(57)【要約】【課題】  トランジスタの利得の低下を抑制し、トランジスタの熱暴走を防止すると共に、トランジスタ集積回路装置の小型化を図る。【解決手段】  各トランジスタのベース電極に接続される抵抗に、高周波信号の周波数においては十分低い抵抗値を有し、また、直流電流に対してはバラスト抵抗として十分な抵抗値を有する抵抗が使用される。これにより、高周波信号に対するトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１ｎの利得の低減を抑制しつつ、トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１ｎの熱暴走を防止することができる。また、各トランジスタにはキャパシタが接続されない。これにより、トランジスタ集積回路装置の小型化を図ることができる。【選択図】  図１
2006080900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されたトランジスタ集積回路装置であって、
コレクタ電極およびエミッタ電極のうち、一方の電極が共通の出力端子に接続され、他方の電極が接地された少なくとも１つのトランジスタと、
一端が前記トランジスタのベース電極に接続され、他端が高周波信号の入力端子および直流電源の入力端子に接続された少なくとも１つの抵抗とを備え、
前記抵抗の抵抗値が周波数依存性を有していることを特徴とする、トランジスタ集積回路装置。
【請求項２】
前記抵抗は、入力信号の周波数の上昇と共に抵抗値が減少する特性を有することを特徴とする、請求項１に記載のトランジスタ集積回路装置。
【請求項３】
前記抵抗は、入力信号の周波数が所定の周波数以上であるときには、前記周波数の上昇と共に抵抗値が減少する特性を有することを特徴とする、請求項１に記載のトランジスタ集積回路装置。
【請求項４】
前記抵抗が正の温度係数の抵抗率を有する材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のトランジスタ集積回路装置。
【請求項５】
前記抵抗が金属の薄膜で形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のトランジスタ集積回路装置。
【請求項６】
前記抵抗が前記トランジスタのベース電極と同じ金属を用いて一体形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のトランジスタ集積回路装置。
【請求項７】
前記抵抗と前記直流電源を供給する直流電源回路との間に、インダクタを含むことを特徴とする、請求項１に記載のトランジスタ集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタ集積回路装置に関し、より特定的には、高周波信号を増幅するパワートランジスタ回路などに用いられるトランジスタ集積回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を増幅するパワートランジスタ回路には、高周波特性を確保するために、複数のトランジスタ（例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）が並列接続された回路が従来から用いられている。
【０００３】
例えば、従来から用いられているパワートランジスタ回路には、図３に示すような回路がある。図３に示すパワートランジスタ回路は、ｎ個のトランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３ｎ、バイアス抵抗Ｒ３１、キャパシタＣ３１、直流電源の入力端子ＤＣｉｎ、高周波信号の入力端子ＲＦｉｎ、および、高周波信号の出力端子ＲＦｏｕｔを備える。
【０００４】
図３に示すパワートランジスタ回路では、各トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３ｎのベース電極に、共通のバイアス抵抗Ｒ３１を介して直流電圧（バイアス電圧）が印加される。さらに、各トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３ｎのベース電極には、キャパシタＣ３１を介して、入力端子ＲＦｉｎから高周波信号が入力される。そして、各トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３ｎのエミッタ電極は、いずれも接地される。また、トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３ｎのコレクタ電極は、出力端子ＲＦｏｕｔに共通接続される。トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３ｎからの出力信号は、出力端子ＲＦｏｕｔを介して、外部に出力される。
【０００５】
図３に示すパワートランジスタ回路は、各トランジスタの特性にばらつきが無いと仮定した場合の理想回路である。しかし、実際には各トランジスタに特性のばらつきがあるために、各トランジスタの動作にばらつきが生じる。このため、図３に示すパワートランジスタ回路では、動作時に発熱量が多くなり熱暴走を起こすトランジスタが発生する場合がある。トランジスタが熱暴走を起こすと、トランジスタの劣化や損傷が起こり、回路の誤動作の原因となる。
【０００６】
上記のような問題を解決するために、図４に示すパワートランジスタ回路が、従来から用いられている。図４に示すパワートランジスタ回路は、ｎ個のトランジスタＴｒ４１〜Ｔｒ４ｎ、ｎ個のバイアス抵抗Ｒ４１〜Ｒ４ｎ、直流電源の入力端子ＤＣｉｎ、高周波信号の入力端子ＲＦｉｎ、および、高周波信号の出力端子ＲＦｏｕｔを備える。
【０００７】
図４に示すパワートランジスタ回路では、バイアス抵抗Ｒ４１〜Ｒ４ｎがトランジスタＴｒ４１〜Ｔｒ４ｎのベース電極に接続されることによって、温度が上昇したトランジスタのベース電流の増大が抑制される。これにより、トランジスタＴｒ４１〜Ｔｒ４ｎの熱暴走を防ぐことができる。しかし、図４に示す回路では、高周波信号がバイアス抵抗Ｒ４１〜Ｒ４ｎを流れるために利得の低下が生じる。したがって、図４に示す回路は、パワートランジスタ回路の構成としては適当ではない。
【０００８】
そこで、パワートランジスタ回路をセル化する方法が、特許文献１に提案されている。図５は、特許文献１に記載のパワートランジスタ回路の回路図である。図５に示す回路は、並列接続されたｎ個のトランジスタ回路のセル５０１〜５０ｎを備える。ｎ個のセルのうち、セル５０１は、トランジスタＴｒ５１、キャパシタＣ５１およびバイアス抵抗Ｒ５１を含む。
【０００９】
トランジスタＴｒ５１のベース電極には、キャパシタＣ５１とバイアス抵抗５１とが接続される。キャパシタＣ５１の他端は、高周波信号の入力端子ＲＦｉｎに接続される。また、バイアス抵抗Ｒ５１の他端は、直流電源の入力端子ＤＣｉｎに接続される。トランジスタＴｒ５１のベース電極には、バイアス抵抗Ｒ５１を介して、直流電源回路（図示せず）からバイアス電流が供給される。さらに、トランジスタＴｒ５１のベース電極には、キャパシタＣ５１を介して、高周波信号が入力される。以上の構成は、他のセルについても同様である。以下においては、セル５０１に含まれる構成要素を用いて、図５に示す従来のパワートランジスタの動作を説明する。
【００１０】
図５に示すパワートランジスタ回路では、バイアス抵抗Ｒ５１がトランジスタＴｒ５１に接続されることにより、トランジスタＴｒ５１の温度が上昇した場合に、トランジスタＴｒ５１のベース電流の増大が抑制される。これにより、トランジスタＴｒ５１の熱暴走を防止し、トランジスタの熱暴走によるトランジスタの劣化や損傷を防止することができる。
【００１１】
また、図５に示すパワートランジスタ回路では、高周波信号がバイアス抵抗Ｒ５１を通らずにトランジスタＴｒ５１に入力されるため、図４に示すパワートランジスタ回路のように、バイアス抵抗による利得の低下が生じることはない。
【００１２】
なお、図５に示すパワートランジスタ回路においては、トランジスタＴｒ５１のベース電極は、バイアス抵抗Ｒ５１を介して直流電源回路に接続されるが、通常、この直流電源回路には、同一半導体基板上に形成されるトランジスタが用いられる。
【特許文献１】米国特許第５６０８３５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図５に示すパワートランジスタ回路では、抵抗Ｒ５１〜Ｒ５ｎに加えて、キャパシタＣ５１〜Ｃ５ｎがトランジスタＴｒ５１〜Ｔｒ５ｎに接続されることから、トランジスタ集積回路全体のチップ面積が大きくなってしまうという問題があった。
【００１４】
それ故に、本発明は、トランジスタの利得の低下を抑制し、またトランジスタの特性のばらつきによる熱暴走を防止し、さらに回路の小型化を実現するトランジスタ集積回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のトランジスタ集積回路装置は、コレクタ電極およびエミッタ電極のうち、一方の電極が共通の出力端子に接続され、他方の電極が接地された少なくとも１つのトランジスタと、一端がトランジスタのベース電極に接続され、他端が高周波信号の入力端子および直流電源の入力端子に接続された少なくとも１つの抵抗とを備え、この抵抗の抵抗値が周波数依存性を有している。
【００１６】
また、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、入力信号の周波数の上昇と共に抵抗値が減少する特性を有することが好ましい。
【００１７】
あるいは、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、入力信号の周波数が所定の周波数以上であるときには、周波数の上昇と共に抵抗値が減少する特性を有することが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、正の温度係数の抵抗率を有する材料で形成されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、金属の薄膜で形成されていてもよい。
【００２０】
また、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、トランジスタのベース電極と同じ金属を用いて一体形成されていることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明のトランジスタ集積回路装置は、抵抗と直流電源を供給する直流電源回路との間に、インダクタを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のトランジスタ集積回路装置は、コレクタ電極およびエミッタ電極のうち、一方の電極が共通の出力端子に接続され、他方の電極が接地された少なくとも１つのトランジスタと、一端がトランジスタのベース電極に接続され、他端が高周波信号の入力端子および直流電源の入力端子に接続された少なくとも１つの抵抗とを備え、この抵抗は、抵抗値が入力信号の周波数の上昇と共に減少する特性を有する。本発明のトランジスタ集積回路装置は、このような抵抗を備えることにより、高周波信号が抵抗を流れることによる高周波信号の電力の減衰を低減する。これにより、トランジスタの利得の低下を低減することができる。また、本発明のトランジスタ集積回路装置では、従来のパワートランジスタ回路のように、各トランジスタにキャパシタが接続されない。これにより、トランジスタ集積回路装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、正の温度係数の抵抗率を有する材料で形成されていることから、トランジスタの温度が上昇した場合において、トランジスタのベース電流の増大を抑制する。これにより、トランジスタの熱暴走を防止する。
【００２４】
また、本発明のトランジスタ集積回路装置に含まれる抵抗は、トランジスタのベース電極と同じ金属を用いて一体形成されていることから、トランジスタ集積回路装置の小型化を図ることができる。
【００２５】
さらに、本発明のトランジスタ集積回路装置は、抵抗と直流電源を供給する直流電源回路との間にインダクタを含む。これにより、直流電源回路で発生する高周波ノイズをインダクタによって低減することができる。また、インダクタは、高周波信号が直流電源回路側に流れることを防ぐ。これにより、高周波信号が直流電源回路側に流れることによる高周波信号の損失を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るトランジスタ集積回路装置の回路図である。図１（ａ）に示すトランジスタ集積回路装置は、ｎ個のトランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１ｎ、ｎ個の抵抗Ｒ１１〜Ｒ１ｎ、キャパシタＣ１１、直流電源の入力端子ＤＣｉｎ、高周波信号の入力端子ＲＦｉｎ、および、高周波信号の出力端子ＲＦｏｕｔを備える。図１（ａ）に示すトランジスタ集積回路装置は、回路全体が１つの半導体基板上に形成される。
【００２７】
トランジスタＴｒ１１のベース電極には、抵抗Ｒ１１が接続される。抵抗Ｒ１１の他端は、直流電源の入力端子ＤＣｉｎに接続されると共に、キャパシタＣ１１を介して高周波信号の入力端子ＲＦｉｎに接続される。トランジスタＴｒ１１のコレクタ電極は、高周波信号の出力端子ＲＦｏｕｔに接続され、エミッタ電極は接地される。トランジスタＴｒ１１のベース電極には、抵抗Ｒ１１を介して、直流電源回路（図示せず）からバイアス電流が供給される。さらに、トランジスタＴｒ１１のベース電極には、キャパシタＣ１１および抵抗Ｒ１１を介して、高周波信号が入力される。以上の構成は、他のトランジスタについても同様である。したがって、以下においては、トランジスタＴｒ１１および抵抗Ｒ１１を用いて、本実施形態に係るトランジスタ集積回路装置を説明する。
【００２８】
図１（ｂ）に抵抗Ｒ１１の抵抗比（交流電流に対する抵抗と直流電流に対する抵抗の比）の周波数依存性を示す。一般に抵抗の抵抗値は周波数依存性を有しないが、本実施形態に係るトランジスタ集積回路装置は、図１（ｂ）に示すような周波数依存性を有する抵抗Ｒ１１を備える。
【００２９】
直流電流に対する抵抗値が等しい通常の抵抗および抵抗Ｒ１１について、これらの抵抗における高周波信号の電圧降下を比較すると、抵抗Ｒ１１における高周波信号の電圧降下は、通常の抵抗における高周波信号の電圧降下に比べて小さい。本実施形態に係るトランジスタ集積回路装置は、このような抵抗Ｒ１１を備えることにより、高周波信号が抵抗Ｒ１１を流れることによる高周波信号の電力の減衰を低減する。これにより、トランジスタＴｒ１１の利得の低下を低減することができる。
【００３０】
一方、抵抗Ｒ１１は、直流電流に対しては十分な抵抗値を有する。したがって、各トランジスタの特性のばらつきによって、例えば、Ｔｒ１１の温度が上昇した場合には、抵抗Ｒ１１に流れる電流が増加する。この結果、抵抗Ｒ１１での電圧降下が大きくなるため、ベース電位が低下し、Ｔｒ１１の熱暴走が防止される。すなわち、抵抗Ｒ１１は、バラスト抵抗としての機能を有する。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係るトランジスタ集積回路装置は、トランジスタのベース電極に接続される抵抗に、高周波信号の周波数においては十分低い抵抗値を有し、また、直流電流に対してはバラスト抵抗として十分な抵抗値を有する抵抗を備える。これにより、高周波信号に対するトランジスタの利得の低下を抑制しつつ、トランジスタの熱暴走を防止することができる。また、本実施形態に係るトランジスタ集積回路装置は、従来のパワートランジスタ回路のように各トランジスタにキャパシタを接続しない。したがって、トランジスタ集積回路の小型化を図ることができる。
【００３２】
なお、抵抗Ｒ１１は、例えば、１ＧＨｚの高周波信号が入力された場合における抵抗値が、直流電流が入力された場合における抵抗値の半分以下であるような抵抗であることが望ましい。
【００３３】
また、抵抗Ｒ１１は、トランジスタのベース電極と同じ金属を用いて、トランジスタのベース電極と一体として形成されていてもよい。これにより、回路をさらに小型にすることができる。
【００３４】
次に、抵抗Ｒ１１を金属の薄膜で形成した場合における抵抗Ｒ１１の膜厚の上限値を求める。例えば、抵抗を形成する材料が金であったとすると、金の抵抗率は２．４×１０-8Ω・ｍであるから、幅２．４μｍ、長さ１００μｍ、厚さ１μｍの抵抗を形成したとすると、この抵抗の抵抗値は１Ωとなり、バラスト抵抗としての効果を得るには抵抗値が小さいことが分かる。したがって、抵抗の膜厚は１μｍ以下が望ましい。
【００３５】
また、抵抗Ｒ１１は、抵抗値が正の温度係数を有する材料であれば、金属以外の材料で形成された抵抗でもよい。
【００３６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るトランジスタ集積回路装置の回路図である。図２に示すトランジスタ集積回路装置と、本発明の第１の実施形態に係るトランジスタ集積回路装置とは、キャパシタＣ１１と抵抗Ｒ１ｎとの接続点Ａと、直流電源回路（図示せず）との間にインダクタＬ２１を備える点で相違する。
【００３７】
本実施形態に係るトランジスタ集積回路装置は、インダクタＬ２１を接続点Ａと直流電源回路との間に備える。これにより、直流電源回路で発生する高周波ノイズをインダクタＬ２１によって低減することができる。また、インダクタＬ２１は、高周波信号が直流電源回路側に流れることを防ぐ。これにより、高周波信号が直流電源回路側に流れることによる高周波信号の損失を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のトランジスタ集積回路装置は、トランジスタの利得の低下を抑制し、またトランジスタの特性のばらつきによる熱暴走を防止し、さらに回路の小型化を実現することから、高周波信号を扱うパワートランジスタ回路等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係るトランジスタ集積回路装置の回路図（ｂ）本発明の実施形態に係るトランジスタ集積回路装置に用いられる抵抗の周波数依存性を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態に係るトランジスタ集積回路装置の回路図
【図３】従来のパワートランジスタ回路の一例を示す回路図
【図４】従来のパワートランジスタ回路の一例を示す回路図
【図５】従来のパワートランジスタ回路の一例を示す回路図
【符号の説明】
【００４０】
Ｃ１１  キャパシタ
ＤＣｉｎ  直流電源の入力端子
Ｌ２１  インダクタ
Ｒ１１〜Ｒ１ｎ  抵抗
ＲＦｉｎ  高周波信号の入力端子
ＲＦｏｕｔ  高周波信号の出力端子
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１ｎ  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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