(57)【要約】【課題】  高い周波数まで利用でき、スイッチオン時の挿入損失が少なく、しかもスイッチオフ時の信号遮断性能の高い高周波スイッチおよびそれを用いた電子装置を提供する。【解決手段】  ２つの端子１３、１４間に設けられた主線路電極１２と、一端が主線路電極１２の側縁に接続されるとともに他端が接地されたショートスタブ線路電極１５と、一端が主線路電極１２の反対側の側縁に接続されるとともに他端が開放されたオープンスタブ線路電極１６と、スタブ線路電極１５および１６の幅方向に隣接して設けられたグランド電極１７とを備え、スタブ線路電極１５、１６の側縁とグランド電極１７の間の基板部分に、スタブ線路電極１５、１６およびグランド電極１７の下まで延在する半導体活性層２１を形成するとともに、半導体活性層２１上にスタブ線路電極１５、１６の長手方向に沿って伸びるゲート電極２２を設けてＦＥＴ構造を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの端子間に設けられた主線路電極と、一端が前記主線路電極の側縁に接続されるとともに他端が接地されたショートスタブ線路電極と、一端が前記主線路の前記ショートスタブ線路電極が接続された側縁に対向する側縁に接続されるとともに他端が開放されたオープンスタブ線路電極と、前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の幅方向に隣接して設けられたグランド電極とを基板上に備え、
前記オープンスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記オープンスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、
前記オープンスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記オープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする高周波スイッチ。
【請求項２】
前記オープンスタブ線路電極の一端側から他端側までの側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記オープンスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、
前記オープンスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記オープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の高周波スイッチ。
【請求項３】
前記ショートスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記ショートスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、
前記ショートスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記ショートスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高周波スイッチ。
【請求項４】
前記ショートスタブ線路電極の一端側から他端側までの側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記ショートスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、
前記ショートスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記ショートスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の高周波スイッチ。
【請求項５】
前記ゲート電極が、前記ショートスタブ線路電極側から前記オープンスタブ線路電極側まで前記主線路電極を横切って伸びて連続して形成されていることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の高周波スイッチ。
【請求項６】
前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極が、前記グランド電極とともにコプレーナウェーブガイドを形成していることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項７】
前記ショートスタブ線路電極の他端から前記オープンスタブ線路電極の他端までの長さが、当該高周波スイッチを流れる高周波信号に対して略９０°の電気長になるように形成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項８】
複数の前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って所定の間隔を空けて設けられていることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項９】
複数の前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って、当該高周波スイッチを流れる高周波信号に対して電気長で略９０°の間隔を空けて設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の高周波スイッチ。
【請求項１０】
２つの前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って所定の間隔を空けて設けられており、
前記２つのショートスタブ線路電極とその間の主線路電極においては、線路電極を跨いで両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線が設けられていないことを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項１１】
前記２つのショートスタブ線路電極おいて、各ショートスタブ線路電極の、もう１つのショートスタブ線路電極側の側縁がグランド電極と連続していることを特徴とする、請求項１０に記載の高周波スイッチ。
【請求項１２】
前記２つのショートスタブ線路電極おいて、各ショートスタブ線路電極の、もう１つのショートスタブ線路電極側とは反対側の側縁がグランド電極と連続していることを特徴とする、請求項１１に記載の高周波スイッチ。
【請求項１３】
前記２つのショートスタブ線路電極の間の領域におけるグランド電極が前記主線路電極と連続していることを特徴とする、請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項１４】
２つの前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対に対する前記主線路電極の長手方向両側に、それぞれの一端が前記主線路の互いに対向する両側縁に接続されるとともに他端が開放された２つのオープンスタブ線路電極の対が設けられていることを特徴とする、請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の高周波スイッチ。
【請求項１５】
前記２つのオープンスタブ線路電極の対において、該オープンスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記オープンスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、
前記オープンスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記オープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の高周波スイッチ。
【請求項１６】
前記２つのオープンスタブ線路電極の対において、各オープンスタブ線路電極の一端を隣接するショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対における前記主線路電極との接続点近傍に接続したことを特徴とする、請求項１４または請求項１５に記載の高周波スイッチ。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の高周波スイッチを複数備え、該複数の高周波スイッチの一端同士を、それぞれ最も近い前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の主線路電極への接続点までの当該高周波スイッチを流れる高周波信号に対する電気長が略９０°の主線路電極を介して互いに接続したことを特徴とする高周波スイッチ。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の高周波スイッチを用いたことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波スイッチおよびそれを用いた電子装置、特にミリ波帯の信号のスイッチングに用いられる高周波スイッチおよびそれを用いた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波帯の信号の切換などに用いられるスイッチとしては、一般にＰＩＮダイオードを用いたスイッチが使用されるが、ミリ波帯の中でも比較的低い周波数においてはＦＥＴを用いたスイッチが使用されることもある。その中でも、特に高周波信号の通る線路そのものをＦＥＴのドレインやソースとして利用するスイッチがあり、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４などに具体例が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、信号線路を、その幅方向に横切る複数のスリットで複数のドレイン用電極に分割するとともに、そのスリットに同じく信号線路の幅方向に伸びるソース用電極とゲート用電極（線路）を形成することによって、信号線路の一部をＦＥＴとして用いる高周波スイッチが開示されている（例えば特許文献１の図１３）。なお、各ドレイン用電極は金属配線により接続される。そして、ＦＥＴのドレイン・ソース間には、信号周波数においてＦＥＴのオフ容量と並列共振するインダクタンス素子が接続されている。
【０００４】
特許文献１においては、信号線路そのものはＦＥＴが形成されている部分も含めて直流的には常に導通状態にある。そして、ＦＥＴがオン状態になることによって、信号線路とグランド間に接続された回路のインピーダンスが小さくなってほぼ短絡状態になる。その結果、信号線路の一部が略接地状態となって高周波信号は反射され、導通が阻止される。逆にＦＥＴがオフの時には、ＦＥＴのオフ容量とインダクタンス素子との並列共振によって、信号線路とグランド間に接続された回路の高周波信号の周波数におけるインピーダンスが無限大になる。これは、高周波信号の周波数においては信号線路に何も接続されていないことを意味するので、高周波信号は導通する。このようにしてスイッチ動作がなされる。
【０００５】
特許文献２には、信号線路の一部（ドレイン電極として機能する）において、その長手方向に沿って隣接してグランド電極（ソース電極として機能する）が形成され、両者の隙間に信号線路の長手方向に沿って伸びるゲート電極が形成された高周波スイッチが開示されている（例えば特許文献１の図６）。
【０００６】
特許文献２においては、ＦＥＴがオフの時には、ドレインとして動作する信号線路の一部は単なる信号線路として動作するために、高周波信号は信号線路を導通する。一方、ＦＥＴがオンの時には、ドレインとして動作する信号線路の一部はグランド電極と接続されることになるため、信号線路の一部が実質的に接地されたことになり、高周波信号は反射され、導通が阻止される。
【０００７】
特許文献３には、特許文献１と同様のＦＥＴ構成（特許文献３の図８、並列共振用のインダクタンス素子はない）と、同様の構成でＦＥＴのドレイン、ソース、ゲートが信号線路の線路方向に伸びるように構成したもの（特許文献３の図１）が開示されている。
【０００８】
特許文献３においても、ＦＥＴのオン時に信号線路の一部が実質的に接地状態になって高周波信号を阻止するという点で、特許文献２と同様の動作が行われる。
【０００９】
そして、特許文献４には、信号線路の主線路に１／４波長のスタブを接続し、さらにスタブの先端をドレイン電極とするとともにソース電極を接地してＦＥＴを形成したもの（特許文献４の図２、図６）が開示されている。そして、ＦＥＴをオン、オフすることによってスタブを１／４波長のショートスタブあるいはオープンスタブとして動作させている。
【００１０】
特許文献４においても、ＦＥＴのオフ時にスタブが１／４波長のオープンスタブになり、信号線路の一部が高周波信号の周波数において実質的に接地状態になって高周波信号を阻止するという点で、特許文献２や３と同様の動作が行われる。
【特許文献１】特開平６−２３２６０１号公報
【特許文献２】特開平１０−４１４０４号公報
【特許文献３】特開２０００−２９４５６８号公報
【特許文献４】特開２０００−３３２５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献１においては、ＦＥＴのオン時の導通抵抗を小さくする必要があるが、そのためには信号線路の分割数を増やしてゲート電極の数を増やしてＦＥＴの総ゲート幅を大きくする必要がある。総ゲート幅を大きくすると必然的にＦＥＴのオフ容量が大きくなるために、それにしたがって並列共振のためのインダクタンス素子のインダクタンス値を小さくする必要がある。しかしながら、インダクタンス値の精度を保ったままインダクタンス素子の形状を小さくするのには限界がある。そして、信号周波数が高くなるほどインダクタンス値を小さくする必要があるため、この構成は信号周波数が高くなるほど使用しにくくなるという問題を含んでいる。
【００１２】
一方、特許文献２においては、共振現象を利用していないために上記のような信号周波数が高くなると使用しにくくなるという問題はない。しかしながら、特許文献１においては、信号線路の中のスイッチオン時に高周波信号が流れる主線路自身がＦＥＴのドレイン電極となっている。ドレイン電極は少なくとも一部が半導体活性層上に形成されるために、これは主線路の一部が半導体活性層上に形成されるということを意味する。この半導体活性層にも線路の一部として高周波信号が流れるが、半導体活性層はドレイン電極に比べると抵抗の高い導体であるために、これは主線路の抵抗が大きくなることを意味する。したがって、特許文献１のような主線路自身がＦＥＴのドレイン電極になっているスイッチにおいては、それが主線路の挿入損失を増加させる原因になるという問題もある。
【００１３】
また、ＦＥＴの単位長さあたり（単位ゲート幅あたり）のオン抵抗は、ＦＥＴの断面構造を変更することで低減することができるが、これは必ずしも容易ではない。そして、単位長さあたりのオン抵抗を変えられない場合には、ＦＥＴオン時に主線路を十分に接地させるためにはＦＥＴのゲート幅を大きくする必要がある。ＦＥＴのゲート幅を大きくするということは信号線路の長手方向にゲート電極を伸ばすということを意味し、これは同時にドレイン電極が長くなることを意味する。これはスイッチが主線路の長手方向に大型化することを意味する。そして、ドレイン電極は半導体活性層上に形成された高周波信号が流れる主線路でもあるため、上述したような主線路の挿入損失を増加させる傾向をさらに強めることになる。
【００１４】
次に、特許文献３は、特許文献１と基本的な構成は同じであり、同様の問題を有している。
【００１５】
最後に、特許文献４においては、高周波信号の流れる主線路はドレイン電極にはなっていないので、スイッチオン時の挿入損失が増えるという問題はない。しかしながら、スタブの端部を十分に低い抵抗値で接地させるためにはＦＥＴのゲート幅を長くする必要がある。そして、ＦＥＴのゲート幅を長くすると、ＦＥＴのオフ時におけるドレイン・ソース間の容量が増える。これは、ＦＥＴのオフ時にオープンスタブの先端とグランドとの間に大きな容量が存在することを意味する。オープンスタブの先端に大きな容量が存在すると、オープンスタブの共振周波数は低下するため、ショートスタブのときの共振周波数とは異なるものになる可能性が高い。オープンスタブとショートスタブの共振周波数を同じにできないということはスイッチとして正常に機能しないということを意味し、大きな問題となる。
【００１６】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、高い周波数まで利用でき、スイッチオン時の挿入損失が少なく、しかもスイッチオフ時の信号遮断性能の高い高周波スイッチおよびそれを用いた電子装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の高周波スイッチは、２つの端子間に設けられた主線路電極と、一端が前記主線路電極の側縁に接続されるとともに他端が接地されたショートスタブ線路電極と、一端が前記主線路の前記ショートスタブ線路電極が接続された側縁に対向する側縁に接続されるとともに他端が開放されたオープンスタブ線路電極と、前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の幅方向に隣接して設けられたグランド電極とを基板上に備え、前記オープンスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記オープンスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、前記オープンスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記オープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
さらには、前記オープンスタブ線路電極の一端側から他端側までの側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記オープンスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、前記オープンスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記オープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記ショートスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記ショートスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、前記ショートスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記ショートスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
さらには、前記ショートスタブ線路電極の一端側から他端側までの側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記ショートスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、前記ショートスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記ショートスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記ゲート電極が、前記ショートスタブ線路電極側から前記オープンスタブ線路電極側まで前記主線路電極を横切って伸びて連続して形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極が、前記グランド電極とともにコプレーナウェーブガイドを形成していることを特徴とする。
【００２３】
そして、前記ショートスタブ線路電極の他端から前記オープンスタブ線路電極の他端までの長さが、当該高周波スイッチを流れる高周波信号に対して略９０°の電気長になるように形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、複数の前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って所定の間隔を空けて設けられていることを特徴とする。さらには、複数の前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って、当該高周波スイッチを流れる高周波信号に対して電気長で略９０°の間隔を空けて設けられていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の高周波スイッチは、２つの前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って所定の間隔を空けて設けられており、前記２つのショートスタブ線路電極とその間の主線路電極においては、線路電極を跨いで両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線が設けられていないことを特徴とする。また、前記２つのショートスタブ線路電極おいて、各ショートスタブ線路電極の、もう１つのショートスタブ線路電極側の側縁がグランド電極と連続していることを特徴とする。さらには、前記２つのショートスタブ線路電極おいて、各ショートスタブ線路電極の、もう１つのショートスタブ線路電極側とは反対側の側縁がグランド電極と連続していることを特徴とする。
【００２６】
そして、前記２つのショートスタブ線路電極の間の領域におけるグランド電極が前記主線路電極と連続していることを特徴とする。あるいは、２つの前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対に対する前記主線路電極の長手方向両側に、それぞれの一端が前記主線路の互いに対向する両側縁に接続されるとともに他端が開放された２つのオープンスタブ線路電極の対が設けられていることを特徴とする。さらには、前記２つのオープンスタブ線路電極の対において、該オープンスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁と前記グランド電極の間の前記基板部分に、前記オープンスタブ線路電極の下および前記グランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、前記オープンスタブ線路電極と前記グランド電極の間の前記半導体活性層上に前記オープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
また、前記２つのオープンスタブ線路電極の対において、各オープンスタブ線路電極の一端を隣接するショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対における前記主線路電極との接続点近傍に接続したことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の高周波スイッチは、上記の高周波スイッチを複数備え、該複数の高周波スイッチの一端同士を、それぞれ最も近い前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の主線路電極への接続点までの当該高周波スイッチを流れる高周波信号に対する電気長が略９０°の主線路電極を介して互いに接続したことを特徴とする。
【００２９】
そして、本発明の電子装置は、上記の高周波スイッチを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の高周波スイッチにおいては、２つの端子間に設けられた主線路電極と、一端が主線路電極の側縁に接続されるとともに他端が接地されたショートスタブ線路電極と、一端が主線路のショートスタブ線路電極が接続された側縁に対向する側縁に接続されるとともに他端が開放されたオープンスタブ線路電極と、ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の幅方向に隣接して設けられたグランド電極とを基板上に備え、ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の少なくとも一端側の側縁とグランド電極の間の基板部分に、ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の下およびグランド電極の下まで延在する半導体活性層が形成されるとともに、ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極とグランド電極の間の半導体活性層上にショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の長手方向に沿って伸びるゲート電極が設けられることによってＦＥＴ構造が形成される。
【００３１】
そして、このＦＥＴをオンすることによって主線路電極の一部を接地して主線路電極を流れる高周波信号を遮断し、ＦＥＴをオフすることによって主線路電極に流れる高周波信号を導通させるスイッチとして動作させることができる。
【００３２】
しかも、本発明の高周波スイッチにおいては、主線路電極をＦＥＴの一部にしていないために、スイッチオン時の挿入損失を低くすることができる。また、周波数特性のない接地状態が実現されるため、スイッチオフ時に安定して高周波信号を遮断することができる。その結果、高いアイソレーション特性を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の高周波スイッチにおいては、２つの前記ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対が前記主線路電極の長手方向に沿って所定の間隔を空けて設けられており、前記２つのショートスタブ線路電極とその間の主線路電極においては、線路電極を跨いで両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線が設けられていないように構成することによって、スタブ線路電極をさらに短くして高周波スイッチ全体の小型化を図ることができる。
【００３４】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の高周波スイッチを用いることによって、低消費電流化と誤動作の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１に、本発明の高周波スイッチの一実施例の平面図を示す。また図２に、図１のＡ−Ａ断面拡大図を示す。
【００３６】
図１において、高周波スイッチ１０は、半導体基板１１上に形成されたコプレーナウェーブガイドからなる主線路１８とショートスタブ１９とオープンスタブ２０を有する。主線路１８は主線路電極１２およびその幅方向両側に形成されたグランド電極１７からなり、一端および他端はそれぞれ端子１３および１４に接続されている。ショートスタブ１９は、ショートスタブ線路電極１５およびその幅方向両側に形成されたグランド電極１７からなり、ショートスタブ線路電極１５の一端が主線路１８の主線路電極１２の側縁に接続され、他端がグランド電極１７に接続されている。また、オープンスタブ２０は、オープンスタブ線路電極１６およびその幅方向両側に形成されたグランド電極１７からなり、オープンスタブ線路電極１６の一端が主線路１８の主線路電極１２の側縁に接続され、他端が開放されている。そして、ショートスタブ線路電極１５の一端が接続された主線路電極１２の側縁とオープンスタブ線路電極１６の一端が接続された主線路電極１２の側縁は互いに対向する位置関係となっている。したがって、ショートスタブ１９とオープンスタブ２０も主線路１８を介して互いに対向して配置されていることになる。
【００３７】
一般にコプレーナウェーブガイドにおいては線路電極を挟んで両側のグランド電極で位相のずれが生じ、それが損失につながる場合がある。特にコプレーナウェーブガイドの分岐点、図１であれば主線路１８とショートスタブ１９、オープンスタブ２０との接続点では、線路電極を挟んで両側のグランド電極で位相のずれが生じ、それが損失につながる場合がある。そこで、図１の高周波スイッチ１０においては、４つの分岐点の全てにおいて線路電極を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線８０を設けている。クロスオーバー配線８０はグランド電極１７における線路電極近傍位置同士を線路電極を挟んで設けられた、例えばワイヤーからなる。なお、このクロスオーバー配線８０はコプレーナウェーブガイドの分岐点にのみ設けるものではなく、必要に応じて分岐点以外の部分に設けても構わない。また、このクロスオーバー配線８０は設けられていることが望ましいものの必須ではなく、例えば主線路電極１２を跨ぐものだけでもよく、スタブ線路電極を跨ぐものだけでもよく、４つの内の１つまたは３つでもよく、あるいは全くなくても構わない場合もある。また、クロスオーバー配線の具体的な構造としてはワイヤーに限られるものではなく、線路電極の上を跨ぐブリッジ構造の配線や線路電極の下を潜る配線などの他の構造であっても構わない。さらには、その幅も限定されるものではない。ただし、クロスオーバー配線としては幅が広いほど本来の機能を果たすようになり好ましい。
【００３８】
ショートスタブ線路電極１５の他端（接地端）からオープンスタブ線路電極１６の他端（開放端）までの長さは、高周波スイッチ１０を流れる高周波信号に対して略９０°の電気長になるように設定されている。その上で、高周波スイッチ１０においては、ショートスタブ線路電極１５側の長さが略６０°の電気長に、オープンスタブ線路電極１６側の長さが略３０°の電気長になるように設定されている。なお、ここでは主線路電極１２の幅の部分についてはショートスタブ線路電極１５とオープンスタブ線路電極１６の長さにそれぞれ半分ずつ含めている。
【００３９】
半導体基板１１には、ショートスタブ線路電極１５の全長に渡ってショートスタブ線路電極１５とグランド電極１７の間において半導体活性層２１が形成されている。半導体活性層２１はショートスタブ線路電極１５やグランド電極１７の下まで延在している。同様に、オープンスタブ線路電極１６の全長に渡ってオープンスタブ線路電極１６とグランド電極１７の間において半導体活性層２１が形成されている。半導体活性層２１はオープンスタブ線路電極１６やグランド電極１７の下まで延在している。なお、半導体基板１１の半導体活性層２１が形成されている部分以外は実質的に絶縁体となっている。
【００４０】
ショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６とグランド電極１７の間において、少なくとも半導体活性層２１上にはショートスタブ線路電極１５やオープンスタブ線路電極１６の長手方向に沿って伸びるゲート電極２２が形成されている。ゲート電極２２は、主線路電極１２を横切って、ショートスタブ１９側からオープンスタブ２０側まで連続して伸びて形成されている。ゲート電極２２はオープンスタブ線路電極１６の他端側からゲート電圧入力端子２３に接続されている。ゲート電圧入力端子２３からゲート電極２２に達するまでの配線にグランド電極１７と重なる部分があるが、この領域においては両者は間に絶縁層を介するなどして絶縁されているものとする。また、主線路電極１２を横切って伸びている部分においても両者は互いに絶縁されているものとする。ゲート電極２２は、図１においては線で表記されているが、実際には図２に示すようにある程度の幅を持った電極である。
【００４１】
なお、図１および図２においては、主線路電極１２は全て半導体基板１１上に直接形成されているが、半導体基板１１の非活性部分は必ずしも十分な絶縁体とは限らないので、不要なリークを防止するために主線路電極１２と半導体基板１１との間に絶縁膜を設けることが望ましい。
【００４２】
図２のＡ−Ａ断面拡大図に示すように、半導体活性層２１の形成された領域においては、ゲート電極２２を挟んで両側に電極が形成されていることから、全体としてＦＥＴ構造、より正確にはノーマリーオン型のＦＥＴ構造となっていることがわかる。その際、ショートスタブ線路電極１５やオープンスタブ線路電極１６をドレインとすればグランド電極１７がソースになる。もちろん逆でも構わない。なお、ゲート電極２２と半導体活性層２１との接続はショットキ接続にしておき、ショートスタブ線路電極１５やオープンスタブ線路電極１６やグランド電極１７と半導体活性層２１との接続はオーミック接続にしておく必要がある。そして、ゲート電極２２の下の半導体活性層２１中には空乏層２４が形成される。
【００４３】
このように構成された高周波スイッチ１０において、ドレイン（ショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６）とソース（グランド電極１７）の直流電位をそれぞれ例えば０Ｖにしておき、さらにゲート電極２２の直流電位を０Ｖに設定すると、ゲートがドレインおよびソースに対してバイアスされない状態になって空乏層２４が小さくなるためにＦＥＴ構造のドレインとソースは半導体活性層２１を介してショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６の長手方向全体に渡ってほぼ短絡される。
【００４４】
この状態における高周波スイッチ１０の等価回路を図３に示す。図３において、Ｒｓｔはショートスタブ線路電極１５またはオープンスタブ線路電極１６の単位長さあたりの抵抗成分であり、Ｒｏｎはショートスタブ線路電極１５またはオープンスタブ線路電極１６の単位長さあたりのＦＥＴ部分のオン抵抗である。なお、実際にはＲｓｔに直列にショートスタブ線路電極１５またはオープンスタブ線路電極１６の単位長さあたりのインダクタンス成分も存在するが、かなり小さなものであるためここでは省略している。ＲｓｔやＲｏｎは小さい値であり、しかも直列及び並列に多数のＲｓｔやＲｏｎを有するため、高周波スイッチ１０は等価的には図４に示すように、主線路電極１２がショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６と接続された互いに対向する両側の側縁で実質的にグランド電極１７と短絡されたものとなる。すなわち、主線路１８が、その途中で接地された状態になる。
【００４５】
この状態においては、高周波スイッチ１０を流れる高周波信号は、この接地点でほぼ全反射され一端から他端へ伝搬されなくなる。すなわち、端子１３と１４の間はオフ状態になる。
【００４６】
一方、ドレインとソースの直流電位をそれぞれ例えば０Ｖにしておき、さらにゲート電極２２の直流電位を例えば−３Ｖに設定すると、ゲートがドレインおよびソースに対して逆バイアス状態になるために空乏層２４が大きくなって半導体活性層２１が分断され、ドレインとソースは遮断される。
【００４７】
この状態における高周波スイッチ１０の等価回路を図５に示す。このうち、（ａ）は分布定数的に表現したもので、（ｂ）は信号周波数における状態を集中定数的に表現したものである。ＦＥＴ部分が遮断されるために、高周波スイッチ１０は主線路電極１２に単にショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６が接続されただけのものになる。そして、ショートスタブ線路電極１５の他端からオープンスタブ線路電極１６の他端までの長さは、高周波スイッチ１０を流れる高周波信号に対して略９０°の電気長になるように形成されているため、ショートスタブ１９とオープンスタブ２０が一体となって高周波信号の周波数における共振回路が形成され、主線路１８におけるショートスタブ１９およびオープンスタブ２０と接続されている部分は実質的に何も接続されていない場合と同じになる。そのため、高周波スイッチ１０は信号周波数においては等価的には図６に示すように主線路１８のみからなるものとなる。
【００４８】
この状態においては、高周波スイッチ１０を流れる高周波信号は自由に伝搬できる。すなわち、端子１３と１４の間はオン状態になる。
【００４９】
このように、高周波スイッチ１０においては、ゲート電極２２に印加する直流電圧によって端子１３と端子１４の間でスイッチ動作をさせることができる。
【００５０】
ここで、図７に高周波スイッチ１０のオン時（ＦＥＴはオフ）およびオフ時（ＦＥＴはオン）における通過特性Ｓ２１および反射特性Ｓ１１を示す。図７において、実線が高周波スイッチ１０がオンの時（ＦＥＴはオフ）の特性で、破線がオフの時（ＦＥＴはオン）の特性である。なお、図中のオン、オフは高周波スイッチのオン、オフを示しており、ＦＥＴのオン、オフを示すものではない。
【００５１】
図７よりわかるように、高周波スイッチ１０がオンの時には、高周波信号の周波数である７６ＧＨｚにおいて通過特性Ｓ２１は非常に小さくなり、反射特性Ｓ１１は約−３５ｄＢとなって、十分な信号通過特性が得られている。一方、高周波スイッチ１０がオフの時には、７６ＧＨｚにおいて通過特性Ｓ２１が約−８ｄＢ、反射特性Ｓ１１が約−４ｄＢとなって、十分ではないもののほぼ満足できるな信号遮断特性が得られている。
【００５２】
このように構成された高周波スイッチ１０においては、ＦＥＴの一部として利用されているのはショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６だけで、主に高周波信号の流れる主線路電極１２はＦＥＴの一部にはなっていない。そのため、スイッチオン時に高周波信号が半導体活性層からなる抵抗の高い導体をメインに流れるために主線路の挿入損失が増加するという特許文献１ないし３のような問題は発生しない。
【００５３】
また、ショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６は主線路電極１２に対して直交する方向に伸びるため、スイッチが主線路の長手方向に大型化するという特許文献２のような問題も発生しない。
【００５４】
また、ショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６はＦＥＴがオフの時にはショートスタブやオープンスタブとして機能するがＦＥＴがオンの時にはショートスタブやオープンスタブとしては機能しない。すなわち、ＦＥＴがオンの時に主線路電極１２の一部が接地されるのは、共振を利用するものではない。そのため、ショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６の長さはＦＥＴがオフの時に他端から他端までの長さが９０°の電気長を有するように設定すればよく、ＦＥＴがオンの時のことは考慮する必要はない。したがって、特許文献４のような問題も発生しない。
【００５５】
また、主線路電極１２の一部の接地に共振を利用しないということは、接地状態が特定の信号周波数でのみ有効であるというような周波数特性を有していないということを意味する。そのため、ＦＥＴがオンになって高周波スイッチ１０がオフになるときには、広い周波数範囲でオフ状態が維持されることになる。特許文献４の場合にはスイッチオフの時に共振によって主線路電極の一部を接地していることよりわかるように特定の周波数に限定して高周波スイッチとして動作するので、この点においても本発明の高周波スイッチ１０は優れた性能を備えている。すなわち、広い周波数範囲で高いアイソレーション特性が得られる。なお、ここでのアイソレーション特性とは、スイッチオフ時のＳ２１を意味し、これがデシベル表示で大きいほど（絶対値で小さいほど）アイソレーション特性が優れているとみなす。
【００５６】
なお、高周波スイッチがオンの時に関しては、本発明も特許文献４もともにスタブの共振を利用しているため、性能的な差はない。
【００５７】
ここで、ショートスタブとオープンスタブを主線路に対して対向させて配置する本発明の構成の特徴について、他の構成との比較に基づいて説明する。
【００５８】
ＦＥＴオン時に主線路の一部を接地し、ＦＥＴオフ時に主線路にスタブが接続された状態にするという本発明の基本的な考え方に基づけば、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すような構成も考えられる。図８は構成の特徴部分を簡略化して示した図で、グランド電極を省略し、ゲート電極についてはスタブの側縁に形成されている部分のみを示している。まず、図８（ａ）の高周波スイッチ２５は、主線路１８に接続されるスタブを１つのショートスタブ２６のみにし、しかもショートスタブ２６の全長を高周波信号に対して電気長が９０°になる長さに設定したものである。また、図８（ｂ）の高周波スイッチ２７は、主線路１８に接続されるスタブを互いに対向する２つのショートスタブ２８、２９にし、しかもショートスタブ２８、２９の全長をそれぞれ高周波信号に対して電気長が９０°になる長さに設定したものである。なお、図８（ｃ）は比較のために本発明の高周波スイッチ１０を同じく簡略化して示したものである。
【００５９】
まず、図９に、各高周波スイッチ２５、２７、１０におけるスイッチオフ時（ＦＥＴはオン）の通過特性Ｓ２１を示す。スイッチオフ時なのでＳ２１はｄＢ表示の絶対値で大きいほど良い（アイソレーションが良いと表現する）。図９より、高周波スイッチ２７と１０がほぼ同じで、高周波スイッチ２５はそれより少し悪くなっていることが分かる。これは、主線路１８に対するスタブによる接地点が２カ所か１カ所かの違いで、当然ながら接地箇所が多いほど安定な接地状態が得られ、アイソレーションが良くなる。したがって、高周波スイッチ１０はアイソレーションの面において高周波スイッチ２５に勝っている。
【００６０】
また、図１０に、各高周波スイッチ２５、２７、１０におけるスイッチオン時（ＦＥＴはオフ）の通過特性Ｓ２１を示す。スイッチオン時なのでＳ２１はｄＢ表示の絶対値で小さいほど良い（挿入損失が少ないと表現する）。図１０より、高周波スイッチ２５と１０がほぼ同じで、高周波スイッチ２７はそれより悪くなっていることが分かる。これは、主線路に接続されているスタブの伝送線路としての損失の違いによる。たとえ信号周波数において共振していて実質的に接続されていないように見えるとは言え、実際にはスタブの線路電極にも高周波信号は流れているためにそこでも損失が生じる。この損失は線路電極の長さに依存して大きくなる。そのため、スタブの線路電極の長さが短い高周波スイッチ２５の方が高周波スイッチ２７より挿入損失が少なくなる。そして、本発明の高周波スイッチ１０においてはスタブの線路電極の長さが高周波スイッチ２５とほぼ同じであるため、挿入損失もほぼ同じになる。したがって、高周波スイッチ１０は挿入損失の面において高周波スイッチ２７に勝っている。
【００６１】
また、図１１に、各高周波スイッチ２５、２７、１０におけるスイッチオン時（ＦＥＴはオフ）の反射特性Ｓ１１を示す。スイッチオン時なので信号周波数におけるＳ１１はｄＢ表示の絶対値で大きい方が良く（但し、一定以上あれば十分で必ずしも大きい程良いということはない）、しかもＳ１１が大きい周波数範囲（帯域）が広いほどよい。図１０より、高周波スイッチ２５が最も広帯域で高周波スイッチ２７が最も狭帯域で高周波スイッチ１０がその間に位置していることが分かる。高周波スイッチ２５と２７の差は主としてスタブの数の違い（共振回路の段数の違い）にあると考えられ、本発明の高周波スイッチ１０は高周波スイッチ２５に比べれば狭いが高周波スイッチ２７よりは広帯域にすることができる。なお、本発明の高周波スイッチ１０の帯域幅が高周波スイッチ２７より広いのは、後述のように別の理由による。
【００６２】
そして、２つの高周波スイッチの構成上の違いから明らかなように、高周波スイッチ２５と２７ではスイッチ部分の幅が約２倍異なる。そのため、高周波スイッチ２５の方が高周波スイッチ２７より小型化にむいている。この点に関し、本発明の高周波スイッチ１０はほぼ高周波スイッチ２５と同じ幅となっている。そのため、専有面積の面で見れば高周波スイッチ１０は高周波スイッチ２７に勝っている。
【００６３】
以上を総合すると、本発明の高周波スイッチ１０は、高周波スイッチ２５と同程度の挿入損失や専有面積の小ささが実現でき、高周波スイッチ２５に近い広帯域特性が得られ、しかも高周波スイッチ２７なみのアイソレーション特性が得られることが分かる。
【００６４】
次に、本発明の高周波スイッチ１０におけるショートスタブ線路電極１５とオープンスタブ線路電極１６のそれぞれの長さと高周波スイッチの電気特性との関係について検討する。図１２（ａ）、（ｂ）に、ショートスタブ線路電極１５の電気長を９０°（すなわち前述の高周波スイッチ２５と同じ構成）、６０°、３０°、５°、１°としたとき（オープンスタブ線路電極の電気長はそれぞれ０°、３０°、６０°、８５°、８９°となる）のスイッチオン（ＦＥＴはオフ）時の通過特性Ｓ２１および反射特性Ｓ１１のシミュレーション結果をそれぞれ示す。図１２より分かるように、通過特性、反射特性ともに、ショートスタブ線路電極１５の電気長が長いほど広帯域になり、短くなるにしたがって狭帯域になる。現実にはスタブ線路電極の損失のためにそれぞれこれよりも少しは広帯域になると思われるが、実際に使う上ではショートスタブ線路電極１５の電気長は１０°以上にする必要がある。
【００６５】
一方で、オープンスタブ線路電極１６についても、短すぎるとＦＥＴオン時に十分な接地の機能を果たすことができなくなる可能性があり、ある程度の長さは必須となる。使われる信号周波数や線路電極やスタブ電極のサイズ、材料の誘電率など様々な要因でオープンスタブ線路電極１６に最低限必要な長さは変化するが、実際に使う上ではオープンスタブ線路電極１６の電気長も１０°以上にする必要がある。この場合、ショートスタブ線路電極１５の電気長は８０°以下ということになる。そして、その中でも現実的な性能を得るためには、ショートスタブ線路電極１５の電気長は３０°から６０°程度が望ましい。
【００６６】
なお、図１に示した高周波スイッチ１０においては、ゲート電極２２は、主線路電極１２を横切って、ショートスタブ１９側からオープンスタブ２０側まで連続して伸びて形成されているが、図１３に示す高周波スイッチ１０ａのように、主線路電極１２を横切らず、両側にゲート電極を引き出す構成でも構わない。この場合、オープンスタブ線路電極１６の両側で長手方向に沿って伸びるゲート電極２２は、ゲート電圧入力端子２３に接続されている。また、ショートスタブ線路電極１９の両側で長手方向に沿って伸びるゲート電極２２ａは、ゲート電圧入力端子２３ａに接続されている。このように構成された高周波スイッチにおいても、高周波スイッチ１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
ところで、図１に示した高周波スイッチ１０において、ＦＥＴがオンの時に主線路電極１２をショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６の接続された位置で実質的に接地するためには、ショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６の一端から他端にかけての全体にＦＥＴが形成されている必要はない。少なくともショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６の一端側、すなわち主線路電極１２と接続されている側がある程度の長さに渡ってＦＥＴになっていて、ＦＥＴオン時に主線路電極１２の一部を十分に低い抵抗値で接地できれば十分である。
【００６８】
そこで、この点を考慮したものとして、図１４に、本発明の高周波スイッチの別の実施例の平面図を示す。図１４において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
図１４に示した高周波スイッチ３０は、高周波スイッチ１０におけるショートスタブ１９側における半導体活性層２１の大きさを、ショートスタブ線路電極１５の一端側の約半分に限定し、ゲート電極２２の長さも半導体活性層２１からはみ出したところまでとしている。なお、線路電極を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線については記載を省略している。
【００７０】
このように構成された高周波スイッチ３０においても、ＦＥＴ構造になっている部分は高周波スイッチ１０の場合と同じように動作する。そこで、ＦＥＴをオンにしたときの高周波スイッチ３０の等価回路を図１５に示す。図１５において、図３と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付している。
【００７１】
図１５において、ショートスタブ線路電極１５のうちのＦＥＴの一部になっていない部分は線路電極１５’として残っているが、主線路電極１２と接続されている一端側は高周波スイッチ１０の場合と同様に多数のＲｓｔやＲｏｎを介してグランド電極１６と接続された状態になっている。したがって、高周波スイッチ３０は高周波スイッチ１０と同様に等価的には主線路電極１２がショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６と接続される側縁で実質的にグランド電極１７と短絡されたものとなる。すなわち、主線路１８が、その途中で接地された状態になる。
【００７２】
そして、この状態においては、高周波スイッチ３０を流れる高周波信号は、この接地点でほぼ全反射され一端から他端へ伝搬されなくなる。すなわち、端子１３と１４の間はオフ状態になる。
【００７３】
一方、ＦＥＴがオフの時には、ＦＥＴ部分が遮断されるために、高周波スイッチ３０は主線路電極１２に単にショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６が接続されただけのものになり、高周波スイッチ１０の場合と同じ動作になる。
【００７４】
なお、ゲート電極の長さ（ゲート幅）は、ショートスタブ線路電極１５の一端側においてＦＥＴオン時にグランド電極１７との十分な短絡状態を実現できる長さであればよい。したがって、高周波スイッチ３０のようなスタブ線路電極の長さの約半分に限定されるものではなく、半分以下でも半分以上でも構わない。
【００７５】
また、ＦＥＴオフ時には、ドレインとソース間にはオフ容量が分布的に存在する。そのため、ショートスタブ線路電極１５とグランド電極１７の間の分布容量は、半導体活性層２１の存在する部分と存在しない部分で異なる。また、ショートスタブ線路電極１５の分布的なインダクタンス成分も半導体活性層２１上に位置するかどうかで厳密には異なる。そのため、高周波スイッチ３０のショートスタブ１９においては場所によって特性インピーダンスが異なることも考えられる。したがって、ショートスタブ線路電極１５の長さや幅はこのようなショートスタブ１９の特性インピーダンスの部分的な変化も考慮して決定する必要がある。
【００７６】
実際問題として、この場合のショートスタブは、ショートスタブ線路電極の全長だけでなく、ＦＥＴ部分とそうでない部分とでショートスタブ線路電極の幅を変えたり、グランド電極との間隔を変えたりして電気長を調整することも十分に考えられる。
【００７７】
ところで、高周波スイッチ３０においては、高周波スイッチ１０に比べてゲート電極の長さであるゲート幅が短い。そのため、ＦＥＴ部分のドレイン・ソース間に形成されるオフ容量も小さくなる。このオフ容量は高周波スイッチ１０や３０のスイッチング動作の速さを決める時定数に関係する。すなわち、オフ容量が小さいほど時定数が小さくなりスイッチング動作が速くなる。したがって、高周波スイッチ３０は高周波スイッチ１０に比べて高速なスイッチング動作に対応できるというすぐれたメリットを備えている。
【００７８】
また、一般的にゲート電極は直線状に形成されるのが普通で、ゲート電極を折り曲げて形成するのは必ずしも容易ではない。そのため、高周波スイッチ１０においてはショートスタブ線路電極１５は直線状に形成せざるを得ない。この場合、高周波スイッチの小型化が難しくなる可能性がある。
【００７９】
これに対して高周波スイッチ３０においては、ゲート電極２２はショートスタブ線路電極１５の一端側のみに沿って形成されていればよい。そのため、図１６に概略図で示すように、ショートスタブ線路電極１５におけるゲート電極２２の形成されていない他端側を折り曲げることが可能になる。そして、これによって高周波スイッチの小型化が可能になる。
【００８０】
このように、高周波スイッチ３０においては、高周波スイッチ１０と比較して、より高速なスイッチング動作ができ、またスタブを折り曲げることができるためにさらなる小型化を図ることができるというメリットを備えている。
【００８１】
なお、高周波スイッチ１０や高周波スイッチ３０においては、ショートスタブ線路電極やオープンスタブ線路電極の両側にＦＥＴ構造を形成しているが、片側のみに形成しても構わない。この場合はＦＥＴオン時の抵抗値が少し大きくなるが、この点を除けば上述の実施例とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
【００８２】
また、高周波スイッチ１０や高周波スイッチ３０においては、主線路やショートスタブやオープンスタブが対称形のコプレーナウェーブガイドであるとして、各スタブにおいては対称形のコプレーナウェーブガイドのためのグランド電極をＦＥＴのソース電極として利用していた。しかしながら、主線路や各スタブは対称形のコプレーナウェーブガイドに限られるものではなく、例えばグランド電極が片側にしかない非対称型のコプレーナウェーブガイドでもよい。あるいは、マイクロストリップ線路などの線路電極に沿ったグランド電極を備えていない他の伝送線路であっても構わない。但し、その場合には各スタブ線路電極に隣接してグランド電極を別途設ける必要がある。また、それと同時に、隣接して形成されるグランド電極によってスタブの特性インピーダンスが理想的なマイクロストリップ線路の場合に比べて変化するため、スタブ線路電極の長さを決める際には、その点を考慮する必要がある。但し、これらの点を除けば、高周波スイッチとしては上述の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００８３】
また、高周波スイッチ１０や高周波スイッチ３０においては、ゲート電極２２が、ショートスタブ線路電極１５側からオープンスタブ線路電極１６側まで主線路電極１２を横切って伸びて連続して形成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、同時に制御される限りにおいてゲート電極はショートスタブ線路電極側とオープンスタブ線路電極側で分離して形成されていても構わないものである。
【００８４】
また、高周波スイッチ１０や高周波スイッチ３０においては、ＦＥＴ構造がノーマリーオン型であるとしてきたが、ノーマリーオフ型のＦＥＴ構造であっても構わない。この場合もＦＥＴ構造に対する電圧の与え方に違いが生じる以外は高周波スイッチ１０や高周波スイッチ３０と何ら変わるところはない。
【００８５】
以下、上述のＦＥＴ構造が形成されたスタブを利用した高周波スイッチの他の実施例について説明する。なお、以下の実施例においては、高周波スイッチ３０におけるスタブ構造を採用するが、もちろん高周波スイッチ１０におけるスタブ構造でも構わないものである。
【００８６】
まず、図１７に、本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例の概略図を示す。図１７は特徴部分のみを示すために簡略化した図で、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００８７】
図１７に示すように、高周波スイッチ４０においては、２組のショートスタブおよびオープンスタブの対４１、４２が、主線路電極１２の長手方向に電気長で９０°離れた位置に接続して設けられている。各ショートスタブおよびオープンスタブの対４１、４２は、いずれも高周波スイッチ３０におけるショートスタブ１９およびオープンスタブ２０と同様のＦＥＴ構造が形成されたショートスタブおよびオープンスタブの対であり、同様の機能を果たす。なお、各スタブにおける線路電極の両側の線はゲート線路を意味している。また、グランド電極やゲート電圧入力端子については記載を省略している。
【００８８】
このように構成された高周波スイッチ４０において、高周波スイッチ４０のオン・オフに対応して２つのショートスタブおよびオープンスタブの対のＦＥＴを同時にオフ・オンさせることによって、高周波スイッチオフ時に主線路電極１２の互いに対向する側縁をその途中の互いに電気長で９０°離れた２カ所で接地した状態にすることができる。このように主線路電極１２の長手方向に離れた２カ所を接地することによって、各ショートスタブおよびオープンスタブの対による接地では必ずしも十分ではないような場合でも、より完全に高周波信号を反射させて高周波スイッチ４０を遮断させることができる。しかも、２つのショートスタブおよびオープンスタブの対が主線路電極１２の長手方向に電気長で９０°離れた位置に接続して設けられているため、一方のスタブの対から見た他方のスタブの対のインピーダンスは無限大となり、実質的には見えなくなるため、一方のスタブの対での反射信号が他方のスタブの対の特性、特に接地状態に悪影響を与えることがない。
【００８９】
このように、高周波スイッチ４０においては、スイッチオフ時の遮断特性を高周波スイッチ３０よりもさらに向上させることができる。
【００９０】
なお、高周波スイッチ４０においてはＦＥＴ構造が形成されたショートスタブとオープンスタブの対を２つ用いているが、各スタブの対が主線路電極１２の長手方向に電気長で９０°ずつ離れた位置に接続して設けられるのであれば、スタブの対の数は３つ以上でも構わないものである。
【００９１】
ところで、高周波スイッチ４０においては、相互の影響を避けるために２つのスタブを主線路電極１２の長手方向に電気長で９０°離れた位置に接続して設けるとしたが、各スタブをさらに近接して設けたものも考えられる。
【００９２】
そこで、図１８に、本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例の概略図を示す。図１８も特徴部分のみを示すために簡略化した図で、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００９３】
図１８に示した高周波スイッチ５０において、５１、５２、５３、５４はいずれも高周波スイッチ３０におけるショートスタブ１９およびオープンスタブ２０と同様のＦＥＴ構造が形成されたショートスタブおよびオープンスタブの対を意味している。各スタブにおける線路電極の両側の線はゲート線路を意味している。なお、グランド電極やゲート電圧入力端子については記載を省略している。
【００９４】
図１７に示すように、高周波スイッチ５０においては、４つのショートスタブおよびオープンスタブの対５１、５２、５３、５４が、主線路電極１２の長手方向に電気長で１６°離れた位置に接続して設けられている。このように構成された高周波スイッチ５０において、ショートスタブおよびオープンスタブの対５１、５２、５３、５４は、それぞれ高周波スイッチ３０におけるショートスタブ１９およびオープンスタブ２０の対と同じ機能を果たす。
【００９５】
高周波スイッチ５０においても、そのオン・オフに対応して４つのスタブの対のＦＥＴを同時にオフ・オンさせることによって、高周波スイッチオフ時に主線路電極１２をその途中の４カ所で接地した状態にすることができる。このように４カ所を接地することによって、２カ所の場合よりもさらに接地状態を十分なものにして、より完全に高周波信号を反射させて高周波スイッチ５０を遮断させることができる。
【００９６】
なお、高周波スイッチ５０においては、主線路電極１２の長手方向に関する各スタブの対の間隔が１６°となっている。そのため、各スタブの対が相互に見えなくなって相互の悪影響を避けられるというメリットはない。しかしながら、逆に、ＦＥＴオフ（スイッチオン）時における反射特性において周波数帯域が広がって他の周波数でも整合が取れるようになるというメリットがある。また、スタブの対の間隔が短いために高周波スイッチの長手方向のサイズを小さくすることができる。さらに、主線路の長さが短くなるためにスイッチオン時の挿入損失の低減を図ることができる。
【００９７】
また、スタブの対の数が多いために、ＦＥＴオン時における、各スタブ間での高周波信号の反射と各スタブの対の接地抵抗とによって、各スタブの対における電力消費が増えてスイッチオフ時の挿入損失が大きくなるというメリットがある。
【００９８】
このように、高周波スイッチ５０においては、オフ時の遮断特性を高周波スイッチ４０よりもさらに向上させることができる。
【００９９】
なお、高周波スイッチ６０においては、スタブ間の間隔を１６°としているが、これは１つの例であって、必要に応じて自由に設定して構わない。また、スタブの数についても２つ以上であれば自由に設定して構わない。
【０１００】
ところで、上述の図１７に示した高周波スイッチにおいては、２組のショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対を主線路電極の長手方向に離れた位置に接続して構成しており、各ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対の構成については、図１に示した基本構成を前提としている。すなわち、特に記載はしていないが、コプレーナ線路を前提とする場合には、基本構成における４つの分岐点において必要に応じて線路電極を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線を設けるという構成を前提としている。
【０１０１】
ところで、ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対を近接させて複数設ける場合には、クロスオーバー配線の配置や有無が高周波スイッチの動作や特性に影響を与える場合がある。以下、クロスオーバー配線の配置も含めた本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例について説明する。
【０１０２】
図１９に、本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例の平面図を示す。図１９において、図１と同一若しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。また、図面が煩雑になるのを避けるために、半導体活性層の形成されている領域、ゲート電圧入力端子、ゲート電極からゲート電圧入力端子までの接続については記載を省略し、ゲート電極のみを示している。したがって、ゲート電極が形成されている場合には、その部分に半導体活性層が形成されており、またゲート電極からゲート電圧入力端子への接続もなされているものとする。
【０１０３】
図１９に示した高周波スイッチ１００において、主線路１８には２組のショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対、すなわちショートスタブ線路電極３１およびオープンスタブ線路電極３２の対とショートスタブ線路電極３３およびオープンスタブ線路電極３４の対が、主線路電極１２の長手方向に所定間隔離れて設けられている。２組のショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対は、それぞれ図１におけるショートスタブ線路電極１５およびオープンスタブ線路電極１６の対と同様の、スタブ線路電極の両側にＦＥＴ構造が形成されたものである。ただし図１とは異なり、各ショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対におけるショートスタブ線路電極の他端（接地端）からオープンスタブ線路電極の他端（開放端）までの長さは、高周波スイッチ１００を流れる高周波信号に対して９０°よりも短い電気長になるように設定されている。
【０１０４】
そして、高周波スイッチ１００においては、８つある線路電極の分岐点のうち、ショートスタブ線路電極３１およびオープンスタブ線路電極３２の対の左側（図示で）、およびショートスタブ線路電極３３およびオープンスタブ線路電極３４の対に右側（図示で）において、主線路電極１２を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線８０がそれぞれ設けられている。他の分岐点にはクロスオーバー配線は設けられていない。特に、２つのショートスタブ線路電極３１、３３とその間における主線路電極１２においては、線路電極を跨いで両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線は設けられていない。したがって、オープンスタブ線路電極を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線に関しては設けられていても構わない。むしろ、図面が煩雑になるために図示は省略するが、クロスオーバー配線が設けられている方が望ましい。これらの点は以下のいずれの実施例においても当てはまる。
【０１０５】
以上のように、ショートスタブ線路電極とオープンスタブ線路電極の合計の長さが短くなっている点とクロスオーバー配線の位置が限定されている点が、図１７に示した同じく２つのショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対を有する高周波スイッチとの最大の相違点となっている。
【０１０６】
次に、高周波スイッチ１００の動作について説明する。まず、各スタブ線路電極におけるＦＥＴ部分がオン状態の時の動作は図１７に示した高周波スイッチなどとほぼ同じである。一方、ＦＥＴ部分がオフ状態の時の動作が図１７に示した高周波スイッチなどとは異なるものになる。
【０１０７】
通常、コプレーナ線路においては、線路電極とその両側のグランド電極との間の電界分布は対称になる。ただし、これは両側のグランド電極が理想的な条件を保っている場合であり、両側のグランド電極の電位が異なると電界分布が非対称となり、正常なコプレーナ線路としては機能しない。
【０１０８】
高周波スイッチ１００においては、２組のショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対で挟まれた部分には主線路電極１２を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線が設けられていない。また、各スタブ線路電極においても、それを跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線が設けられていない。そのため、ＦＥＴ部分がオフ状態になって各スタブ線路電極が本来の機能を果たすべき時に、２組のショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の対で挟まれた部分のグランド電極の電位がそれ以外の部分と異なるものとなる。この場合、各スタブ線路電極やその間の主線路は理想的なコプレーナ線路としては機能しなくなる。
【０１０９】
オープンスタブの方はオープンスタブ線路電極とグランド電極とが元々離間しているために電界分布の非対称状態はそれほど大きくならない。しかしながらショートスタブ線路電極の方はショートスタブ線路電極の端部がグランド電極に直接接続されていることから、特にショートスタブ線路電極の一端側（主線路電極との接続点側）において電界分布の非対称状態が大きくなる。具体的には、例えばショートスタブ線路電極３１の場合であれば、線路電極の左側でのグランド電極１７との間の電界分布は、ほぼ正常なコプレーナ線路によるショートスタブ線路電極の場合と同じような電界分布になるが、ショートスタブ線路電極３１の右側においてはほとんど電界が発生しなくなる。これはショートスタブ線路電極３３においても同様である。電界が発生しにくいということはグランド電極との間の容量が発生しにくいということを意味する。すなわち、２つのショートスタブ線路電極の間の領域においてはグランド電極がグランド電極としてきちんと機能しなくなる。そのため、ショートスタブ線路電極全体として分布的な容量成分が小さくなることになる。ショートスタブ線路電極全体としての分布的なインダクタンス成分はスタブ線路電極自身の形状で決まるためにほとんど変化はない。そのため、ショートスタブ線路電極の特性インピーダンスが高くなるので、ショートスタブ線路電極の等価的なインダクタンス成分が大きくなると考えられる。ショートスタブ線路電極の等価的なインダクタンス成分が高くなるということはショートスタブ線路電極とオープンスタブ線路電極で構成される共振回路の共振周波数が低下するということを意味する。そして、共振回路の共振周波数を低下させないでおく方法としてはショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の合計の線路長を短くするということが考えられる。したがって、高周波スイッチ１００においては、全ての分岐部分にクロスオーバー配線が設けられているものに比べてショートスタブ線路電極およびオープンスタブ線路電極の合計の長さを短くして、高周波信号に対して９０°よりも短い電気長になるように設定することによって全体的な小型化を図っても同じ周波数に対応したスイッチとして機能させることができる。
【０１１０】
なお、上述の、２つのショートスタブ線路電極の間の領域においてはグランド電極がグランド電極としてきちんと機能しなくなるというのはＦＥＴ部分がオフ状態の時に関するもので、ＦＥＴ部分がオン状態の時にはショートスタブの両側がいずれもグランド電極に接続される形になるので、２つのショートスタブ線路電極の間の領域のグランド電極はオープンスタブ線路電極側と同様に通常のグランド電極に近い状態になる。
【０１１１】
ところで、高周波スイッチ１００においてはオープンスタブ線路電極側とショートスタブ線路電極側でゲート電極を１本につないで、図示はしていないがいずれか一方側から引き出す構成としているが、もちろん高周波スイッチ１０ａの場合と同様に、両側にゲート電極を引き出す構成でも構わない。
【０１１２】
ここで、高周波スイッチ１００の変形例を図２０に示す。図２０に示した高周波スイッチ１００ａにおいては、８つある線路電極の分岐点のうち、ショートスタブ線路電極３１およびオープンスタブ線路電極３２の対の左側（図示で）、およびショートスタブ線路電極３３およびオープンスタブ線路電極３４の対の右側（図示で）において、主線路電極１２を跨いでグランド電極間を接続するクロスオーバー配線８０がそれぞれ２つずつ互いに近接して設けられている。この場合は、クロスオーバー配線８０がそれぞれ１つの場合よりも主線路電極１２における不要モードの伝搬をより効果的に抑制することができる。もちろん、クロスオーバー配線の本数を増やす代わりにその幅を広げても同様の効果が得られる。
【０１１３】
図２１に、本発明の高周波スイッチ１００の別の変形例の平面図を示す。図２１において、高周波スイッチ１１０は図１９に示した高周波スイッチ１００の構成を基本として変形たものであり。図１９と同一若しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
高周波スイッチ１１０においては、ショートスタブ線路電極３１および３３において、線路電極とグランド電極との間にはゲート電極が設けられておらず、ＦＥＴ構造になっていない。この点を除けば高周波スイッチ１００との違いはない。
【０１１５】
このように構成された高周波スイッチ１１０において、ＦＥＴ部分がオフ状態の時の動作は高周波スイッチ１００と基本的に同じであり、スイッチ全体としてはオン状態になる。しかも、ショートスタブ線路電極３１、３３の側縁がＦＥＴ構造ではなくなるため、線路の損失が小さくなり、結果として高周波スイッチ１１０のオン時の挿入損失を高周波スイッチ１００に比べて小さくすることができる。
【０１１６】
一方、ＦＥＴ部分がオン状態の時には、オープンスタブ線路電極３２、３４の側のみで主線路電極１２の一部が接地される形になり、ショートスタブ線路電極３１、３３の側はそのままショートスタブ線路電極が接続された状態になる。等価回路的には図２２に示すようになる。この場合でも、主線路電極１２の一部が接地されるという点は同じなので、スイッチ全体としてはオフ状態にできる。ただし、ショートスタブ線路電極３１、３３の側もともに主線路電極１２の側縁で接地されるものに比べれば接地状態が悪くなり、スイッチオフ時のアイソレーションは高周波スイッチ１００に比べて劣化する。
【０１１７】
図２３に、本発明の高周波スイッチ１００のさらに別の変形例の平面図を示す。図２３において、高周波スイッチ１２０は図１９に示した高周波スイッチ１００の構成を基本として変形したものであり。図１９と同一若しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【０１１８】
高周波スイッチ１２０は、高周波スイッチ１００における２つのショートスタブ線路電極のうちの１つをなくし、残る１つをもともとの２つのショートスタブ線路電極の中間の位置に移動させたものである。なお、この点を除けば高周波スイッチ１００との違いはない。
【０１１９】
上述のように、高周波スイッチ１００においては、２つのショートスタブ線路電極で挟まれた部分が本来のグランド電極としての機能を十分に果たさない。これより、高周波スイッチ１００においては２つのショートスタブ線路電極が存在する理由がないということを意味するとも考えられるので、それをさらに発展させて２つのショートスタブを幅の広い１つのショートスタブ線路電極にまとめてしまったものでも大きな違いはないと考えることもできる。高周波スイッチ１２０は、それをさらに進めて、１つになったショートスタブ線路電極の幅を元の幅に戻すことによって完成した形状である。
【０１２０】
次に、高周波スイッチ１２０の動作について説明する。まず、各スタブにおけるＦＥＴ部分がオン状態の時の基本的な動作は図１９に示した高周波スイッチ１００と全く同じである。ただし、スタブの本数が３本になるために、主線路電極１２における接地点が３カ所になり、高周波スイッチのオフ時のアイソレーションは高周波スイッチ１００に比べて若干劣化する。
【０１２１】
一方、各スタブにおけるＦＥＴ部分がオフ状態の時は、主線路１８の一方の側縁に２つのオープンスタブ線路電極が接続され、他方の側縁に１つのショートスタブ線路電極が接続されることになる。この場合、各スタブからなる共振回路としては、ショートスタブ線路電極によるインダクタンス成分に対してオープンスタブ線路電極による容量成分が２倍になることになり、共振周波数が低下する。これは共振周波数を低下させない場合にはショートスタブ線路電極の線路長を短くできることを意味するので、結果的に高周波スイッチのさらなる小型化を図ることができる。また、ショートスタブ線路電極の数が少なくなった分だけ線路の損失が小さくなり、結果として高周波スイッチ１２０のオン時の挿入損失を高周波スイッチ１００に比べて小さくすることができる。
【０１２２】
図２４に、本発明の高周波スイッチ１００のさらに別の変形例の平面図を示す。図２４において、高周波スイッチ１３０は図１９に示した高周波スイッチ１００の構成を基本として変形したものであり。図１９と同一若しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【０１２３】
高周波スイッチ１３０は、高周波スイッチ１００における２つのショートスタブ線路電極において、両者が互いに対向する側にショートスタブ線路電極とグランド電極１７との間の隙間をなくしてグランド電極と連続させたものである。それにしたがって、その位置にあったゲート電極は除去している。なお、これらの点を除けば高周波スイッチ１００との違いはない。
【０１２４】
上述のように、高周波スイッチ１００においては、２つのショートスタブ線路電極で挟まれた部分が本来のグランド電極としての機能を十分に果たさない。これより、高周波スイッチ１００においては２つのショートスタブ線路電極の互いに対向する側において線路電極とグランド電極との間に隙間が存在する理由がないということを意味するとも考えられる。そこで、これを具体的な形として示したのが高周波スイッチ１３０である。
【０１２５】
次に、高周波スイッチ１３０の動作について説明する。まず、各スタブ線路電極におけるＦＥＴ部分がオン状態の時の基本的な動作は図１９に示した高周波スイッチ１００と全く同じである。
【０１２６】
一方、各スタブ線路電極におけるＦＥＴ部分がオフ状態の時も、電界がほとんど形成されない部分をつないで連続させただけであるので、実質的に高周波スイッチ１００と違いはない。むしろ、ＦＥＴ構造の部分が少なくなった分だけショートスタブ線路電極に相当する部分の損失が小さくなり、結果として高周波スイッチ１３０のオン時の挿入損失を高周波スイッチ１００に比べて小さくすることができる。
【０１２７】
なお、高周波スイッチ１３０においては、ショートスタブ線路電極３１および３３のそれぞれ片側にはゲート電極を残しているが、図２１に示した高周波スイッチ１１０と同じ理由で、変形例として図２５に示す高周波スイッチ１３０ａのように、ショートスタブ線路電極３１および３３の片側に残っているゲート電極をも除去する構成も考えられる。この場合は、ＦＥＴ構造の部分がさらに少なくなった分だけショートスタブ線路電極に相当する部分の損失がさらに小さくなり、結果として高周波スイッチ１３０ａのオン時の挿入損失を高周波スイッチ１３０に比べて小さくすることができる。ただし、高周波スイッチ１１０の場合と同様に、スイッチオフ時のアイソレーションは高周波スイッチ１３０に比べて劣化する。
【０１２８】
また、高周波スイッチ１３０から高周波スイッチ１３０ａに至った変形をさらにすすめて、図２６に示す高周波スイッチ１３０ｂのような構成も考えられる。すなわち、高周波スイッチ１３０ａにおいてゲート電極を除去した部分の隙間をなくし、グランド電極１７と連続させている。この場合、主線路電極１２における本来ショートスタブ線路電極が接続されていた部分が常にグランド電極に接続されていることになるため、スイッチオン時の挿入損失は劣化し、帯域は狭くなるが、スイッチオフ時の主線路電極１２からグランド電極７に至る経路が短くなるため、アイソレーション特性がさらに向上する。
【０１２９】
なお、高周波スイッチ１３０、高周波スイッチ１３０ａ、高周波スイッチ１３０ｂにおいては、いずれもオープンスタブ線路電極３２、３４の付け根部分に線路電極の両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線は設けられていない。ただ、オープンスタブ線路電極側についてはその間において主線路電極１２を跨ぐクロスオーバー配線が存在しなくても電界分布の非対称状態大きくなったりするわけではないので、オープンスタブ線路電極３２、３４の付け根部分に線路電極の両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線を設けても構わない。むしろ、オープンスタブ線路電極の安定な動作のためにはクロスオーバー配線を設ける方が望ましい。
【０１３０】
図２７に、本発明の高周波スイッチ１００のさらに別の変形例の平面図を示す。図２７において、高周波スイッチ１４０は図２４に示した高周波スイッチ１３０の構成を基本に変形したものであり、図２４と同一若しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【０１３１】
高周波スイッチ１４０は、高周波スイッチ１３０における２つのショートスタブ間において、主線路電極１２とグランド電極１７との間の隙間をなくしたものである。したがって、この部分において主線路電極１２の片側の側縁はグランド電極と連続していることになる。
【０１３２】
上述のように、２つのショートスタブ線路電極の間の領域を取り囲む線路電極において線路電極を跨いで両側のグランド電極間を接続するクロスオーバー配線を設けないことによって、２つのショートスタブ線路電極の間の領域においてはグランド電極がグランド電極としてきちんと機能しなくなる。そのため、ショートスタブ線路電極だけでなく、主線路電極においてもこの領域においてはグランド電極との間に隙間が存在する理由があまりないということを意味し、グランド電極との間の隙間をなくしても機能上は大きな問題がない。これを具体的な形として示したのが高周波スイッチ１４０である。
【０１３３】
次に、高周波スイッチ１４０の動作について説明する。まず、各スタブ線路電極におけるＦＥＴ部分がオン状態の時の基本的な動作は図２４に示した高周波スイッチ１３０と全く同じである。ただ、高周波スイッチ１４０の場合には２つのショートスタブの間の領域において主線路電極１２がはじめからグランド電極１７に接続されているため、主線路電極１２の一部を高周波スイッチ１３０よりもさらに安定にグランドに接続できる。そのため、スイッチオフ時のアイソレーションをさらによくすることができる。
【０１３４】
一方、各スタブ線路電極におけるＦＥＴ部分がオフ状態の時は、主線路電極１２の一部がグランドに接続されているとはいえ、もともと電界がほとんど形成されない部分をつないだだけであるので、実質的に高周波スイッチ１３０と違いはない。
【０１３５】
高周波スイッチ１４０においても、高周波スイッチ１３０と同様のバリエーションが考えられる。すなわち、図２８に示す高周波スイッチ１４０ａのようにショートスタブ線路電極側のＦＥＴ構造をなくしても構わない。また、図２９に示す高周波スイッチ１４０ｂのように高周波スイッチ１４０ａにおいてゲート電極を除去した部分の隙間をなくしても構わない。このような高周波スイッチ１４０ａ、１４０ｂにおいても、高周波スイッチ１３０ａや１３０ｂの場合と同様の作用効果を奏することができる。
【０１３６】
図３０に、本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例の平面図を示す。図３０において、図２４と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【０１３７】
図３０に示した高周波スイッチ１５０は、図２４に示した高周波スイッチ１３０において、その主線路電極の伸びる方向両側にそれぞれ一端が主線路電極１２の互いに対向する側縁に接続されたオープンスタブ線路電極１５１と１５２の対、およびオープンスタブ線路電極１５３と１５４の対を設けたものである。各オープンスタブ線路電極はコプレーナウェーブガイドとなっており、その対の両側には主線路電極１２を跨いてグランド電極同士を接続するクロスオーバー配線８０が設けられている。各オープンスタブ線路電極の長さは、信号周波数において１／４波長となる長さよりも短い長さであり、しかも同じ長さとされている。なお、各オープンスタブ線路電極の両側はＦＥＴ構造とはなっておらず、ゲート電極は設けられていない。
【０１３８】
このように構成された高周波スイッチ１５０においては、各オープンスタブ線路電極は信号周波数において主線路電極１２のそれぞれの位置とグランド電極との間に設けられた容量成分として機能する。そのため、この容量成分を適宜設定することによって所望の周波数成分で極を作り、広帯域化することができる。また、各オープンスタブ線路電極の長さを等しくして線路構造を同じにしているために、不要モードの抑圧効果も期待できる。
【０１３９】
ここで、高周波スイッチ１５０の変形例を図３１に示す。図３１に示した高周波スイッチ１５０ａにおいては、４つのオープンスタブ線路電極１５１、１５２、１５３、１５４の両側にもゲート電極および半導体活性層が設けられてＦＥＴ構造を有するように構成されている。この場合も、ＦＥＴ構造がオフでオープンスタブ線路電極が容量成分として機能する時の動作は高周波スイッチ１５０と全く同じである。一方、ＦＥＴ構造がオン（高周波スイッチとしてはオフ）の時には、主線路電極１２がグランド電極１７と接続される位置が増加するために、さらにアイソレーションをよくすることができる。
【０１４０】
次に、高周波スイッチ１５０の別の変形例を図３２に示す。図３２に示した高周波スイッチ１５０ｂにおいては、高周波スイッチ１５０ａを基本構造として、４つのオープンスタブ線路電極の主線路電極との接続点を、それぞれその内側のスタブ線路電極の主線路電極との接続位置に近付けている。
【０１４１】
このように構成することによって、高周波スイッチ１５０ａと同様の広帯域かつ高いアイソレーションの実現に加えて、主線路電極１２に各スタブ線路電極が接続される領域が短くなるために、スイッチオフ時の反射特性を大きくすることができる。
【０１４２】
なお、高周波スイッチ１５０、１５０ａ、１５０ｂにおいては、４つのオープンスタブ線路電極１５１、１５２、１５３、１５４の長さを等しくしたが、これは必須条件ではなく、各オープンスタブ線路電極の長さは容量成分として機能する範囲内で適宜設定することができる。
【０１４３】
また、高周波スイッチ１５０、１５０ａ、１５０ｂにおいては高周波スイッチ１３０の構造を基本構造として４つのオープンスタブ線路電極をさらに加えて構成したが、他の構成、すなわち図１９〜図２９に示した高周波スイッチ１００、１００ａ、１１０、１２０、１３０ａ、１３０ｂ、１４０、１４０ａ、１４０ｂのいずれの構成を基本に変形したものでも構わないもので、同様の作用効果を奏するものである。
【０１４４】
上記の各実施例においては、２つの端子間を導通させたり遮断したりするいわゆるＳＰＳＴ（Single Pole Single Through、１対１）スイッチの例について説明してきたが、本発明の高周波スイッチを複数個用いれば、いわゆるＳＰｘＴ（Single Pole x Through、１対多）スイッチを構成することもできる。
【０１４５】
図３３に、本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例の概略図を示す。図３３は特徴部分のみを示すために簡略化した図で、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【０１４６】
図３３に示した高周波スイッチ６０においては、図１８に示した高周波スイッチ５０と同様の高周波スイッチ６１、６２を用いて、その一端同士を接続して３番目の端子としたものである。図３３において、一方の高周波スイッチ６１の一端は端子６３に接続され、他方の高周波スイッチ６２の一端は端子６４に接続され、２つの高周波スイッチ６１、６２の他端同士は互いに接続されるとともに端子６５に接続されている。そして、その接続点から各高周波スイッチ６１、６２における最も近いスタブ線路電極の接続点までの主線路電極１２の長さを、高周波信号に対する電気長が略９０°になるように設定している。
【０１４７】
このように構成された高周波スイッチ６０においては、各高周波スイッチ６１、６２がそれぞれ低損失なスイッチとして動作する。しかも、接続点から各高周波スイッチ６１、６２における最も近いスタブ線路電極の接続点までの主線路電極１２の長さを、高周波信号に対する電気長が略９０°になるように設定しているために、一方の高周波スイッチ６１がオンで他方の高周波スイッチ６２がオフの時に、２つの高周波スイッチの接続点からはオフ状態の高周波スイッチ６２が無限大のインピーダンスを持つように見える。すなわち、オフ状態の高周波スイッチ６２が存在しないのと同じことになる。そのため、不整合やスイッチオン時の挿入損失の少ないＳＰＤＴ（Single Pole Dual Through、１対２）スイッチが実現できる。
【０１４８】
なお、上記の実施例においては２つの高周波スイッチ６１、６２の他端同士の接続点から各高周波スイッチ６１、６２における最も近いスタブ線路電極の接続点までの主線路電極１２の長さを、高周波信号に対する電気長が略９０°になるように設定したが、これは各スタブのＦＥＴがオンの時のグランドとの間の抵抗値が十分に小さい理想的な状態の場合である。実際にはこの部分の線路電極１２の長さが電気長でもう少し短い、例えば約８０°になることも考えられる。
【０１４９】
また、高周波スイッチ６０においてはＳＰＤＴスイッチを実現しているが、例えば３つ以上の高周波スイッチ５０を用いて同様な方法でＳＰｘＴスイッチを構成することも可能である。
【０１５０】
また、ここで用いる２つのＳＰＳＴ型の高周波スイッチとしては、高周波スイッチ５０に限るものではなく、上述のいずれの高周波スイッチであっても構わないものである。
【０１５１】
ところで、上記の各実施例は図１に示した高周波スイッチ１０の構造を基本構造としている。そして、高周波スイッチ１０においては、スイッチをオフする場合、すなわちＦＥＴ部分をオンする場合には、ゲートの直流電位をドレインやソースと同じ０Ｖにしてゲートがドレインおよびソースに対してバイアスされない状態にするとしている。しかしながら、ゲートをバイアスしない状態においても空乏層は存在する。
【０１５２】
そこで、ゲートをドレインやソースに対して順バイアスにすることによって空乏層をさらに小さくすることが考えられる。この場合は、ＦＥＴオン時の各スタブ線路電極とグランド電極との間の抵抗がさらに小さくなるため、スイッチオフ時の遮断特性を向上させることができる。
【０１５３】
また、１つのスタブの対あたりのスイッチオフ時の遮断特性を向上させることができるため、複数のスタブの対を用いるスイッチにおいても特性を向上させることができる。すなわち、例えば図１８に示した高周波スイッチ５０においてＦＥＴオン時にゲートを順バイアスにすることによって、より少ないスタブの対の数で同等のアイソレーション特性が得られるようになる。そして、スタブの対の数を少なくできるということは、その分だけ高周波スイッチの面積を小さくできることを意味する。また、スタブの対の数を少なくできるということは、その分だけスイッチオン時の挿入損失を小さくできることも意味する。そして、この効果は高周波スイッチ１０や５０のようなＳＰＳＴスイッチに限られるものではなく、図３３に示す高周波スイッチ６０のようなＳＰＤＴスイッチを含むＳＰｘＴスイッチにおいても同様に得ることができるものである。
【０１５４】
ところで、上記の各実施例に示した高周波スイッチにおいては、オープンスタブ線路電極とショートスタブ線路電極の組みにおいて、ショートスタブ線路電極の方をオープンスタブ線路電極よりも長くしたものを示している。しかしながら、この点は一例にすぎず、特別な意味があるわけではない。当然ながら、オープンスタブ線路電極の方をショートスタブ線路電極よりも長くしても、あるいは両者を同じ長さにしても構わないものである。
【０１５５】
最後に、図３４に、本発明の電子装置の一実施例のブロック図を示す。図３４において、電子装置７０はレーダー装置で、送受信回路７１、高周波スイッチ７２、および４つのアンテナ７３、７４、７５、７６から構成されている。このうち、高周波スイッチ７２は、上述のような本発明のＳＰＳＴ方式の高周波スイッチを４つ内蔵した１入力４出力の高周波スイッチで、各内蔵スイッチは１つずつ順にオン状態になり、オン状態の内蔵スイッチを介して送受信回路７１といずれかのアンテナが接続され、信号の送信および受信がなされる。４つのアンテナ７３、７４、７５、７６はいずれもその指向方向が異なっており、高周波スイッチ７２の内蔵スイッチを切り換えることによって４つの方向に関するレーダーとして動作させることができる。
【０１５６】
このように構成された電子装置７０においては、本発明の高周波スイッチ７２を用いているために、スイッチオン時の挿入損失が少ないために信号の損失を少なくして低消費電力化を図ることができる。また、スイッチオフ時の遮断特性に優れているために、異なる方向にレーダー波を放射したり異なる方向の物体を検知するといった誤動作も少なくなる。
【０１５７】
なお、図３４においては電子装置としてレーダー装置を示したが、本発明の高周波スイッチを用いたものであればどのような電子装置であっても構わないものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の高周波スイッチの一実施例を示す平面図である。
【図２】図１の高周波スイッチのＡ−Ａ断面拡大図である。
【図３】図１の高周波スイッチのオフ時の等価回路図である。
【図４】図１の高周波スイッチのオフ時の実質的な等価回路図である。
【図５】図１の高周波スイッチのオン時の等価回路図である。
【図６】図１の高周波スイッチのオン時の実質的な等価回路図である。
【図７】図１の高周波スイッチのスイッチ特性を示す特性図である。
【図８】本発明の高周波スイッチと比較するための別の高周波スイッチを示す平面図である。
【図９】本発明の高周波スイッチと図８の高周波スイッチのオフ時の通過特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の高周波スイッチと図８の高周波スイッチのオン時の通過特性を示す特性図である。
【図１１】本発明の高周波スイッチと図８の高周波スイッチのオン時の反射特性を示す特性図である。
【図１２】本発明の高周波スイッチにおけるショートスタブ線路電極の長さと高周波スイッチの電気特性との関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の高周波スイッチにおけるゲート配線の別の取り出し構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の高周波スイッチの別の実施例を示す平面図である。
【図１５】図１４の高周波スイッチのオフ時の等価回路図である。
【図１６】図１４の高周波スイッチの他のバリエーションを示す平面図である。
【図１７】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図１８】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図１９】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２０】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２１】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２２】図２１の高周波スイッチのオフ時の等価回路図である。
【図２３】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２４】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２５】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２６】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２７】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２８】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図２９】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図３０】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図３１】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図３２】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図３３】本発明の高周波スイッチのさらに別の実施例を示す平面図である。
【図３４】本発明の電子装置の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１０、３０、４０、５０、６０、６１、６２、１００、１００ａ、１１０、１２０、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１４０、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１５０、１５０ａ、１５０ｂ…高周波スイッチ
１１…半導体基板
１２…主線路電極
１３、１４、６３、６４、６５…端子
１５、３１、３３…ショートスタブ線路電極
１６、３２、３４、１５１、１５２、１５３、１５４…オープンスタブ線路電極
１７…グランド電極
１８…主線路
１９…ショートスタブ
２０…オープンスタブ
２１…半導体活性層
２２、２２ａ…ゲート電極
２３、２３ａ…ゲート電圧入力端子
２４…空乏層
４１、４２、５１、５２、５３、５４…ショートスタブとオープンスタブの対
７０…電子装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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