(57)【要約】【課題】  半導体装置１の回路動作に対する信頼性を高める。【解決手段】  コンデンサ５と抵抗体７の並列回路８がバイポーラトランジスタ３のベースＢに接続された単位セルの回路２を複数有する。全ての単位セル２を並列接続する。入力部RFinに高周波信号と共にバイアスを印加する構成とすることにより、バイアス電流は各単位セル２の抵抗体７を通ってバイポーラトランジスタ３に向かって通電する。抵抗体７による電圧降下によりバイポーラトランジスタ３の高周波信号の通電量の増大を抑制できてバイポーラトランジスタ３の熱暴走を防止できる。また、入力部RFinに入力した高周波信号は、並列回路８のコンデンサ５を通る経路と、抵抗体７を通る経路とに分流して通電する。並列回路８の高周波信号の分流比を調整することにより、回路の発振に対する安定性を向上させることが可能である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗体とコンデンサの並列回路がバイポーラトランジスタのベースに接続された単位セルの回路を複数有する半導体装置であって、それら全ての単位セルのバイポーラトランジスタのエミッタ側の端部同士、コレクタ側の端部同士、前記並列回路の入力端部同士はそれぞれ接続されて全ての単位セルは並列接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
バイポーラトランジスタはヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半導体装置が設けられていることを特徴とする電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無線通信機の高周波回路等の回路に組み込まれて使用される半導体装置およびそれを用いて構成した電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５（ａ）には電力増幅器に組み込まれる半導体装置の一例が示されている（例えば特許文献１参照）。この半導体装置１は、図５（ｂ）に示される単位セルの回路２を複数有し、それら全ての単位セル２が並列接続されている構成を備えている。つまり、単位セル２は、バイポーラトランジスタ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ））３と、このＨＢＴ３のベースＢに接続される抵抗体４およびコンデンサ５とを有して構成されている。
【０００３】
全ての単位セル２のＨＢＴ３のコレクタＣ側の端部同士は接続されて半導体装置１の高周波信号の出力部RFoutに接続されている。また、全ての単位セル２のＨＢＴ３のエミッタＥ側の端部同士は接続されてグランド接地部Ｇに接続されている。さらに、全ての単位セル２の抵抗体４の入力端部同士は接続されてバイアス入力部Ｂinに接続され、さらにまた、全ての単位セル２のコンデンサ５の入力側同士は接続されて高周波信号の入力部RFinに接続されている。つまり、全ての単位セル２は並列接続されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６２９６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５（ｂ）に示される単位セル２の回路構成では、入力部RFinから入力した高周波信号は、コンデンサ５とＨＢＴ３を通って出力部RFoutに向かう経路でもって通電する。ＨＢＴ３は高周波信号の通電により発熱し、これによりＨＢＴ３自体の温度が上昇してＨＢＴ３の通電量が増加する。ＨＢＴ３には、その温度上昇による通電量の増加によって更に発熱して温度が上昇し通電量がより一層増加するという熱暴走が生じる虞がある。
【０００６】
この熱暴走の対策として、抵抗体４が設けられている。つまり、抵抗体４を介してバイアス電流をＨＢＴ３のベースＢに加えることにより、抵抗体４による電圧降下によってＨＢＴ３の高周波信号の通電量の増大を抑制することができて、ＨＢＴ３の熱暴走を防止することができる。
【０００７】
ところで、半導体装置１には、ＨＢＴ３の熱暴走という問題があると共に、回路の発振という問題がある。図５（ａ）、（ｂ）に示される構成では、抵抗体４によってＨＢＴ３の熱暴走を防止することはできるが、抵抗体４により回路の発振に対する安定性を向上させることはできない構成となっている。
【０００８】
つまり、図５（ｂ）の単位セル２の構成では、抵抗体４によって、回路の発振を抑制できるものと考えられるが、図５（ｂ）の単位セル２の回路構成を高周波的に見ると、図５（ｃ）に示されるような等価回路図となる。この等価回路図に示されるように、抵抗体４は、高周波信号の導通経路（入力部RFinからコンデンサ５とＨＢＴ３を通って出力部RFoutに向かう経路）に並列的に接続されている。また、ＨＢＴ３の入力インピーダンスが例えば数十Ωであるに対して、抵抗体４は熱暴走を防止するために例えば数百Ω程度の大きな抵抗値を有し当該抵抗体４の抵抗値はＨＢＴ３の入力インピーダンスよりも格段に大きいことから、ＨＢＴ３から抵抗体４を見たときに、高周波的には、抵抗体４は見えないこととなり、抵抗体４は高周波信号に対しては殆ど影響を与えない。すなわち、抵抗体４は、回路の発振に対する安定性には殆ど寄与しない。
【０００９】
このように、図５に示される構成では、回路の発振に対する安定性を向上させることは難しかった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、バイポーラトランジスタの熱暴走を防止できる上に、回路の発振に対する安定性を向上させることができる半導体装置およびそれを用いた電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明の半導体装置は、抵抗体とコンデンサの並列回路がバイポーラトランジスタのベースに接続された単位セルの回路を複数有する半導体装置であって、それら全ての単位セルのバイポーラトランジスタのエミッタ側の端部同士、コレクタ側の端部同士、前記並列回路の入力端部同士はそれぞれ接続されて全ての単位セルは並列接続されていることを特徴としている。また、この発明の電力増幅器は、この発明において特徴的な構成を持つ半導体装置が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、各単位セルの例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ等のバイポーラトランジスタのベースには、それぞれ、抵抗体とコンデンサの並列回路が接続されている構成とした。その抵抗体とコンデンサの並列回路の入力端部から、高周波信号だけでなく、バイアスをも入力させる構成とすることにより、バイアス電流が抵抗体を通ってバイポーラトランジスタのベースに加えられ、その抵抗体による電圧降下によってバイポーラトランジスタの高周波信号の通電量の増大が抑制されてバイポーラトランジスタの熱暴走を防止することができる。
【００１３】
その上、この発明では、回路の発振に対する安定性を向上させることができる。つまり、この発明における単位セルの構成では、単位セルに入力した高周波信号は、抵抗体を通る経路と、コンデンサを通る経路とに分流し、その後、合流してバイポーラトランジスタを通るという経路でもって単位セルの回路を通電する。
【００１４】
前述した特許文献１に記載されている単位セルの構成では、抵抗体は高周波信号の導通経路上にはなく、当該抵抗体は高周波信号に対して関与することができなかったのに対して、この発明では、上記のように、高周波信号の導通経路上に抵抗体が直列的に設けられており、その抵抗体は高周波信号に対して関与することができる。この発明では、抵抗体とコンデンサの並列回路において、抵抗体を通電する高周波信号の通電量と、コンデンサを通電する高周波信号の通電量との比（換言すれば、並列回路における高周波信号の分流比）を調節することによって、回路の発振に対する安定性を向上させることができる。
【００１５】
よって、この発明の半導体装置およびそれを用いた電力増幅器では、バイポーラトランジスタの熱暴走を防止できると共に、回路の発振に対する安定性を向上させることができる。これにより、回路動作が非常に安定して信頼性の高い半導体装置および電力増幅器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態例の説明において、図５に示す半導体装置と同一名称部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００１７】
この実施形態例の半導体装置１では、図１（ｂ）に示されるような回路構成を持つ複数の単位セル２が図１（ａ）に示されるように並列接続されている構成を有する。すなわち、この実施形態例では、単位セル２において、コンデンサ５と抵抗体７の並列回路８がバイポーラトランジスタ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ））３のベースＢに接続されている。
【００１８】
この実施形態例の半導体装置１を構成する全ての単位セル２のＨＢＴ３のコレクタＣ側の端部同士は接続されて高周波信号の出力部RFoutに接続され、また、全ての単位セル２のＨＢＴ３のエミッタＥ側の端部同士は接続されてグランド接地部Ｇに接続されている。さらに、コンデンサ５と抵抗体７の並列回路８の入力端部９同士は接続されて高周波信号の入力部RFinに接続されている。
【００１９】
この実施形態例の半導体装置１では、高周波信号の入力部RFinに、高周波信号と共に、バイアスも印加させる構成と成す。このため、入力部RFinから各単位セル２にバイアス電流が入力し、当該バイアス電流は、抵抗体７を通ってＨＢＴ３に向かう経路でもって通電する。その抵抗体７による電圧降下によってＨＢＴ３の高周波信号の通電量増大を抑制できて、ＨＢＴ３の熱暴走が防止される。
【００２０】
また、単位セル２の回路を高周波的に見た等価回路は、図１（ｂ）と同じ回路構成となるので、入力部RFinから各単位セル２に入力した高周波信号は、コンデンサ５を通る経路と、抵抗体７を通る経路とに分流して並列回路８を通電し、その後に合流しＨＢＴ３を通り出力部RFoutに向かう経路でもって単位セル２を通電する。
【００２１】
このように、この実施形態例では、抵抗体７は、高周波信号の通電経路上に設けられており、高周波信号の通電状態に関与することができて、例えば回路の発振に対する安定性に寄与することができる。すなわち、コンデンサ５と抵抗体７の並列回路８をＨＢＴ３のベースＢに接続することによって、回路の発振に対する安定性には、抵抗体７の高周波信号通電量と、コンデンサ５の高周波信号通電量との比（並列回路８における高周波信号の分流比）が関与することとなる。抵抗体７の抵抗値はＨＢＴ３の熱暴走を抑制することができる値（例えば数百Ω程度）に設定されるので、コンデンサ５の容量を調整することにより、並列回路８の高周波信号の分流比を、回路の発振に対する安定性を得ることができる適切な比に調整することができる。これにより、回路の発振に対する安定性を向上させることができることとなる。
【００２２】
この実施形態例において特有な構成を備えることによって、回路の発振に対する安定性を向上できることは本発明者の実験によって確認されている。その実験では、この実施形態例の構成を持つ半導体装置１（サンプルＡとする）と、図５に示される構成を持つ半導体装置１（サンプルＢとする）とのそれぞれについて、回路の発振に対する安定性を表す指標である安定係数の周波数特性をシミュレーションにより調べた。なお、そのシミュレーションでは、サンプルＡ，Ｂ共に、８個の単位セル２を有し、コンデンサ５は０．４ｐＦの容量を有し、抵抗体４，７は４００Ωの抵抗値を有しており、また、バイアス電圧が３Ｖで、バイアス電流が２４ｍＡであるという条件の下で、安定係数が算出された。
【００２３】
その結果が図２のグラフに表されている。図２中の実線ＡはサンプルＡ（この実施形態例の構成を持つもの）の実験結果を示し、点線ＢはサンプルＢ（図５の構成を持つもの）の実験結果を示している。この実験結果に示されるように、図５の構成を備えたサンプルＢでは、約１６ＧHzよりも低い周波数領域では安定係数が１を下回っており、回路の発振に対する安定性は好ましい状態ではない。これに対して、この実施形態例の構成を備えたサンプルＡでは、全周波数領域で安定係数が１を越えており、全ての周波数で回路の発振に対する安定性が良好であることが分かる。
【００２４】
このように、本発明者の実験により、この実施形態例において特有な構成を備えることによって、回路の発振に対する安定性を向上できることが確認できている。
【００２５】
また、本発明者は、上記安定係数を算出したときと同じ条件の下で、サンプルＡ，Ｂのそれぞれについて、ＭＳＧ（Maximum-Stable-Power-Gain（最大安定電力利得））の周波数特性をシミュレーションにより調べている。その結果が図３のグラフに示されている。この図３のグラフ中の実線ＡはサンプルＡ（この実施形態例の構成を持つもの）に関するものであり、点線ＢはサンプルＢ（図５の構成を持つもの）に関するものである。
【００２６】
この実施形態例の構成では高周波信号の導通経路上に抵抗体７を設けているので、抵抗体７で信号ロスが生じて半導体装置１の利得低下が懸念されるところであるが、図３の実験結果にも示されているように、サンプルＡのＭＳＧの周波数特性は、サンプルＢのＭＳＧの周波数特性と同様であり、この実施形態例の構成は、図５の構成と比べて、利得低下の心配は殆ど無いと思われる。
【００２７】
以上のように、この実施形態例の半導体装置１は、ＨＢＴ３の熱暴走を防止でき、かつ、利得低下を招くことなく回路の発振に対する安定性を向上できるという効果を得ることができるものである。
【００２８】
図４には、この実施形態例の半導体装置１を用いた電力増幅器の一構成例が簡略化されたブロック構成図により示されている。この電力増幅器１１は、この実施形態例において特徴的な構成を持つ半導体装置１と、この半導体装置１の高周波信号入力部RFinに接続される整合回路１２と、半導体装置１の高周波信号出力部RFoutに接続される整合回路１３とを有して構成されている。整合回路１２，１３は、それぞれ、半導体装置１と、電力増幅器１１が組み込まれる回路とのインピーダンス整合をとるための回路構成を有するものである。
【００２９】
この電力増幅器１１は、この実施形態例において特徴的な構成を持つ半導体装置１を有しているので、熱暴走を防止でき、かつ、回路の発振に対する安定性が高くて、回路動作に対する信頼性が高いものとなる。
【００３０】
なお、この発明はこの実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、図４の電力増幅器１１の構成では、整合回路１２，１３が設けられていたが、例えば、電力増幅器１１の用途が限定されており、電力増幅器１１の外部において、電力増幅器１１の入側と出側の一方又は両方に整合回路が設けられる場合には、その整合回路が設けられることにより電力増幅器１１の整合回路１２あるいは整合回路１３を省略してもよい。
【００３１】
また、図１では、単位セル２が３つ以上設けられる例が図示されていたが、もちろん、半導体装置１は、２つの単位セル２が並列接続されている構成としてもよいものである。さらに、この実施形態例では、バイポーラトランジスタとしてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）３が設けられていたが、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ以外のバイポーラトランジスタを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態例を説明するための図である。
【図２】本発明者の実験により得られた安定係数の周波数特性を表すグラフである。
【図３】本発明者の実験により得られたＭＳＧの周波数特性を表すグラフである。
【図４】電力増幅器の一構成例を示すブロック構成図である。
【図５】半導体装置の一従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体装置
２  単位セル
３  バイポーラトランジスタ
５  コンデンサ
４，７  抵抗体
８  並列回路
１１  電力増幅器
【図１】
2005216943.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005216943.tif 000007