[發明專利]化合物半導體開關電路裝置

無效

• 申請號: 02120082.3
• 申請日: 2002-05-24
• 公開（公告）號: CN1388585A
• 公開（公告）日: 2003-01-01
• 發明（設計）人: 淺野哲郎;平井利和;榊原干人
• 申請（專利權）人: 三洋電機株式會社
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉宗杰,梁永

[發明的詳細說明]

[發明所屬的技術領域]

本發明涉及頻率特別高的開關用的化合物半導體開關電路裝置，特別是涉及2.4GHz頻帶以上用的化合物半導體開關電路裝置。

[現有的技術]

在移動電話等移動體用通信機中，使用GHz頻帶的微波的情況很多，在天線的切換電路和收發信的切換電路等中，多半使用切換這些高頻信號用的開關元件(例如，特開平9-181642號)。作為該元件，由于使用高頻，所以多半使用利用砷化鎵(GaAs)的場效應晶體管(以下稱FET)，與此相伴隨，將上述開關電路本身集成化的單片微波集成電路(MMIC)的開發正在取得進展。

圖8(A)表示GaAs?FET的剖面圖。在非摻雜的GaAs襯底1的表面部分摻入雜質，形成N型溝道區2，配置對溝道區2的表面進行肖特基接觸的柵極3，將對GaAs表面進行歐姆接觸的源極4、漏極5配置在柵極3的兩側。該晶體管利用柵極3的電位在正下方的溝道區2內形成耗盡層，從而控制源極4和漏極5之間的溝道電流。

圖8(B)表示使用GaAs?FET的稱為SPDT(單刀雙擲)的化合物半導體開關電路裝置的原理性的電路圖。

第一和第二FET1、FET2的源極(或漏極)連接在公用輸入端子IN上，各FET1、FET2的柵極通過電阻R1、R2連接在第一和第二控制端子Ctl-1、Ctl-2上，然后各FET的漏極(或源極)連接在第一和第二輸出端子OUT1、OUT2上。加在第一和第二控制端子Ctl-1、Ctl-2上的信號是互補信號，施加了高電平信號的FET導通，將加在輸入端子IN上的信號傳輸給某一個輸出端子。配置電阻R1、R2的目的在于防止高頻信號通過柵極對于成為交流接地的控制端子Ctl-1、Ctl-2的直流電位漏出。

圖9中示出了這樣的化合物半導體開關電路裝置的等效電路圖。在微波情況下，以特性阻抗50Ω為基準，用R1＝R2＝R3＝50Ω表示各端子的阻抗。另外，如假設各端子的電位為V1、V2、V3，則用下式表示插入損耗(Insertion?Loss)及隔離(Isolation)。

插入損耗＝20log(V2/V1)[dB]

這是將信號從公用輸入端子IN傳輸給輸出端子OUT1時的插入損耗，

隔離＝20log(V3/V1)[dB]

這是從公用輸入端子IN開始與輸出端子OUT2之間的隔離(Isolation)。在化合物半導體開關電路裝置中，要求使上述的插入損耗(Insertion?Loss)盡可能地小，提高隔離(Isolation)，串聯插入信號路徑中的FET的設計很重要。作為該FET使用GaAs?FET的理由是，由于GaAs的電子遷移率比Si高，所以電阻小，能謀求低損耗，由于GaAs是半絕緣性襯底，所以適合于信號路徑之間的高隔離化。其相反的一面是，GaAs襯底的價格比Si高，如果用Si制造像PIN二極管那樣的等效元件，則在價格競爭中會失敗。

在這樣的化合物半導體開關電路裝置中，用下式表示FET的溝道區2的電阻R，

R＝1/enμS[Ω]

????e：電子電荷量(1.6×10^-19C/cm²)

????n：電子載流子濃度

????μ：電子遷移率

????S：溝道區的截面積(cm²)

所以，為了盡可能減少電阻R，將溝道寬度設計得盡可能地大，爭取溝道區的截面積，減少插入損耗(Insertion?Loss)。

為此，與用柵極3和溝道區4形成的肖特基接觸有關的電容成分增大，高頻輸入信號從此處泄漏，隔離(Isolation)惡化。為了避免這種現象的發生，設置分流FET，謀求改善隔離(Isolation)，但由于芯片尺寸增大，成本增加，因此導致置換成廉價的硅芯片盛行、喪失市場的結果。

因此，開發了省去分流FET實現了芯片縮小的開關電路。這是因為雖然在1GHz的輸入信號時插入損耗(Insertion?Loss)受FET的導通電阻的影響大，但由于已知在2.4GHz的輸入信號時電容成分比FET的導通電阻對插入損耗(Insertion?Loss)的影響大，所以著眼于與其減少導通電阻，不如減少電容成分而進行設計。在該開關電路中，使兩個FET的柵極寬度在400微米以下，能獲得規定的最大線性輸入功率。