WO2013084739A1 - 半導体装置及び高周波モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
本発明の代表的な実施の形態に係る半導体装置(1)は、アンテナ(7、8)に接続するためのアンテナ端子(ANT_LB、ANT_HB)と、RF信号が供給可能にされる複数の外部端子(TRX_LB、TX_LB、RX_LB、TERM_LB、TRX_HB、TX_HB、RX_1800、RX_1900、TERM_HB)と、前記アンテナ端子と夫々の前記外部端子との間に設けられる複数の第1高周波スイッチ(101~104、111~114)と、夫々の前記第1高周波スイッチのオン・オフを切り替える制御信号を入力するための複数の制御端子(TRX_LBC、TX_LBC、RX_LBC、TERM_LBC、TRX_HBC、TX_HBC、RX_1800C、RX_1900C、TERM_HBC)と、を有する。前記第1高周波スイッチは、対応する前記外部端子と前記アンテナ端子との間に設けられ、直列接続された複数の第1電界効果トランジスタ(M1~M6)と、前記複数の第1電界効果トランジスタのゲート端子に夫々接続される複数の第1抵抗(Rg_1~Rg_6)と、対応する前記制御端子と前記第1抵抗との間に設けられる第2抵抗(Rc1)と、を有する。前記複数の外部端子のうち少なくとも1つの端子は、周波数分割複信方式のRF送信信号とRF受信信号とが供給可能にされる第1端子(TRX_LB、TRX_HB)である。前記半導体装置において、前記第1端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチ(101)における前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される。
項1の半導体装置において、前記複数の外部端子のうち1つの端子は、周波数分割複信方式以外の第1通信方式(例えば、GSM方式)の送信信号が供給可能にされる第2端子(TX_LB、TX_HB)であり、もう1つの端子は、前記第1通信方式の受信信号が供給可能にされる第3端子(RX_LB、RX_1800、RX_1900)である。また、項1の半導体装置において、前記第2端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチ(103、113)における前記第2抵抗、及び前記第3端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチ(102、112)における前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される。
項1又は2の半導体装置において、前記複数の外部端子のうち1つの端子は、終端回路(22、23)が接続可能にされる第4端子(TERM_LB、TERM_HB)であって、前記第4端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチ(104、114)における前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される。
項1乃至3の何れかの半導体装置において、前記第1抵抗は、第1半導体層(チャネル層604)を用いて構成され、前記第2抵抗は、前記第1半導体層よりも単位面積当たりの抵抗率が低い第2半導体層(n+層608)を用いて構成される。
項4の半導体装置において、前記第1高周波スイッチは、前記第2抵抗に直列に接続される第3抵抗(Rc2)を更に有し、前記第3抵抗は前記第1半導体層を用いて構成される。
項1乃至5の何れかの半導体装置において、前記第1抵抗及び前記第2抵抗を含む抵抗回路(Rx)の一端と前記第1電界効果トランジスタのゲート端子とを接続する信号線(1103)は、前記抵抗回路の他端と前記制御端子とを接続する信号線(1104)よりも短くなるように構成される。
項1乃至6の何れかの半導体装置において、前記アンテナ端子と前記第1端子との間に設けられた前記第1高周波スイッチにおける前記複数の電界効果トランジスタがオフしているときに、前記第1端子とグラウンドノード(GND_RXLB、GND_TRXHB)との間に信号経路を形成する第2高周波スイッチ(105、115)を更に有する。前記第2高周波スイッチは、前記第1端子と前記グラウンドノードとの間に設けられ、直列接続された複数の第2電界効果トランジスタ(Ms)と、前記複数の第2電界効果トランジスタの夫々のゲート端子に接続される複数の第4抵抗(Rgs_1~Rgs_4)と、前記グラウンドノードと前記第4抵抗との間に設けられる第5抵抗(Rcs1)と、を含む。項7の半導体装置において、前記第5抵抗は、その電圧・電流特性の線形性が前記第4抵抗の電圧・電流特性の線形性よりも高くなるように構成される。
項7の半導体装置において、前記第4抵抗は、第1半導体層(チャネル層604)を用いて構成され、前記第5抵抗は、前記第1半導体層よりも単位面積当たりの抵抗率が低い第2半導体層(n+層608)を用いて構成される。
項8の半導体装置において、前記第2高周波スイッチは、前記第5抵抗に直列に接続される第6抵抗(Rcs2)を更に有し、前記第6抵抗は、前記第1半導体層を用いて構成される。
本発明の代表的な実施の形態に係る高周波モジュール(30)は、項1乃至9の何れかの半導体装置(1)と、前記制御信号を生成する制御用の半導体装置(2)と、を含む。
項10の高周波モジュールにおいて、前記制御用の半導体装置は、当該半導体装置の一辺に沿って前記制御信号を出力するための複数の出力端子(CL1~CL5、CH1~CH7)を有し、請求項1の半導体装置は、当該半導体装置の一辺に沿って前記複数の制御端子を有する。前記高周波モジュールにおいて、前記出力端子と前記制御端子とは対向して配置され、相互にボンディングワイヤーで接続される。
本発明の代表的な実施の形態に係る別の半導体装置(1)は、アンテナ(7、8)に接続するためのアンテナ端子(ANT_LB)と、周波数分割複信方式のRF送信信号とRF受信信号とが供給可能にされる送受信端子(TRX_LB、TRX_HB)と、前記アンテナ端子と前記送受信端子との間に設けられる第1高周波スイッチ(101)とを有する。前記第1高周波スイッチは、直列接続された複数の電界効果トランジスタ(Mt(M1~M6))と、前記複数の電界効果トランジスタのオン・オフを制御するための制御信号を受け、前記複数の電界効果トランジスタを駆動するための抵抗回路(Rg、Rc1)とを有する。前記抵抗回路は、前記複数の電界効果トランジスタの夫々のゲート端子に接続される複数の第1抵抗(Rg(Rg_1~Rg_6))と、一端に供給された前記制御信号を他端に接続される前記第1抵抗素子に供給するための第2抵抗(Rc1)と、を含む。前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される。
項12の半導体装置において、前記第1抵抗は、第1半導体層(チャネル層604)を用いて構成され、前記第2抵抗は、前記第1半導体層よりも単位面積当たりの抵抗率が低い第2半導体層(n+層608)を用いて構成される。
項13の半導体装置において、前記第1高周波スイッチは、前記第2抵抗に直列に接続される第3抵抗(Rc2)を更に有し、前記第3抵抗は前記第1半導体層を用いて構成される。
実施の形態について更に詳述する。
図1に、本実施の形態のアンテナスイッチに係る半導体装置を内蔵した携帯電話機のブロック図を例示する。同図には、携帯電話機の機能を実現するための複数の機能ブロックのうち、音声信号の送信/受信を行うための機能ブロックが代表的に示されている。同図に示される携帯電話機100は、例えば、2つの通信方式が切替可能とされる。特に制限されないが、携帯電話機100は、W-CDMA方式とGSM方式の2つの通信方式の信号の送受信が可能とされ、また、夫々の通信方式においてハイバンドとローバンドの2つの周波数帯の信号の送受信が可能とされる。
アンテナスイッチ1について詳細に説明する。アンテナスイッチ1は、特に制限されないが、GaAsのような高い電子移動度を有する1個の化合物半導体基板に形成される。図1に示されるように、アンテナスイッチ1は、ローバンド側のスイッチ回路10とハイバンド側のスイッチ回路11とから構成される。ローバンド側のスイッチ回路10は、シングルポール4スロー(SP4T:Single pole four throw)型のアンテナスイッチであり、ハイバンド側のスイッチ回路11は、シングルポール5スロー(SP5T:Single pole five throw)型のアンテナスイッチである。
先ず、SP4T型のローバンド側のスイッチ回路10について説明する。
図10は、ハイバンド側のスイッチ回路11の回路構成の一例を示す回路図である。スイッチ回路11は、4つの第1高周波スイッチ111~114と、4つの第2高周波スイッチ115~117、119と、2つの第3高周波スイッチ120、121と、ゲート制御回路118と、複数の端子とを含んで構成される。当該複数の端子は、例えば、アンテナ端子ANT_HB、受信端子RX_1800、RX_1900、送信端子TX_HB、送受信端子TRX_HB、終端端子TERM_HB、複数の制御端子TX_HBC、RXCC_HBC、TRX_HBC、TERM_HBC、VSW_HB、RX_1800C、RX_1900C、及び複数の電源端子GND_TXHB、GND_TRXHB、GND_RXHBである。なお、スイッチ回路11における上記複数の端子を表す参照符号は、端子のみならず、当該端子に接続されるノードをも表すものとする。
図11は、RFモジュール30の構成を例示する説明図である。
次に、アンテナスイッチ1の第1高周波スイッチ101~104における電界効果トランジスタMt、ゲート制御用の抵抗Rx、及び制御端子の半導体基板上のレイアウト配置について説明する。図11では、結合用の抵抗Rcとゲート抵抗Rgとを含むゲート制御用の抵抗を参照符号“Rx”で表している。
1 アンテナスイッチ(ANT_SW)
10 スイッチ回路(SP4T)
11 スイッチ回路(SP5T)
2 制御IC(CNT_IC)
201 制御部
202、204 ハイパワーアンプ
203 電力制御部(APC)
3 RFIC
4 ベースバンド部(BB)
5 マイクロフォン(MIC)
6 スピーカ(SPKR)
7、8 アンテナ
13、14、17、18、19 バンドパスフィルタ
15 ハイパワーアンプ(HPA)
101~104 第1高周波スイッチ
105~107 第2高周波スイッチ
108 ゲート制御回路
Rg、Rg_1~Rg_6、Rgs、Rgs_1~Rgs_4 ゲート抵抗
Rc、Rcs 結合用の抵抗
Mt 電界効果トランジスタ
M1~M6 HEMT
Rd、Rd_1~Rd_6 ドレイン・ソース間の抵抗
C1~C4、Ca 容量
Ra 抵抗
601 GaAs半導体基板
602 バッファ層
603 電子供給層
604 チャネル層
605 電子供給層
606、608 キャップ層(n+層)
607 オーミック層からなる電極
401、501 15kΩのチャネル抵抗Rchの特性
402、502 10kΩのチャネル抵抗Rchの特性
403、503 5kΩのチャネル抵抗Rchの特性
404、504 5kΩのn+抵抗Rnpの特性
405、505 15kΩのn+抵抗Rnpの特性
406、506 10kΩのn+抵抗Rnpと5kΩのチャネル抵抗Rchとを直列接続した合成抵抗の特性
801~807 各ゲート制御用の抵抗におけるn+抵抗Rnpとチャネル抵抗Rchの適用条件、及び各適用条件での相互変調歪の特性
901 相互変調歪の特性
902 チップ面積の増加率
Rc1 5kΩのチャネル抵抗Rch
Rc2 10kΩのn+抵抗Rnp
111~114 第1高周波スイッチ
115 第2高周波スイッチ
CL1~CL5、CH1~CH7 出力端子
ANT_LB アンテナ端子
RX_LB 受信端子
TX_LB 送信端子
TRX_LB 送受信端子
TERM_LB 終端端子
TX_LBC、RX_LBC、TRX_LBC、TERM_LBC、VSW_LB 制御端子
GND_TXLB、GND_RXLB 電源端子
Claims (14)
- アンテナに接続するためのアンテナ端子と、
RF信号が供給可能にされる複数の外部端子と、
前記アンテナ端子と夫々の前記外部端子との間に設けられる複数の第1高周波スイッチと、
夫々の前記第1高周波スイッチのオン・オフを切り替える制御信号を入力するための複数の制御端子と、を有する半導体装置であって、
前記第1高周波スイッチは、
対応する前記外部端子と前記アンテナ端子との間に設けられ、直列接続された複数の第1電界効果トランジスタと、
前記複数の第1電界効果トランジスタのゲート端子に夫々接続される複数の第1抵抗と、
対応する前記制御端子と前記第1抵抗との間に設けられる第2抵抗と、を有し、
前記複数の外部端子のうち少なくとも1つの端子は、周波数分割複信方式のRF送信信号とRF受信信号とが供給可能にされる第1端子であって、
前記第1端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチにおける前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される半導体装置。 - 前記複数の外部端子のうち1つの端子は、周波数分割複信方式以外の第1通信方式の送信信号が供給可能にされる第2端子であり、もう1つの端子は、前記第1通信方式の受信信号が供給可能にされる第3端子であって、
前記第2端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチにおける前記第2抵抗、及び前記第3端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチにおける前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される請求項1の半導体装置。 - 前記複数の外部端子のうち1つの端子は、終端回路が接続可能にされる第4端子であって、
前記第4端子と前記アンテナ端子との間に設けられる前記第1高周波スイッチにおける前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される請求項1の半導体装置。 - 前記第1抵抗は、第1半導体層を用いて構成され、
前記第2抵抗は、前記第1半導体層よりも単位面積当たりの抵抗率が低い第2半導体層を用いて構成される、請求項1の半導体装置。 - 前記第1高周波スイッチは、前記第2抵抗に直列に接続される第3抵抗を更に有し、
前記第3抵抗は、前記第1半導体層を用いて構成される請求項4の半導体装置。 - 前記第1抵抗及び前記第2抵抗を含む抵抗回路の一端と前記第1電界効果トランジスタのゲート端子とを接続する信号線は、前記抵抗回路の他端と前記制御端子とを接続する信号線よりも短くなるように構成される請求項1の半導体装置。
- 前記アンテナ端子と前記第1端子との間に設けられた前記第1高周波スイッチにおける前記複数の電界効果トランジスタがオフしているときに、前記第1端子とグラウンドノードとの間に信号経路を形成する第2高周波スイッチを更に有し、
前記第2高周波スイッチは、
前記第1端子と前記グラウンドノードとの間に設けられ、直列接続された複数の第2電界効果トランジスタと、
前記複数の第2電界効果トランジスタの夫々のゲート端子に接続される複数の第4抵抗と、
前記グラウンドノードと前記第4抵抗との間に設けられる第5抵抗と、を含み、
前記第5抵抗は、その電圧・電流特性の線形性が前記第4抵抗の電圧・電流特性の線形性よりも高くなるように構成される請求項1の半導体装置。 - 前記第4抵抗は、第1半導体層を用いて構成され、
前記第5抵抗は、前記第1半導体層よりも単位面積当たりの抵抗率が低い第2半導体層を用いて構成される、請求項7の半導体装置。 - 前記第2高周波スイッチは、前記第5抵抗に直列に接続される第6抵抗を更に有し、
前記第6抵抗は、前記第1半導体層を用いて構成される請求項8の半導体装置。 - 請求項1の半導体装置と、
前記制御信号を生成する制御用の半導体装置と、を含む高周波モジュール。 - 前記制御用の半導体装置は、当該半導体装置の一辺に沿って前記制御信号を出力するための複数の出力端子を有し、
請求項1の半導体装置は、当該半導体装置の一辺に沿って前記複数の制御端子を有し、
前記出力端子と前記制御端子とは対向して配置され、相互にボンディングワイヤーで接続される請求項10の高周波モジュール。 - アンテナに接続するためのアンテナ端子と、
周波数分割複信方式のRF送信信号とRF受信信号とが供給可能にされる送受信端子と、
前記アンテナ端子と前記送受信端子との間に設けられる第1高周波スイッチと、を有する半導体装置であって、
前記第1高周波スイッチは、
直列接続された複数の電界効果トランジスタと、
前記複数の電界効果トランジスタのオン・オフを制御するための制御信号を受け、前記複数の電界効果トランジスタを駆動するための抵抗回路とを有し、
前記抵抗回路は、前記複数の電界効果トランジスタの夫々のゲート端子に接続される複数の第1抵抗と、
一端に供給された前記制御信号を他端に接続される前記第1抵抗素子に供給するための第2抵抗と、を含み、
前記第2抵抗は、その電流・電圧特性の線形性が前記第1抵抗の電流・電圧特性の線形性よりも高くなるように構成される半導体装置。 - 前記第1抵抗は、第1半導体層を用いて構成され、
前記第2抵抗は、前記第1半導体層よりも単位面積当たりの抵抗率が低い第2半導体層を用いて構成される、請求項12の半導体装置。 - 前記第1高周波スイッチは、前記第2抵抗に直列に接続される第3抵抗を更に有し、
前記第3抵抗は、前記第1半導体層を用いて構成される請求項13の半導体装置。
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