(57)【要約】【課題】バイポーラトランジスタを低雑音化する。【解決手段】円形型形状を有する円形エミッタ層１０４上にエミッタ電極１０７が形成され、４個の円形型エミッタの中心点が、最も近距離で隣接する円形型エミッタ間で等距離となり、中心点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と中心点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれほぼ正三角形の頂点をなすように均一に配置されている。【選択図】　図１
2004103759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にベース、エミッタ及びコレクタをそれぞれ有する３個以上のトランジスタを備え、上記３個のトランジスタは上記エミッタを結ぶ線分が三角形となるように配置され、かつ上記エミッタのうち最近接のエミッタの配置間隔がほぼ等しいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記エミッタのうち隣接するものの配置が、ほぼ正三角形の頂点をなすことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記エミッタの真性領域はほぼ円形形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記エミッタの真性領域はほぼ楕円型形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記エミッタの真性領域はほぼ多角形型であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項６】
上記トランジスタの配置について中央部の最も近距離で隣接する上記エミッタ同士の間隔が、上記単位トランジスタの周辺部の最も近距離で隣接する上記エミッタ同士の間隔に比べて長く粗く配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置として、マイクロ波領域で用いられるバイポーラトランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイポーラトランジスタは、マイクロ波領域を含む周波数帯で動作する高周波デバイスとして用いられている。特に、正電源電圧供給のみで動作するという特徴から、最近では、実動作時にゲート端子に負電源電圧を必要とする電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴという）系デバイスに代わるデバイスとして携帯電話端末の高周波部でよく用いられる。
【０００３】
これは、バッテリ動作する端末（セット）では負電圧発生用ＩＣが追加で必要とされるため、部品点数、実装面積の増加をもたらし、セットの小型、低コスト化の妨げとなるためである。
【０００４】
実用化されているバイポーラトランジスタには、エミッタにベースよりもバンドギャップが大きい半導体を用いるヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）がある。このＨＢＴには、ＧａＡｓをベース層にＡｌＧａＡｓをエミッタに用いるデバイスや、エミッタにＡｌＧａＡｓよりも表面再結合が小さく、信頼性に優れているＩｎＧａＰを用いるデバイスが使われている。
【０００５】
従来の半導体装置は、例えば特許文献１に示されるものが知られている。この従来の半導体装置は図７に示す円形エミッタ構造、円型トランジスタに関するものであり、その半導体装置の上面図を図８に、この半導体装置に係る図８のＡ−Ａ′線を含む断面図を図９に示す。図７、図８および図９において、円形エミッタ層１０４電極１１と、エミッタ電極１１の周囲においてエミッタ電極１１と同心に形成された環状のベース電極１２とベース電極１２の周囲において、エミッタ電極１１と同心に形成された環状のコレクタ電極１３から成る構成を開示しており、基本トランジスタセル中には、円形エミッタ層１０４は１個のみ含まれる。また、多段増幅器は、１段分に相当する円形エミッタ層１０４の１個からなるトランジスタセルを多段に接続して構成される。なお、図７において、１３ａは切り欠き、１４はベース電極パッド、１５はコレクタ電極パッド、１６は絶縁領域、１７は金属層、１８はバイアホールを表す。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２０８５３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示される半導体装置については、出力電力特性改善のために、エミッタ面積を大きくする必要がある場合には円形サイズを大きくして対応することになる。この場合、エミッタ利用効率の低下、すなわち実動作に寄与しない余分なエミッタ領域が増えることで実質的にベース・コレクタ間容量の増加に到ることになり、結果として利得低下等の高周波特性の劣化を引き起こす。
【０００８】
一方、円形エミッタ構造を用いた場合、図８に示す配置では、各円形エミッタ層１０４は均一な高周波動作が行えず、利得低下などの問題点を引き起こす。それは以下の理由による。
【０００９】
通常、ベース電極、エミッタ電極からの引き出し配線は直線状の円形エミッタ層１０４配置の長手方向となる。この場合、各円形エミッタ層１０４に対してベース電極の引出し部（図８のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端）からの距離が異なり、両端の円形エミッタ層１０４間に大きな距離差が生じる。図８中のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端から各円形エミッタ層１０４へのインダクタンスなどの寄生成分は、各円形エミッタ層１０４までの距離に応じて変わるため、各円形エミッタ層１０４の高周波動作に差を生じ、均一な高周波動作を行わせることができなくなり高性能化の妨げとなる。すなわち、各円形エミッタ層１０４は均一な高周波動作が行えず、利得低下などの問題点を引き起こしてしまう。
【００１０】
また、図８に示す配置では、円形エミッタ層１０４の配置面積効率が高くないため、不必要な単位トランジスタのセル面積が増加することによりベース・コレクタ間容量が増え、利得などの高周波特性を劣化させるというなどの問題点を引き起こしてしまう。
【００１１】
また、さらなるベース抵抗の低減、雑音指数低減とともにデバイスの小型化を両立して実現するには限界があるという問題が生じる。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の半導体装置は、バイポーラトランジスタの小型化すなわちエミッタ、ベース、コレクタから成るトランジスタのセルサイズを小さくすること、およびバイポーラトランジスタの高性能化すなわち雑音指数低減やセルサイズの小型化による利得などの高周波動作向上を実現することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、基板上にベース、エミッタ及びコレクタをそれぞれ有する３個以上のトランジスタを備え、上記３個のトランジスタは上記エミッタを結ぶ線分が三角形となるように配置され、かつ上記エミッタのうち最近接のエミッタの配置間隔がほぼ等しいものである。
【００１４】
この構成により、各エミッタを最も近距離で隣接するように等間隔に均一に配置するため、各エミッタに対する（図中のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端）からの距離とその偏差を最小限に抑えることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置は、さらに上記エミッタのうち隣接するものの配置が、ほぼ二等辺三角形の頂点をなすことが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体装置は、さらに上記エミッタのうち隣接するものの配置が、ほぼ正三角形の頂点をなすことが好ましい。
【００１７】
本発明の半導体装置は、さらに上記エミッタの真性領域はほぼ円形形状であることが好ましい。この好ましい構成によれば、円形形状のエミッタを有するトランジスタを近距離で隣接させることで配置面積効率をより高めることができる。
【００１８】
本発明の半導体装置は、さらに上記エミッタの真性領域はほぼ楕円型形状であることが好ましい。
【００１９】
本発明の半導体装置は、さらに上記エミッタの真性領域はほぼ多角形型であることが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体装置は、さらに上記トランジスタの配置について中央部の最も近距離で隣接する上記エミッタ同士の間隔が、上記単位トランジスタの周辺部の最も近距離で隣接する上記エミッタ同士の間隔に比べて長く粗く配置されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、中央部を粗く配置することにより単位トランジスタ内の中央部の温度上昇が抑制され、単位トランジスタ内での動作温度を均一にできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である半導体装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する各図面において、複数個存在する円形エミッタ層１０４（図中において丸で表されている）について煩雑さを避けるため、１つの円形エミッタ層１０４にのみ引き出し線を付するとともに、各円形エミッタ層１０４の配置関係を明確にするために各円形エミッタ層１０４の頂点同士を破線で結んでいる。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の上面図を図１に、この半導体装置に係る図１のＡ−Ａ′線を含む断面図を図２に示す。なお、この半導体装置は円形エミッタ構造ヘテロバイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ　Ｂｉｐｏｌａｒ　　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、略してＨＢＴ）である。この円形エミッタ構造については、例えば図７に示された構造のものを用いている。
【００２３】
図２に示されているように、ＧａＡｓ基板１０１上に化合物半導体からなる複数のエピタキシャル層としてコレクタ層１０２、ベース層１０３、円形エミッタ層１０４が形成されている。
【００２４】
円形形状を有する円形エミッタ層１０４上にエミッタ電極（図示せず）が形成され、４個の円形エミッタ層１０４の中心点（図１中のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）が、最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４間で等距離となり、中心点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と中心点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれほぼ正三角形の頂点をなすように均一に配置されている。円形エミッタ層１０４直径は４μｍ、隣接する円形エミッタ層１０４間距離は６μｍである。
【００２５】
円形エミッタ層１０４の周囲にはベース層１０３上にベース電極１０６が形成され、コレクタ電極１０５がコレクタ層１０２上に形成されている。
【００２６】
上記のように最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４を等間隔に均一に配置することにより、各円形エミッタ層１０４に対する（図１中のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端）からの距離とその偏差を最小限に抑えることができる。そのため、（図１中のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端）から各円形エミッタ層１０４への距離にほぼ比例して生じる抵抗成分とその偏差が少なくなり、図８に示す従来技術の円形エミッタ層１０４を同心円状に配置する構造に比べて、エミッタ利用効率の増加、すなわち実動作に寄与しない余分なエミッタ領域が減少することで実質的にベース・コレクタ間容量が減少し、結果として利得増大等の高周波特性の劣化を引き起こすベース抵抗を低減し、雑音指数を下げることができる。なお、本実施の形態に用いられているのと同じトランジスタを用いた場合、図８に示す従来技術の円形エミッタ層１０４ならば両端の円形エミッタ層１０４間の距離は１８μｍとなる。
【００２７】
本実施の形態における半導体装置は、各円形エミッタ層１０４を最も近距離で隣接するように等間隔に均一に配置するため、各円形エミッタ層１０４に対する（図中のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端）からの距離とその偏差を最小限に抑えることができる。
【００２８】
このため、（図中のベース電極引出し方向に対するベース電極の一端）から各円形エミッタ層１０４への距離にほぼ比例して生じるインダクタンスなどの寄生成分の偏差が少なくなり、各円形エミッタ層１０４の高周波動作の偏差を極力抑えることができる。
【００２９】
図１に示す本実施の形態の配置によるエミッタ構造と図８に示す従来の配置によるエミッタ構造のコレクタ層の面積を比較した。その結果、本実施の形態では約１０％低減し、小型化できた。このように円形エミッタ層１０４を最も近距離で隣接させ配置面積効率を高めることにより、不必要な単位トランジスタのセル面積削減と、それに伴うベース・コレクタ間容量低減が可能であり、その結果、利得などの高周波特性が向上した。
【００３０】
なお、図１に示す構造をユニットセルとして、複数のユニットセルを構成する場合にも同様の効果が得られる。
【００３１】
また、本実施の形態では、円形エミッタ層１０４を有するトランジスタを一例として説明しているが、他の形状として楕円型や、多角形型であっても同様の効果が得られる。しかしながら、上記配置を考えた場合、円形エミッタ構造を用いるのが最も好ましい。これは以下の理由による。
【００３２】
すなわち、円形エミッタ構造では実動作に寄与しない余分なエミッタ領域が少なく、そのためにベース・コレクタ間容量をより低減して利得などの高周波特性の面で優れている。そのため、円形エミッタ層１０４を近距離で隣接させてやれば配置面積効率をより高めることになり、不必要な単位トランジスタのセル面積削減と、それに伴うベース・コレクタ間容量低減をいっそう可能にできる。このことが円形エミッタ構造を用いるのが最も好ましい理由である。
【００３３】
本発明について、円形エミッタ層１０４の数に応じて可能な配置のパターンの例を以下の変形例にて説明する。
【００３４】
（変形例１）
円形エミッタ層１０４の数が３個の場合を図３（ａ）、（ｂ）に示す。この場合には、最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４間で円形エミッタ層１０４の中心点が、図３（ａ）に示す正三角形の頂点をなす場合と、図３（ｂ）に示す二等辺三角形の頂点をなすものがある。
【００３５】
（変形例２）
円形エミッタ層１０４の数が４個の場合を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。この場合には、最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４間で円形エミッタ層１０４の中心点が、図４（ａ）に示すほぼ正三角形の頂点をなす場合と図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すそれぞれほぼ二等辺三角形の頂点をなすものがある。
【００３６】
（変形例３）
円形エミッタ層１０４の数が５個の場合を図５に示す。この場合には、最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４間で円形エミッタ層１０４の中心点がほぼ直角二等辺三角形の頂点をなすものがある。
【００３７】
（変形例４）
円形エミッタ層１０４の数が５個より多い場合の一例を、図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４を等間隔に均一に配置することにより、上記実施の形態で述べた効果と同様の効果が得られる。
【００３８】
また、図６（ｂ）に示す配置は、単位トランジスタの中央部の最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４同士の間隔を、単位トランジスタの周辺部の最も近距離で隣接する円形エミッタ層１０４同士の間隔に比べて長く粗くに配置するものである。この中央部を粗く配置することにより単位トランジスタ内の中央部の温度上昇が抑制され、単位トランジスタ内での動作温度を均一にできるため、トランジスタの高周波特性の劣化、さらにはデバイス破壊を避けることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、バイポーラトランジスタの高性能化（低雑音化）、小型化を図ることができる。その結果、利得などの高周波特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の上面図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置のＡ−Ａ′断面図
【図３】本発明の変形例１における半導体装置の上面図
【図４】本発明の変形例２における半導体装置の上面図
【図５】本発明の変形例３における半導体装置の上面図
【図６】本発明の変形例４における半導体装置の上面図
【図７】円形トランジスタの上面図
【図８】従来の半導体装置の上面図
【図９】従来の半導体装置のＡ−Ａ′断面図
【符号の説明】
１０１　ＧａＡｓ基板
１０２　コレクタ層
１０３　ベース層
１０４　円形エミッタ層
１０５　コレクタ電極
１０６　ベース電極
１０７　エミッタ電極
【図１】
2004103759.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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