較大的條件下，在集極層61C（圖3）內的電場較強的區域產生因碰撞離子化引起的雪崩放大現象，產生許多電子空穴對。所產生的電子向次集極層60（圖3）側移動，由此集極電流增大。所產生的空穴流入基極層61B（圖3）。由此，基極電流減少。若基極電流減少，則與基極連接的電阻元件43（圖1）、內部基極電阻的電壓下降變小。其結果，施加於基極層61B的實質的基極電壓上升。基極電壓的上升在使集極電流增大的方向上作用。此處「內部基極電阻」是指圖3所示的包括第一基極電極63B1與射極檯面層62之間的基極層61B以及第二基極電極63B2與射極檯面層62之間的基極層61B的電流路徑所具有的電阻。
這樣，因電子引起的集極電流的增大以及因基極電壓的上升引起的集極電流的增大進一步導致因碰撞離子化引起的電子空穴對的增加。藉由該正反饋，集極電流逐漸增加。若相互並聯連接的複數個雙極電晶體41中的一個與其他雙極電晶體41相比集極電流增加，則該雙極電晶體41的集極電流逐漸增加，最終導致元件的擊穿。
接下來，對能夠藉由採用第一實施例的高頻功率放大元件20的結構來抑制元件的擊穿的理由進行說明。作為能夠抑制元件的擊穿的理由，可舉出兩個理由。
首先，對第一理由進行說明。在第一實施例中，第二放大電路22的第一基極電極63B1與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe21（圖2B）寬於第一放大電路21的第一基極電極63B1與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe11（圖2A）。因此，與使最小間隔Lbe21和最小間隔Lbe11相等的情況相比，第二放大電路22的雙極電晶體41的關於高頻信號的內部基極電阻變大。其結果，可抑制輸入了大振幅的高頻信號時的基極電流的增大。藉由抑制基極電流，也抑制放大後的高頻集極電流，進而抑制因碰撞離子化產生電子空穴對。由此，能夠抑制由於因碰撞離子化引起的雪崩放大導致的元件的擊穿。
圖5是表示第二放大電路22的雙極電晶體41的動態負載線的圖表。橫軸表示集極電壓Vc，縱軸表示集極電流Ic。取得阻抗匹配時的動態負載線L1具有接近L字形的形狀。即，不產生集極電流Ic和集極電壓Vc一起變大的狀況。
輸出阻抗產生了特定的不匹配的情況下的動態負載線L2相對於動態負載線L1向高電壓並且高電流側膨脹。若輸入有大振幅的高頻信號而集極電流Ic以及集極電壓Vc達到例如標註了陰影線的擊穿區域，則產生元件的擊穿。在第一實施例中，在輸入了大振幅的高頻信號時，抑制集極電流Ic的增大。即，第一實施例的雙極電晶體41的動態負載線L3與動態負載線L2相比向低電流側移動。因此，集極電流Ic以及集極電壓Vc不易達到標註了陰影線的擊穿區域。由此，不易產生元件的擊穿。
接下來，對第二理由進行說明。由於碰撞離子化而使電子空穴對增加，並且雙極電晶體41的集極電流增加。雖然在不產生碰撞離子化的低電流中，具有集極電壓伴隨著集極電流的增加而上升的通常的特性，但若集極電流超過某個值，則產生集極電壓向負方向變化的負電阻區域。在第一實施例中，由於內部基極電阻的存在，所以在負電阻的絕對值變大的同時轉移至負電阻區域的集極電壓變大。由此，即便在輸出阻抗不匹配的情況下，也能夠使得在成為較高的集極電壓之前不到達負電阻區域，能夠在達到較高的集極電壓之前抑制電流向特定的雙極電晶體41的集中。由此，不易產生元件的擊穿。
至此為止，對集極電流集中到複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的情況下的元件的擊穿進行了說明，但集極電流的集中也可在一個雙極電晶體41的內部產生。例如，在射極檯面層62（圖2B）的長度方向上，集極電流不恆定，有在特定的部位中集極電流變複數的情況。在集極電流變多的部位中元件容易擊穿。
在第一實施例中，如以下說明的那樣，也能夠抑制因一個雙極電晶體41的內部的電流的集中引起的元件的擊穿。
圖6A是示意性地表示第一實施例的高頻功率放大元件20的雙極電晶體41的射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部63B1F的俯視時的位置關係的圖。射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部63B1F在與射極檯面層62的長度方向正交的方向（寬度方向）上隔開間隔配置。根據射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部之間的最小間隔Lbe21，在射極檯面層62與第一基極電極63B1之間產生內部基極電阻Rbi。內部基極電阻Rbi在射極檯面層62的長度方向上大致均衡地分佈。
能夠認為一個雙極電晶體41由在射極檯面層62的長度方向上分佈的複數個微小電晶體41d並聯連接而成。
圖6B是由複數個微小電晶體41d構成的一個雙極電晶體41的等效電路圖。能夠視為在各個微小電晶體41d的基極連接有內部基極電阻Rbi。高頻信號經由內部基極電阻Rbi供給至各個微小電晶體41d的基極。
對在射極檯面層62的端部產生了因碰撞離子化引起的電子空穴對的情況進行說明。由於碰撞離子化產生的空穴經過內部基極電阻Rbi流向第一基極電極63B1。由此，在與射極檯面層62的端部相當的最端部的微小電晶體41d流動有因空穴產生的基極電流Ih（圖6B）。由於因空穴產生的基極電流Ih在內部基極電阻Rbi流動，從而基極電壓上升。
在負電阻區域中，若基極電壓上升則抑制集極電流。由此，圖6B中，減少了向產生了由碰撞離子化引起的電子空穴對的最端部的微小電晶體41d的電流集中。
圖6C是使射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部63B1F之間的最小間隔Lbe21較窄且內部基極電阻Rbi實質上成為零的情況下的雙極電晶體41的等效電路圖。在圖6C所示的雙極電晶體41中，取代複數個內部基極電阻Rbi而在雙極電晶體41的外側連接外部基極電阻Rbo。外部基極電阻Rbo相對於所有微小電晶體41d共用地插入。
作為一個例子，對內部基極電阻Rbip為5Ω的情況進行說明。內部基極電阻Rbip被定義為將複數個內部基極電阻Rbi並列連接的電阻。將圖6C所示的外部基極電阻Rbo的電阻值設定為與內部基極電阻Rbip的電阻值相同的5Ω。若假定圖6B所示的微小電晶體41d的個數為10個，則每一個微小電晶體41d的內部基極電阻Rbi為50Ω。
作為一個例子，假定在一個微小電晶體41d中，流動有因0.06mA的空穴產生的基極電流Ih。在圖6B所示的第一實施例的結構中，因空穴產生的基極電流Ih在分割出的50Ω的內部基極電阻Rbi流動，由此基極電壓上升3mV。相對於此，在圖6C所示的結構中，外部基極電阻Rbo為5Ω，因此，基極電壓的上升幅度為0.3mV。
若著眼於產生了碰撞離子化的微小電晶體41d，則在圖6B所示的結構中，基極電壓的上升幅度為3mV，相對於此，在圖6C所示的結構中，基極電壓的上升幅度只為0.3mV。因此，在負電阻區域中，在圖6B所示的第一實施例中，與附加圖6C所示的外部基極電阻Rbo的結構相比，抑制集極電流的增加的效果提高。
另外，在第一實施例中，在第二放大電路22（圖1）的複數個雙極電晶體41的基極分別連接有電阻元件43。該電阻元件43抑制雙極電晶體41的熱失控。藉由不設置電阻元件43並擴大射極檯面層62與第二基極電極63B2的指狀部63B2F之間的最小間隔Lbe22（圖2B）而使內部基極電阻增大，也能夠抑制熱失控。
然而，為了藉由內部基極電阻得到與電阻元件43相同的效果，例如，與外部設置電阻元件43的結構相比，必須使最小間隔Lbe22成為約10倍。若擴大最小間隔Lbe22，則基極層61B（圖3）與集極層61C（圖3）接合的接合面積變大，導致基極集極間的接合電容過大。其結果，導致雙極電晶體41的高頻特性劣化。在第一實施例中，藉由在雙極電晶體41的外部配置電阻元件43，從而能夠抑制熱失控，並且抑制高頻特性的劣化。
較佳為在第二放大電路22的雙極電晶體41中，使最小間隔Lbe22變窄，以使得包括配置於第二基極電極63B2與射極檯面層62之間的基極層61B的電流路徑的電阻值（內部基極電阻的電阻值）成為外部的電阻元件43的電阻值的1／10以下。
另外，在第一放大電路21中，也與第二放大電路22相同，在雙極電晶體31的外部單獨設置電阻元件33，因此，能夠使射極檯面層62與第二基極電極63B2的指狀部63B2F之間的最小間隔Lbe12（圖2A）變窄。其結果，在第一放大電路21中，也能夠抑制熱失控，並且抑制高頻特性的劣化。作為一個例子，較佳為以使得因配置於第二基極電極63B2與射極檯面層62之間的基極層61B產生的內部基極電阻的電阻值成為電阻元件33的電阻值的1／10以下之方式，使最小間隔Lbe12變窄。
進而，在第一實施例中，在第一放大電路21的雙極電晶體31中，使射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部63B1F之間的最小間隔Lbe11比第二放大電路22中的最小間隔Lbe21窄。最小間隔Lbe11能夠在製程技術允許的範圍內縮窄。因此，能夠使插入第一放大電路21的高頻信號線的內部基極電阻變小。藉由使高頻信號線的內部基極電阻變小，能夠實現第一放大電路21的增益的提高。
如上述那樣，在第一實施例中，在第一放大電路21的雙極電晶體31中，藉由相對地縮窄最小間隔Lbe11，能夠實現第一放大電路21的高增益化。進而，在第二放大電路22的雙極電晶體41中，藉由相對地擴寬最小間隔Lbe21，能夠實現第二放大電路22的高耐壓化。
已知有藉由使第一放大電路21的雙極電晶體31與第二放大電路22的雙極電晶體41的積層構造不同而實現了高增益化以及高耐壓化的高頻功率放大元件。在該高頻功率放大元件中，必須在共用基板上分別形成第一放大電路21的雙極電晶體31用的積層構造和第二放大電路22的雙極電晶體41用的積層構造。相對於此，在第一實施例中，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造。因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
接下來，對第一實施例的變形例進行說明。 在第一實施例中，在第二放大電路22的所有雙極電晶體41中，使最小間隔Lbe21寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe11。在輸出阻抗產生了不匹配時，有複數個雙極電晶體41中的產生擊穿的雙極電晶體41固定於特定的雙極電晶體41的情況。例如，有根據雙極電晶體41與其他電路要素的位置關係等來固定容易被擊穿的雙極電晶體41的情況。在這樣的情況下，也可以僅針對容易被擊穿的雙極電晶體41，採用第一實施例的結構。
在第一實施例中，使第一放大電路21的單位單元30為兩個，第二放大電路22的單位單元40為四個，但單位單元30以及40的個數不限定於上述的個數。例如，也可以使第一放大電路21的單位單元30的個數為一個或者三個以上，使第二放大電路22的單位單元40的個數為五個以上。
在第一實施例中，使用GaAs／InGaP系的HBT作為雙極電晶體31、41，但也可以使用由其他化合物半導體構成的HBT。此外，也可以使用同質結構雙極電晶體作為雙極電晶體31、41。
在第一實施例中，將輸出匹配電路53（圖1）搭載於功率放大模組50的模組基板，但也可以在與高頻功率放大元件20相同的基板80（圖3）設置輸出匹配電路53。也可以相反，將輸入匹配電路23（圖1）、第一偏置電路25（圖1）以及第二偏置電路26（圖1）的一部分設置於模組基板。
在第一實施例中，使用Cu柱狀凸塊作為接地用外部連接端子66G（圖4）以及高頻信號輸出端子66Ro（圖4）。在該情況下，高頻功率放大元件20（圖1）面向下地倒裝構裝於模組基板。也可以取代Cu柱狀凸塊，而使用形成於基板80（圖3）的背面的金屬層作為接地用外部連接端子66G（圖4），使用線接合用的焊盤作為高頻信號輸出端子66Ro（圖4）。在採用該結構的情況下，背面的金屬層藉由在厚度方向上貫通基板80的通孔與射極佈線65E連接。該情況下，高頻功率放大元件20面向上地構裝於模組基板。
［第二實施例］ 接下來，參照圖7對第二實施例的高頻功率放大元件進行說明。以下，針對與圖1至圖4的圖式所示的第一實施例的高頻功率放大元件20共用的結構省略說明。
圖7是表示第二實施例的高頻功率放大元件20的第二放大電路22（圖1）所包括的雙極電晶體41的各構成要素的俯視時的位置關係的圖。在第一實施例中，射極檯面層62以及射極電極63E的俯視時的形狀為大致長方形。相對於此，在第二實施例中，在俯視時，射極檯面層62以及射極電極63E具有使長方形的兩端比中央部細的形狀。
因此，第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的間隔不恆定。在該情況下，第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的俯視時的最小間隔Lbe21在射極檯面層62的除端部以外的區域中定義。
接下來，對第二實施例的優異效果進行說明。 在第二實施例中，射極檯面層62的端部處的每單位長度的內部基極電阻高於除兩端以外的區域中的每單位長度的內部基極電阻。因此，容易在射極檯面層62的除兩端以外的區域流動有集極電流。若由於某種原因，主要流動有集極電流的區域移動至射極檯面層62的端部，則雙極電晶體41的動作變得不穩定。在第二實施例中，由於主要流動有集極電流的區域不易移動至射極檯面層62的端部，因此，能夠避免動作的不穩定性。
另外，在第二實施例中也與第一實施例相同，第二放大電路22（圖1）的雙極電晶體41中的射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部63B1F之間的俯視時的最小間隔Lbe21寬於第一放大電路21（圖1）的雙極電晶體31中的射極檯面層62與第一基極電極63B1的指狀部63B1F之間的俯視時的最小間隔Lbe11。因此，與第一實施例相同，能夠實現高頻功率放大元件20的高耐壓化以及高增益化。
並且，在第二實施例中，也與第一實施例相同，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造，因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
［第三實施例］ 接下來，參照圖8A以及圖8B對第三實施例的高頻功率放大元件進行說明。以下，針對與圖1至圖4的圖式所示的第一實施例的高頻功率放大元件20共用的結構省略說明。
圖8A是表示第三實施例的高頻功率放大元件20的第一放大電路21（圖1）所包括的複數個雙極電晶體31中的一個雙極電晶體31的構成要素的俯視時的配置的圖。圖8B是表示第二放大電路22（圖1）所包括的複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的構成要素的俯視時的配置的圖。
在第一實施例（圖2A、圖2B）中，第一基極電極63B1與第一基極引出佈線64B1連接，第二基極電極63B2與第二基極引出佈線64B2連接。相對於此，在第三實施例中，第一基極電極63B1的焊盤部63B1P和第二基極電極63B2的焊盤部63B2P與共用基極引出佈線64B連接。
兩個第一基極電極63B1的焊盤部63B1P以及一個第二基極電極63B2的焊盤部63B2P在射極檯面層62的長度方向上配置於相同的位置。因此，在第三實施例中沒有設置在第一實施例的高頻功率放大元件20的雙極電晶體31、41（圖2A、圖2B）中設置的集極檯面層61的凸部61A。
共用基極引出佈線64B包括在與射極檯面層62的長度方向正交的方向上延伸的部分。在俯視時，共用基極引出佈線64B從第二基極電極63B2的與焊盤部63B2P連接的部位朝向集極檯面層61的外側沿射極檯面層62的長度方向延伸。
與第一實施例相同，第二放大電路22的雙極電晶體41（圖8B）中的第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe21寬於第一放大電路21的雙極電晶體31（圖8A）中的第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe11。在第二放大電路22的雙極電晶體41中，第二基極電極63B2也被輸入高頻信號，因此，第二基極電極63B2的指狀部63B2F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe22和第一基極電極63B1的指狀部63B2F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe21大致相等。
接下來，對第三實施例的優異效果進行說明。 在第三實施例中，第二放大電路22的雙極電晶體41中的最小間隔Lbe21（圖8B）寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe11（圖8A）。因此，與第一實施例相同，能夠實現高頻功率放大元件20的高耐壓化、高增益化。
進而，在第三實施例中，也與第一實施例相同，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造，因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
進而，在第三實施例中，不需要在第一實施例中設置於集極檯面層61的凸部61A（圖2A、圖2B），因此能夠減少基極集極間的接合電容。由此，能夠改善高頻功率放大元件20的整體的增益。
［第四實施例］ 接下來，參照圖9A以及圖9B，對第四實施例的高頻功率放大元件進行說明。以下，針對與圖1至圖4的圖式所示的第一實施例的高頻功率放大元件20共用的結構省略說明。
圖9A是表示第四實施例的高頻功率放大元件20的第一放大電路21（圖1）所包括的複數個雙極電晶體31中的一個雙極電晶體31的構成要素的俯視時的配置的圖。圖9B是表示第二放大電路22（圖1）所包括的複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的構成要素的俯視時的配置的圖。
在第一實施例中，在雙極電晶體31、41分別設置有兩個射極檯面層62（圖2A、圖2B）。相對於此，在第四實施例中，在雙極電晶體31、41分別設置有一個射極檯面層62。在射極檯面層62的寬度方向的一側配置有第一基極電極63B1的指狀部63B1F，在另一側配置有第二基極電極63B2的指狀部63B2F。
在第四實施例中，也與第一實施例相同，第二放大電路22的雙極電晶體41中的第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe21大於第一放大電路21的雙極電晶體31中的第一基極電極63B1的指狀部63B1F與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe11。
接下來，對第四實施例的優異效果進行說明。 在第四實施例中，也使第二放大電路22的雙極電晶體41中的最小間隔Lbe21比第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe11長，因此，與第一實施例相同，能夠實現高耐壓化以及高增益化。
進而，在第四實施例中，也與第一實施例相同，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造，因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
［第五實施例］ 接下來，參照圖10至圖12的圖式，對第五實施例的高頻功率放大元件進行說明。以下，針對與圖1至圖4的圖式所示的第一實施例的高頻功率放大元件20共用的結構省略說明。
圖10是包括第五實施例的高頻功率放大元件20的功率放大模組50的等效電路圖。第五實施例的高頻功率放大元件20的第一放大電路21的單位單元30以及第二放大電路22的單位單元40的結構與第一實施例的高頻功率放大元件20（圖1）的單位單元30、40的結構不同。
在第一實施例中，如圖1所示那樣，在第一放大電路21中，電容元件32和電阻元件33分別與雙極電晶體31連接。同樣，在第二放大電路22中，電容元件42和電阻元件43也分別與雙極電晶體41連接。相對於此，在第五實施例中，在第一放大電路21中，電容元件32和電阻元件33在雙極電晶體31的外側相互連接，兩者的連接點與雙極電晶體31的基極連接。在第二放大電路22中也相同，電容元件42和電阻元件43在雙極電晶體41的外側相互連接，兩者的連接點與雙極電晶體41的基極連接。
圖11A是表示第五實施例的高頻功率放大元件20的第一放大電路21（圖10）所包括的複數個雙極電晶體31中的一個雙極電晶體31的構成要素的俯視時的配置的圖。圖11B是表示第二放大電路22（圖10）所包括的複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的構成要素的俯視時的配置的圖。圖12是圖11A以及圖11B的一點鏈線12-12的剖視圖。
在第一實施例（圖2A、圖2B）中，在雙極電晶體31、41中，分別設置被供給高頻信號的第一基極電極63B1和被施加直流的基極偏壓的第二基極電極63B2。相對於此，在第五實施例中，在雙極電晶體31、41分別設置一個共用基極電極63B。共用基極電極63B由一個指狀部63BF和與其端部連續的焊盤部63BP構成。一個指狀部63BF配置於兩個射極檯面層62之間。
在基極電極63B的焊盤部63BP連接有共用基極引出佈線64B。從雙極電晶體31引出的基極引出佈線64B與電容元件32（圖10）以及電阻元件33（圖10）連接。從雙極電晶體41引出的基極引出佈線64B與電容元件42（圖10）以及電阻元件43（圖10）連接。基極電極63B被通過電容元件32或者42供給高頻信號，並且被通過電阻元件33或者43供給直流偏置電流。
第二放大電路22的雙極電晶體41中的基極電極63B的指狀部63BF與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe2寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的基極電極63B的指狀部63BF與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe1。此外，共用基極電極63B的指狀部63BF與一方的射極檯面層62之間的最小間隔和與另一方的射極檯面層62之間的最小間隔相同。
在第五實施例中，也與第一實施例相同，在第一放大電路21的雙極電晶體31中，較佳為將最小間隔Lbe1設定為使得因基極電極63B與射極檯面層62之間的基極層61B產生的內部基極電阻的電阻值成為外部的電阻元件33的電阻值的1／10以下。同樣，在第二放大電路22的雙極電晶體41中，較佳為將最小間隔Lbe2設定為使得包括基極電極63B與射極檯面層62之間的基極層61B的電流路徑的電阻值（內部基極電阻的電阻值）成為外部的電阻元件43的電阻值的1／10以下。
接下來，對第五實施例的優異效果進行說明。 為了向共用基極電極63B供給高頻信號，基極電極63B具有與第一實施例的高頻功率放大元件20的第一基極電極63B1（圖2A、圖2B）相同的功能。在第五實施例中，第二放大電路22的雙極電晶體41中的最小間隔Lbe2（圖11B）寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe1（圖11A）。第五實施例中的最小間隔Lbe1、Lbe2分別相當於第一實施例中的最小間隔Lbe11、Lbe21。因此，在第五實施例中，也與第一實施例相同，能夠實現高頻功率放大元件20的高耐壓化以及高增益化。
進而，在第五實施例中，將第一實施例的第一基極電極63B1和第二基極電極63B2（圖2A、圖2B）集中為共用基極電極63B（圖11A、圖11B），因此，與第一實施例相比，能夠在保持射極檯面層62的面積的狀態下減小基極集極接合界面的面積。由此，基極集極間的接合電容變小，因此，能夠改善高頻特性。
進而，在第五實施例中也與第一實施例相同，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造，因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
接著對第五實施例的變形例進行說明。 在第五實施例中，採用在第一放大電路21的雙極電晶體31以及第二放大電路22的雙極電晶體41雙方中具有共用基極電極63B的結構。作為該變形例，也可以混合使用第一實施例的高頻功率放大元件20的雙極電晶體31、41和第五實施例的高頻功率放大元件20的雙極電晶體31、41，例如也可以採用第五實施例的結構的雙極電晶體作為第一放大電路21的雙極電晶體31，採用第一實施例的結構的雙極電晶體作為第二放大電路22的雙極電晶體41。
在第五實施例中，在第二放大電路22的所有複數個雙極電晶體41中，最小間隔Lbe2（圖11B）寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe1，但也可以僅在複數個雙極電晶體41的一部分中採用該結構。例如也可以使輸出阻抗不匹配時不易產生擊穿的特定的雙極電晶體41的最小間隔Lbe2與最小間隔Lbe1相等。
［第六實施例］ 接下來，參照圖13A以及圖13B對第六實施例的高頻功率放大元件進行說明。以下，對與第五實施例的高頻功率放大元件20（圖11A、圖11B、圖12）共用的結構省略說明。
圖13A是表示第六實施例的高頻功率放大元件20的第一放大電路21（圖10）所包括的複數個雙極電晶體31中的一個雙極電晶體31的構成要素的俯視時的配置的圖。圖13B是表示第二放大電路22（圖10）所包括的複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的構成要素的俯視時的配置的圖。
在第五實施例中，第一放大電路21的雙極電晶體31（圖11A）的基極電極63B的指狀部63BF為一個，但在第六實施例中，第一放大電路21的雙極電晶體31的基極電極63B的指狀部63BF為三個。三個指狀部63BF在與射極檯面層62的長度方向平行的方向上較長。在相鄰的指狀部63BF之間分別配置有射極檯面層62。三個指狀部63BF在一個端部處藉由焊盤部63BP相互連接。在焊盤部63BP連接有基極引出佈線64B。
藉由三個指狀部63BF各個和兩個射極檯面層62各個形成四個間隙部。該四個間隙部的最小間隔Lbe1全部相同。
圖13B所示的第二放大電路22的雙極電晶體41的結構與圖11B所示的第五實施例的第二放大電路22的雙極電晶體41的結構相同。
接下來，對第六實施例的優異效果進行說明。 在第六實施例中，第二放大電路22的雙極電晶體41中的最小間隔Lbe2也寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe1。因此，在第六實施例中也與第一實施例相同，能夠實現高頻功率放大元件20的高耐壓化以及高增益化。
在第六實施例中也與第五實施例相同，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造，因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
進而，在第六實施例中，第一放大電路21的雙極電晶體31的基極電極63B的指狀部63BF設置有三個，因此，與第五實施例相比，能夠減少基極電阻。由此，能夠抑制因基極電阻引起的第一放大電路21的增益的降低。作為其結果，能夠實現高頻功率放大元件20的增益的提高。
接下來，對第六實施例的變形例進行說明。在第六實施例中，基極電極63B包括三個指狀部63BF，但也可以構成為包括四個以上複數個指狀部63BF。此時，射極檯面層62為比指狀部63BF的數量少一個的數量即可。
在第二放大電路22的雙極電晶體41中，若在射極檯面層62的兩側配置基極電極63B的指狀部63BF，則由於從一方的指狀部63BF向射極檯面層62流動的基極電流和從另一方的指狀部63BF向射極檯面層62流動的基極電流的不均勻而容易使高輸出時的動作不穩定。為了抑制動作的不穩定性，較佳為在第二放大電路22的雙極電晶體41中，與一個射極檯面層62對應地配置一個指狀部63BF。例如，較佳為使在第二放大電路22的雙極電晶體41設置的指狀部63BF的數量小於在第一放大電路21的雙極電晶體31設置的指狀部63BF的數量。
［第七實施例］ 接下來，參照圖14A以及圖14B對第七實施例的高頻功率放大元件進行說明。以下，對與第五實施例的高頻功率放大元件20（圖11A、圖11B、圖12）共用的結構省略說明。
圖14A是表示第七實施例的高頻功率放大元件20的第一放大電路21（圖10）所包括的複數個雙極電晶體31中的一個雙極電晶體31的構成要素的俯視時的配置的圖。圖14B是表示第二放大電路22（圖10）所包括的複數個雙極電晶體41中的一個雙極電晶體41的構成要素的俯視時的配置的圖。
在第五實施例中，在雙極電晶體31、41（圖11A、圖11B）分別設置有兩個射極檯面層62。相對於此，在第七實施例中，在雙極電晶體31、41分別設置有一個射極檯面層62。基極電極63B的指狀部63BF配置於射極檯面層62的一側。
第二放大電路22的雙極電晶體41中的基極電極63B的指狀部63BF與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe2寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的基極電極63B的指狀部63BF與射極檯面層62之間的最小間隔Lbe1。
接下來，對第七實施例的優異效果進行說明。 在第七實施例中，第二放大電路22的雙極電晶體41中的最小間隔Lbe2也寬於第一放大電路21的雙極電晶體31中的最小間隔Lbe1。因此，與第五實施例相同，能夠實現高頻功率放大元件20的高耐壓化以及高增益化。
在第七實施例中也與第五實施例相同，第一放大電路21用的雙極電晶體31和第二放大電路22用的雙極電晶體41具有相同的積層構造，因此，能夠避免製造製程上的複雜、繁瑣，抑制製造成本的上升。
接下來，對第七實施例的變形例進行說明。 也可以使用第七實施例的雙極電晶體41（圖14B）作為第二放大電路22用的雙極電晶體41，使用第六實施例的雙極電晶體31（圖13A）作為第一放大電路21用的雙極電晶體31。藉由使用第六實施例的雙極電晶體31（圖13A）作為第一放大電路21用的雙極電晶體31，從而第一放大電路21的增益提高。作為其結果，能夠實現高頻功率放大元件20的增益的提高。
上述的各實施例是例示，能夠進行不同的實施例所示的結構的部分置換或者組合是不言而喻的。針對由複數個實施例的相同結構所起到的相同作用效果，不按每個實施例依次提及。進而，本發明沒有被上述的實施例限制。例如，能夠進行各種變更、改進、組合等對本領域技術人員而言是不言而喻的。
3-3、12-12:一點鏈線 20:高頻功率放大元件 21:第一放大電路（輸入級放大電路） 22:第二放大電路（輸出級放大電路） 23:輸入匹配電路 24:級間匹配電路 25:第一偏置電路 26:第二偏置電路 30:第一放大電路的單位單元 31:雙極電晶體 32:電容元件 33:電阻元件 40:第二放大電路的單位單元 41:雙極電晶體 41d:微小電晶體 42:電容元件 42L:下部電極 43:電阻元件 50:功率放大模組 51、52:電感器 53:輸出匹配電路 60:次集極層 61:集極檯面層 61A:凸部 61B:基極層 61C:集極層 61E:射極層 62:射極檯面層 62L:蓋層 62U:接觸層 63B:共用基極電極 63B1:第一基極電極（RF用基極電極） 63B1F:第一基極電極的指狀部 63B1P:第一基極電極的焊盤部 63B2:第二基極電極（DC用基極電極） 63B2F:第二基極電極的指狀部 63B2P:第二基極電極的焊盤部 63BF:共用基極電極的指狀部 63BP:共用基極電極的焊盤部 63C:集極電極 63E:射極電極 64B:共用基極引出佈線 64B1:第一基極引出佈線（RF用基極引出佈線） 64B2:第二基極引出佈線（DC用基極引出佈線） 64BB:基極偏壓輸入佈線 64C:集極引出佈線 64CC:集極共用佈線 64E:射極佈線 65E:射極佈線 65Ri:高頻信號輸入佈線 65Ro:高頻信號輸出佈線 66G:接地用外部連接端子 66Ro:高頻信號輸出端子 69:合金層 80:基板 Lbe11、Lbe12、Lbe21、Lbe22:最小間隔
[圖1]是包括第一實施例的高頻功率放大元件的功率放大模組的等效電路圖。 [圖2]圖2A是表示第一實施例的高頻功率放大元件的第一放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖，圖2B是表示第二放大電路所含的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖。 [圖3]是圖2A以及圖2B的一點鏈線3-3的剖視圖。 [圖4]是表示第一實施例的高頻功率放大元件的第二放大電路的各構成要素的俯視時的位置關係的圖。 [圖5]是表示第一實施例的高頻功率放大元件的第二放大電路所包括的雙極電晶體的動態負載線的圖表。 [圖6]圖6A是示意性地表示第一實施例的高頻功率放大元件的雙極電晶體的射極檯面層和第一基極電極的指狀部的俯視的位置關係的圖，圖6B是由複數個微小電晶體構成的一個雙極電晶體的等效電路圖，圖6C是使射極檯面層與第一基極電極的指狀部之間的最小間隔變窄而使內部基極電阻實質上成為零的情況下的雙極電晶體的等效電路圖。 [圖7]是表示第二實施例的高頻功率放大元件的第二放大電路所包括的雙極電晶體的各構成要素的俯視時的位置關係的圖。 [圖8]圖8A是表示第三實施例的高頻功率放大元件的第一放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖，圖8B是表示第二放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖。 [圖9]圖9A是表示第四實施例的高頻功率放大元件的第一放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖，圖9B是表示第二放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖。 [圖10]是包括第五實施例的高頻功率放大元件的功率放大模組的等效電路圖。 [圖11]圖11A是表示第五實施例的高頻功率放大元件的第一放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖，圖11B是表示第二放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖。 [圖12]是圖11A以及圖11B的一點鏈線12-12的剖視圖。 [圖13]圖13A是表示第六實施例的高頻功率放大元件的第一放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖，圖13B是表示第二放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖。 [圖14]圖14A是表示第七實施例的高頻功率放大元件的第一放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖，圖14B是表示第二放大電路所包括的複數個雙極電晶體中的一個雙極電晶體的構成要素的俯視時的配置的圖。
3-3:一點鏈線
60:次集極層
61:集極檯面層
61A:凸部
62:射極檯面層
63B1:第一基極電極(RF用基極電極)
63B1F:第一基極電極的指狀部
63B1P:第一基極電極的焊盤部
63B2:第二基極電極(DC用基極電極)
63B2F:第二基極電極的指狀部
63B2P:第二基極電極的焊盤部
63C:集極電極
63E:射極電極
64B1:第一基極引出佈線(RF用基極引出佈線)
64B2:第二基極引出佈線(DC用基極引出佈線)
64C:集極引出佈線
64E:射極佈線
Lbe11、Lbe12、Lbe21、Lbe22:最小間隔

Claims (18)

  1. 一種高頻功率放大元件，其包括：基板；以及配置在前述基板上的第一放大電路以及第二放大電路，前述第一放大電路包括至少一個雙極電晶體，前述第二放大電路包括複數個雙極電晶體，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及前述第二放大電路的複數個雙極電晶體分別包括：配置在前述基板上的集極層；配置在前述集極層上的基極層；配置在前述基極層上的射極層；配置在前述射極層上的射極檯面層；射極電極，經由前述射極檯面層與前述射極層連接；以及第一基極電極及第二基極電極，配置在前述基極層上並與前述基極層連接，前述第一基極電極被供給高頻信號，前述第二基極電極被供給基極偏壓，在俯視時，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及前述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的前述射極檯面層、前述第一基極電極以及前述第二基極電極配置於相互不重疊的位置，在前述第二放大電路的複數個雙極電晶體中的至少一個雙極電晶體中，俯視時的前述第一基極電極與前述射極檯面層之間的最小間隔寬於前述第一放大電路的雙極電晶體的俯視時的前述第一基極電極與前述射極檯面層之間的最小間隔。
  2. 如請求項1所述的高頻功率放大元件，其進一步包括接地用外部連接端子，前述第二放大電路的複數個雙極電晶體的前述射極電極與前述接地用外部連接端子連接。
  3. 如請求項1或2所述的高頻功率放大元件，其中， 前述第一放大電路包括與至少一個雙極電晶體對應地配置的至少一個電容元件以及至少一個電阻元件，前述第二放大電路包括與複數個雙極電晶體分別對應地配置的複數個電容元件以及複數個電阻元件。
  4. 如請求項3所述的高頻功率放大元件，其中，前述第二放大電路的與複數個雙極電晶體對應地配置的前述複數個電容元件，與對應的雙極電晶體的前述第一基極電極連接，從第一放大電路輸出的高頻信號，經由前述第二放大電路的與複數個雙極電晶體對應地配置的前述複數個電容元件，向對應的雙極電晶體的前述第一基極電極供給。
  5. 如請求項1或2所述的高頻功率放大元件，其進一步具有佈線層，該佈線層配置在比前述第一基極電極以及前述第二基極電極靠上方，前述第一基極電極以及前述第二基極電極藉由在比前述第一基極電極以及前述第二基極電極靠上方配置的佈線層內的基極引出佈線而相互連接。
  6. 如請求項1或2所述的高頻功率放大元件，其中，在前述第二放大電路的複數個雙極電晶體中的每個雙極電晶體中，前述第一基極電極與前述射極檯面層之間的最小間隔和前述第二基極電極與前述射極檯面層之間的最小間隔相等。
  7. 如請求項3所述的高頻功率放大元件，其中，在前述第一放大電路以及前述第二放大電路中，包括從前述第二基極電極至前述射極檯面層為止的前述基極層的電流路徑的電阻值為與前述第二基極電極連接的前述電阻元件的電阻值的1/10以下。
  8. 如請求項3所述的高頻功率放大元件，其進一步包括設置於前述基板的第一偏置電路以及第二偏置電路，前述第一放大電路的前述至少一個雙極電晶體的前述第二基極電極經由對 應的電阻元件與前述第一偏置電路連接，前述第二放大電路的複數個雙極電晶體的前述第二基極電極經由對應的電阻元件與前述第二偏置電路連接。
  9. 一種高頻功率放大元件，其包括：基板；以及配置在前述基板上的第一放大電路以及第二放大電路，前述第一放大電路包括至少一個雙極電晶體，前述第二放大電路包括複數個雙極電晶體，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及前述第二放大電路的複數個雙極電晶體分別包括：配置在前述基板上的集極層；配置在前述集極層上的基極層；配置在前述基極層上的射極層；配置在前述射極層上的射極檯面層；射極電極，經由前述射極檯面層與前述射極層連接；以及基極電極，配置在前述基極層上並與前述基極層連接，在俯視時，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及前述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的前述射極檯面層以及前述基極電極配置於相互不重疊的位置，在前述第二放大電路的複數個雙極電晶體中的至少一個雙極電晶體中，俯視時的前述基極電極與前述射極檯面層之間的最小間隔寬於前述第一放大電路的雙極電晶體的俯視時的前述基極電極與前述射極檯面層之間的最小間隔。
  10. 如請求項9所述的高頻功率放大元件，其進一步包括接地用外部連接端子，前述第二放大電路的複數個雙極電晶體的前述射極電極與前述接地用外部連接端子連接。
  11. 如請求項9或10所述的高頻功率放大元件，其中， 前述第一放大電路包括與至少一個雙極電晶體對應地配置的至少一個電容元件以及至少一個電阻元件，前述第二放大電路包括與複數個雙極電晶體分別對應地配置的複數個電容元件以及複數個電阻元件。
  12. 如請求項11所述的高頻功率放大元件，其中，前述第二放大電路的與複數個雙極電晶體對應地配置的前述複數個電容元件與對應的雙極電晶體的前述基極電極連接，從第一放大電路輸出的高頻信號經由前述第二放大電路的與複數個雙極電晶體對應地配置的前述複數個電容元件向對應的雙極電晶體的前述基極電極供給。
  13. 如請求項11所述的高頻功率放大元件，其中，在前述第一放大電路以及前述第二放大電路中，包括從前述基極電極至前述射極檯面層為止的前述基極層的電流路徑的電阻值為與前述基極電極連接的前述電阻元件的電阻值的1/10以下。
  14. 如請求項9或10所述的高頻功率放大元件，其中，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體以及前述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的前述基極電極包括至少一個在一個方向上較長的指狀部，在前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體中，前述基極電極包括在一端處相互連接的複數個指狀部，前述射極檯面層配置於相鄰的兩個指狀部之間，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體的前述基極電極的指狀部的數量多於前述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的前述基極電極的指狀部的數量。
  15. 如請求項11所述的高頻功率放大元件，其進一步具有設置於前述基板的第一偏置電路以及第二偏置電路，前述第一放大電路的至少一個雙極電晶體的前述基極電極經由對應的電阻 元件與前述第一偏置電路連接，前述第二放大電路的複數個雙極電晶體的前述基極電極經由對應的電阻元件與前述第二偏置電路連接。
  16. 如請求項9或10所述的高頻功率放大元件，其中，在前述第二放大電路的複數個雙極電晶體中的各個雙極電晶體中，前述射極檯面層和前述基極電極各配置一個。
  17. 如請求項1、2、9、10中任一項所述的高頻功率放大元件，其中，前述第一放大電路的前述至少一個雙極電晶體和前述第二放大電路的複數個雙極電晶體具有相同的積層構造。
  18. 如請求項1、2、9、10中任一項所述的高頻功率放大元件，其中，在俯視時，前述第二放大電路的複數個雙極電晶體各自的前述射極檯面層具有在一個方向上較長的形狀，且兩端的寬度小於中央部的寬度。
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