[发明专利]化合物半导体开关电路装置

说明书

[发明的详细说明]

[发明所属的技术领域]

本发明涉及频率特别高的开关用的化合物半导体开关电路装置，特别是涉及2.4GHz频带以上用的化合物半导体开关电路装置。

[现有的技术]

在移动电话等移动体用通信机中，使用GHz频带的微波的情况很多，在天线的切换电路和收发信的切换电路等中，多半使用切换这些高频信号用的开关元件(例如，特开平9-181642号)。作为该元件，由于使用高频，所以多半使用利用砷化镓(GaAs)的场效应晶体管(以下称FET)，与此相伴随，将上述开关电路本身集成化的单片微波集成电路(MMIC)的开发正在取得进展。

图8(A)表示GaAs FET的剖面图。在非掺杂的GaAs衬底1的表面部分掺入杂质，形成N型沟道区2，配置对沟道区2的表面进行肖特基接触的栅极3，将对GaAs表面进行欧姆接触的源极4、漏极5配置在栅极3的两侧。该晶体管利用栅极3的电位在正下方的沟道区2内形成耗尽层，从而控制源极4和漏极5之间的沟道电流。

图8(B)表示使用GaAs FET的称为SPDT(单刀双掷)的化合物半导体开关电路装置的原理性的电路图。

第一和第二FET1、FET2的源极(或漏极)连接在公用输入端子IN上，各FET1、FET2的栅极通过电阻R1、R2连接在第一和第二控制端子Ctl-1、Ctl-2上，然后各FET的漏极(或源极)连接在第一和第二输出端子OUT1、OUT2上。加在第一和第二控制端子Ctl-1、Ctl-2上的信号是互补信号，施加了高电平信号的FET导通，将加在输入端子IN上的信号传输给某一个输出端子。配置电阻R1、R2的目的在于防止高频信号通过栅极对于成为交流接地的控制端子Ctl-1、Ctl-2的直流电位漏出。

图9中示出了这样的化合物半导体开关电路装置的等效电路图。在微波情况下，以特性阻抗50Ω为基准，用R1＝R2＝R3＝50Ω表示各端子的阻抗。另外，如假设各端子的电位为V1、V2、V3，则用下式表示插入损耗(Insertion Loss)及隔离(Isolation)。

插入损耗＝20log(V2/V1)[dB]

这是将信号从公用输入端子IN传输给输出端子OUT1时的插入损耗，

隔离＝20log(V3/V1)[dB]

这是从公用输入端子IN开始与输出端子OUT2之间的隔离(Isolation)。在化合物半导体开关电路装置中，要求使上述的插入损耗(Insertion Loss)尽可能地小，提高隔离(Isolation)，串联插入信号路径中的FET的设计很重要。作为该FET使用GaAs FET的理由是，由于GaAs的电子迁移率比Si高，所以电阻小，能谋求低损耗，由于GaAs是半绝缘性衬底，所以适合于信号路径之间的高隔离化。其相反的一面是，GaAs衬底的价格比Si高，如果用Si制造像PIN二极管那样的等效元件，则在价格竞争中会失败。

在这样的化合物半导体开关电路装置中，用下式表示FET的沟道区2的电阻R，

R＝1/enμS[Ω]

    e：电子电荷量(1.6×10^-19C/cm²)

    n：电子载流子浓度

    μ：电子迁移率

    S：沟道区的截面积(cm²)

所以，为了尽可能减少电阻R，将沟道宽度设计得尽可能地大，争取沟道区的截面积，减少插入损耗(Insertion Loss)。

为此，与用栅极3和沟道区4形成的肖特基接触有关的电容成分增大，高频输入信号从此处泄漏，隔离(Isolation)恶化。为了避免这种现象的发生，设置分流FET，谋求改善隔离(Isolation)，但由于芯片尺寸增大，成本增加，因此导致置换成廉价的硅芯片盛行、丧失市场的结果。

因此，开发了省去分流FET实现了芯片缩小的开关电路。这是因为虽然在1GHz的输入信号时插入损耗(Insertion Loss)受FET的导通电阻的影响大，但由于已知在2.4GHz的输入信号时电容成分比FET的导通电阻对插入损耗(Insertion Loss)的影响大，所以着眼于与其减少导通电阻，不如减少电容成分而进行设计。在该开关电路中，使两个FET的栅极宽度在400微米以下，能获得规定的最大线性输入功率。