(57)【要約】      （修正有）【課題】バイポーラトランジスタにおける温度分布の均一性を向上させる。【解決手段】電力増幅回路は、矩形領域に形成された複数の単位トランジスタからなる増幅トランジスタ２１０Ａ、Ｂと、増幅トランジスタ２１０Ａ、Ｂにバイアス電圧又はバイアス電流を供給するバイアス回路とを備える。バイアス回路は、第１のバイアストランジスタ２２０Ａと、第２のバイアストランジスタ２２０Ｂと、温度の上昇に伴って低下する第１の電圧を第１のバイアストランジスタ２２０Ａのベースに供給する第１の電圧供給回路２２１Ａと、温度の上昇に伴って低下する第２の電圧を第２のバイアストランジスタ２２０Ｂのベースに供給する第２の電圧供給回路２２１Ｂと、を含む。第２の電圧供給回路２２１Ｂは、矩形領域の内部に形成される。【選択図】図４
2017112588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号を増幅して第２の信号を出力する第１の増幅トランジスタと、
前記第１の増幅トランジスタにバイアス電圧又はバイアス電流を供給するバイアス回路と、
を備え、
前記第１の増幅トランジスタは、矩形領域に形成された複数の単位トランジスタを含み、
前記バイアス回路は、
前記複数の単位トランジスタのうちの第１のグループの単位トランジスタのベースに第１のバイアス電圧又は第１のバイアス電流を供給する第１のバイアストランジスタと、
前記複数の単位トランジスタのうちの第２のグループの単位トランジスタのベースに第２のバイアス電圧又は第２のバイアス電流を供給する第２のバイアストランジスタと、
温度の上昇に伴って低下する第１の電圧を前記第１のバイアストランジスタのベースに供給する第１の電圧供給回路と、
温度の上昇に伴って低下する第２の電圧を前記第２のバイアストランジスタのベースに供給する第２の電圧供給回路と、
を含み、
前記第２の電圧供給回路は、前記矩形領域の内部に形成される、
電力増幅回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電力増幅回路であって、
前記第１の電圧供給回路は、前記矩形領域の外部に形成される、
電力増幅回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力増幅回路であって、
前記第１のグループの単位トランジスタは、前記矩形領域の中心を含まない第１のサブ領域に形成され、
前記第２のグループの単位トランジスタは、前記矩形領域の中心を含む第２のサブ領域に形成される、
電力増幅回路。
【請求項４】
請求項３に記載の電力増幅回路であって、
前記第２の電圧供給回路は、前記第２のサブ領域の内部に形成される、
電力増幅回路。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記第１のグループの単位トランジスタの数が、前記第２のグループの単位トランジスタの数より少ない、
電力増幅回路。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記第１の電圧供給回路は、前記矩形領域に隣接して形成される、
電力増幅回路。
【請求項７】
請求項６に記載の電力増幅回路であって、
前記第１の電圧供給回路は、前記矩形領域の外縁と、前記第１のバイアストランジスタとの間に形成される、
電力増幅回路。
【請求項８】
請求項６に記載の電力増幅回路であって、
第３の信号を増幅して前記第１の信号を出力する第２の増幅トランジスタをさらに備え、
前記第１の電圧供給回路は、前記矩形領域の外縁と、前記第２の増幅トランジスタとの間に形成される、
電力増幅回路。
【請求項９】
請求項６に記載の電力増幅回路であって、
ワイヤボンディング用の端子をさらに備え、
前記第１の電圧供給回路は、前記矩形領域の外縁と、前記ワイヤボンディング用の端子との間に形成される、
電力増幅回路。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記第１の電圧供給回路は、前記複数の単位トランジスタが動作している際の前記矩形領域における最高温度の６０％以上７５％以下の温度となる位置に形成される、
電力増幅回路。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の電力増幅回路であって、
前記第１の電圧供給回路は、
アノードが前記第１のバイアストランジスタのベースに接続された第１のダイオードと、
アノードが前記第１のダイオードのカソードに接続され、カソードが接地される第２のダイオードと、
を含み、
前記第２の電圧供給回路は、
アノードが前記第２のバイアストランジスタのベースに接続された第３のダイオードと、
アノードが前記第３のダイオードのカソードに接続され、カソードが接地される第４のダイオードと、
を含む、
電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信機においては、基地局へ送信する無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）信号の電力を増幅するために電力増幅回路が用いられる。電力増幅回路では、増幅素子として、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）等のバイポーラトランジスタが用いられる。
【０００３】
バイポーラトランジスタでは、ベース・エミッタ間電圧を一定で駆動すると、温度上昇に伴ってコレクタ電流が増加していくことが知られている。コレクタ電流の増加によって消費電力が増加すると、素子の温度が上昇し、これによってさらにコレクタ電流が増加するという正帰還（熱暴走）が発生し得る。そのため、電力増幅回路にバイポーラトランジスタを用いる場合、バイポーラトランジスタの熱暴走を抑制することが求められる。例えば、特許文献１には、バイポーラトランジスタの温度変化を温度制御素子に伝達するために、熱伝導の良好な金属を使用した熱伝導配線を使用し、バイポーラトランジスタに供給されるバイアス電圧を制御することによって熱暴走を抑制する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された構成では、温度制御素子に伝達する時間を早くするため、熱伝導配線を使用し、熱暴走を抑制しているが、この構成の対策は、コストアップにつながる。加えて、電力増幅回路では、複数の単位トランジスタ（「フィンガー」ともいう。）により構成されるバイポーラトランジスタが用いられることがある。このようなバイポーラトランジスタでは、素子内の温度分布が不均一になることがある。具体的には、素子の中心付近の温度が高くなる一方、素子の外縁付近の温度が低くなる。そのため、素子の中心付近に形成された単位トランジスタの動作特性と、素子の外縁付近に形成された単位トランジスタの動作特性とに差異が生じ、バイポーラトランジスタの歪み特性が劣化することとなる。特許文献１には、このように複数の単位トランジスタにより構成されるバイポーラトランジスタにおいて、素子内の温度分布を均一化する手法は開示されていない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数の単位トランジスタにより構成されるバイポーラトランジスタを備える電力増幅回路において、バイポーラトランジスタにおける温度分布の均一性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る電力増幅回路は、第１の信号を増幅して第２の信号を出力する第１の増幅トランジスタと、第１の増幅トランジスタにバイアス電圧又はバイアス電流を供給するバイアス回路と、を備え、第１の増幅トランジスタは、矩形領域に形成された複数の単位トランジスタを含み、バイアス回路は、複数の単位トランジスタのうちの第１のグループの単位トランジスタのベースに第１のバイアス電圧又は第１のバイアス電流を供給する第１のバイアストランジスタと、複数の単位トランジスタのうちの第２のグループの単位トランジスタのベースに第２のバイアス電圧又は第２のバイアス電流を供給する第２のバイアストランジスタと、温度の上昇に伴って低下する第１の電圧を第１のバイアストランジスタのベースに供給する第１の電圧供給回路と、温度の上昇に伴って低下する第２の電圧を第２のバイアストランジスタのベースに供給する第２の電圧供給回路と、を含み、第２の電圧供給回路は、矩形領域の内部に形成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の単位トランジスタにより構成されるバイポーラトランジスタを備える電力増幅回路において、バイポーラトランジスタにおける温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態である電力増幅回路１００の構成を示す図である。
【図２】電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂ及びバイアス回路１４０Ａ，１４０Ｂの構成例を示す図である。
【図３Ａ】電力増幅回路１００のレイアウトの一例を示す図である。
【図３Ｂ】電力増幅回路１００のレイアウトの他の一例を示す図である。
【図３Ｃ】電力増幅回路１００のレイアウトの他の一例を示す図である。
【図４】電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂ及びバイアス回路１４０Ａ，１４０Ｂの詳細レイアウトの一例を示す図である。
【図５】図４に示すＡ−Ａ’線での断面（単位トランジスタの断面）の一例を示す図である。
【図６】図４に示すＢ−Ｂ’線での断面の一例を示す図である。
【図７】各単位トランジスタの温度を示す図である。
【図８】各単位トランジスタの熱抵抗を示す図である。
【図９】電力増幅回路１００における温度分布のシミュレーション結果の他の一例を示す図である。
【図１０】電力増幅回路１００における温度分布のシミュレーション結果の他の一例を示す図である。
【図１１】図７、図９、及び図１０に示した配列（２列配置、１列配置、及び４列配置）において、電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）の位置を変化させた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１２】図９に示した配列（１列配置）において、単位トランジスタ間の距離（ピッチ）を変化させた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態である電力増幅回路１００の構成を示す図である。電力増幅回路１００は、例えば、携帯電話等の移動体通信機において、基地局に送信するＲＦ信号の電力を増幅するための集積回路である。
【００１１】
図１に示すように、電力増幅回路１００は、電力増幅器１１０，１２０Ａ，１２０Ｂ、バイアス回路１３０，１４０Ａ，１４０Ｂ、整合回路（ＭＮ：Matching Network）１５０，１６０、及びインダクタ１７０，１８０を備える。
【００１２】
電力増幅器１１０，１２０Ａ，１２０Ｂは、二段の増幅回路を構成している。電力増幅器１１０には、インダクタ１７０を介して電源電圧Ｖｃｃが供給される。また、電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂには、インダクタ１８０を介して電源電圧Ｖｃｃが供給される。電力増幅器１１０は、ＲＦ信号ＲＦｉｎ１（第３の信号）を増幅し、増幅信号ＲＦｏｕｔ１（第１の信号）を出力する。電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂは、ＲＦ信号ＲＦｉｎ２（ＲＦｏｕｔ１）（第１の信号）を増幅し、増幅信号ＲＦｏｕｔ２（第２の信号）を出力する。電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂは、並列に接続されている。電力増幅器１２０Ａは、比較的低い電力レベルで動作するローパワーモード（ＬＰＭ）（第１の電力モード）及び比較的高い電力レベルで動作するハイパワーモード（ＨＰＭ）（第２の電力モード）のいずれにおいてもオンとなる。他方、電力増幅器１２０Ｂは、ローパワーモードの場合はオフとなり、ハイパワーモードの場合にオンとなる。従って、電力増幅回路１００では、ローパワーモードの場合は、電力増幅器１１０，１２０Ａによって増幅が行われ、ハイパワーモードの場合は、電力増幅器１１０，１２０Ａ，１２０Ｂによって増幅が行われる。電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂは、複数の単位トランジスタ（「フィンガー」ともいう。）を備えるバイポーラトランジスタ（例えばＨＢＴ）を用いて構成されている。当該バイポーラトランジスタは、例えば、１６個の単位トランジスタを備え、電力増幅器１２０Ａは４個の単位トランジスタにより構成され、電力増幅器１２０Ｂは１２個の単位トランジスタにより構成される。なお、ここで示した単位トランジスタの数は一例であり、これに限定されない。
【００１３】
バイアス回路１３０，１４０Ａ，１４０Ｂは、それぞれ、電力増幅器１１０，１２０Ａ，１２０Ｂにバイアス電圧又はバイアス電流を供給するための回路である。バイアス回路１３０，１４０Ａ，１４０Ｂには、バッテリ電圧Ｖｂａｔが供給される。バイアス回路１３０は、バイアス制御電圧Ｖｂｉａｓ１に基づいて、電力増幅器１１０にバイアス電圧又はバイアス電流を供給する。同様に、バイアス回路１４０Ａ，１４０Ｂは、それぞれ、バイアス制御電圧Ｖｂｉａｓ２，Ｖｂｉａｓ３に基づいて、電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂにバイアス電圧又はバイアス電流を供給する。ローパワーモードの場合、バイアス回路１４０Ｂが電力増幅器１２０Ｂにバイアス電圧又はバイアス電流を供給しないことにより、電力増幅器１２０Ｂがオフとなる。なお、電力増幅器１２０Ｂをオフとするための仕組みはこれに限られない。例えば、電力増幅器１２０Ｂへの電源電圧又は接地電圧の供給を停止することにより、電力増幅器１２０Ｂをオフとしてもよい。
【００１４】
整合回路１５０，１６０は、回路間のインピーダンスを整合させるために設けられている。整合回路１５０，１６０は、例えば、インダクタやキャパシタを用いて構成される。
【００１５】
図２は、電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂ及びバイアス回路１４０Ａ，１４０Ｂの構成例を示す図である。
【００１６】
電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂは、複数の単位トランジスタにより構成されるバイポーラトランジスタ２００（第１の増幅トランジスタ）を用いて構成されている。電力増幅器１２０Ａは、複数の単位トランジスタのうちの第１のグループ（例えば４個）の単位トランジスタ２１０Ａ、抵抗器２１１Ａ、及びキャパシタ２１２Ａを備える。同様に、電力増幅器１２０Ｂは、複数の単位トランジスタのうちの第２のグループ（例えば１２個）の単位トランジスタ２１０Ｂ、抵抗器２１１Ｂ、及びキャパシタ２１２Ｂを備える。
【００１７】
第１のグループの単位トランジスタ２１０Ａは、コレクタに、インダクタ１８０を介して電源電圧Ｖｃｃが供給され、ベースに、キャパシタ２１２Ａを介してＲＦ信号ＲＦｉｎ２が供給され、エミッタが接地される。また、第１のグループの単位トランジスタ２１０Ａのベースには、抵抗器２１１Ａを介してバイアス電圧又はバイアス電流が供給される。第２のグループの単位トランジスタ２１０Ｂは、コレクタに、インダクタ１８０を介して電源電圧Ｖｃｃが供給され、ベースに、キャパシタ２１２Ｂを介してＲＦ信号ＲＦｉｎ２が供給され、エミッタが接地される。また、第２のグループの単位トランジスタ２１０Ｂのベースには、抵抗器２１１Ｂを介してバイアス電圧又はバイアス電流が供給される。これにより、バイポーラトランジスタ２００のコレクタから増幅信号ＲＦｏｕｔ２が出力される。
【００１８】
バイアス回路１４０Ａは、バイポーラトランジスタ２２０Ａ（例えばＨＢＴ）、電圧供給回路２２１Ａ、キャパシタ２２２Ａ、及び抵抗器２２３Ａを備える。
【００１９】
バイポーラトランジスタ２２０Ａ（第１のバイアストランジスタ）は、コレクタにバッテリ電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースに電圧供給回路２２１Ａから電圧（第１の電圧）が供給され、エミッタから、抵抗器２１１Ａを介して、第１のグループの単位トランジスタ２１０Ａのベースにバイアス電圧（第１のバイアス電圧）又はバイアス電流（第１のバイアス電流）を供給する。
【００２０】
電圧供給回路２２１Ａ（第１の電圧供給回路）は、バイアス制御電圧Ｖｂｉａｓ２に基づいて、バイポーラトランジスタ２２０Ａのベース電圧を制御する。具体的には、電圧供給回路２２１Ａは、ダイオード２３０Ａ（第１のダイオード）及びダイオード２３１Ａ（第２のダイオード）を備える。ダイオード２３０Ａ，２３１Ａは直列接続され、ダイオード２３０Ａのアノードがバイポーラトランジスタ２２０Ａのベースに接続され、ダイオード２３１Ａのカソードが接地される。キャパシタ２２２Ａは、ダイオード２３０Ａ，２３１Ａと並列に接続される。また、ダイオード２３０Ａのアノードには、抵抗器２２３Ａを介してバイアス制御電圧Ｖｂｉａｓ２が供給される。これにより、ダイオード２３０Ａのアノードには、ダイオード２３０Ａ，２３１Ａの順方向電圧に応じた電圧（第１の電圧）が生成され、この電圧が、バイポーラトランジスタ２２０Ａのベースに供給される。この電圧は、ダイオード２３０Ａ，２３１Ａの順方向電圧の特性により、温度の上昇に伴い低下する。キャパシタ２２２Ａは、電圧供給回路２２１Ａにより供給される電圧を安定させるために設けられている。なお、電圧供給回路２２１Ａにおけるダイオード２３０Ａ，２３１Ａを、それぞれ、Ｄ１，Ｄ２と表記することがある。ダイオード２３０Ａ，２３１Ａは、それぞれ、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタにより構成することができる。ここでは、電圧供給回路２２１Ａを、ダイオードを用いて構成する例を示したが、電圧供給回路２２１Ａを構成する素子はこれに限られない。
【００２１】
バイアス回路１４０Ｂは、バイポーラトランジスタ２２０Ｂ（例えばＨＢＴ）、電圧供給回路２２１Ｂ、キャパシタ２２２Ｂ、及び抵抗器２２３Ｂを備える。
【００２２】
バイポーラトランジスタ２２０Ｂ（第２のバイアストランジスタ）は、コレクタにバッテリ電圧Ｖｂａｔが供給され、ベースに電圧供給回路２２１Ｂから電圧（第２の電圧）が供給され、エミッタから、抵抗器２１１Ｂを介して、第２のグループの単位トランジスタ２１０Ｂのベースにバイアス電圧（第２のバイアス電圧）又はバイアス電流（第２のバイアス電流）を供給する。
【００２３】
電圧供給回路２２１Ｂ（第２の電圧供給回路）は、バイアス制御電圧Ｖｂｉａｓ３に基づいて、バイポーラトランジスタ２２０Ｂのベース電圧を制御する。具体的には、電圧供給回路２２１Ｂは、ダイオード２３０Ｂ（第３のダイオード）及びダイオード２３１Ｂ（第４のダイオード）を備える。ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂは直列接続され、ダイオード２３０Ｂのアノードがバイポーラトランジスタ２２０Ｂのベースに接続され、ダイオード２３１Ｂのカソードが接地される。キャパシタ２２２Ｂは、ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂと並列に接続される。また、ダイオード２３０Ｂのアノードには、抵抗器２２３Ｂを介してバイアス制御電圧Ｖｂｉａｓ３が供給される。これにより、ダイオード２３０Ｂのアノードには、ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂの順方向電圧に応じた電圧（第２の電圧）が生成され、この電圧が、バイポーラトランジスタ２２０Ｂのベースに供給される。この電圧は、ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂの順方向電圧の特性により、温度の上昇に伴い低下する。キャパシタ２２２Ｂは、電圧供給回路２２１Ｂにより供給される電圧を安定させるために設けられている。なお、電圧供給回路２２１Ｂにおけるダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂを、それぞれ、Ｄ１，Ｄ２と表記することがある。ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂは、それぞれ、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタにより構成することができる。ここでは、電圧供給回路２２１Ｂを、ダイオードを用いて構成する例を示したが、電圧供給回路２２１Ｂを構成する素子はこれに限られない。
【００２４】
図２では、電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂ及びバイアス回路１４０Ａ，１４０Ｂの構成を説明したが、電力増幅器１１０及びバイアス回路１３０も同様の構成である。即ち、電力増幅器１１０は、電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂと同様に、増幅素子としてバイポーラトランジスタ（第２の増幅トランジスタ）を備える。
【００２５】
図３Ａは、電力増幅回路１００のレイアウトの一例を示す図である。なお、図３に示すレイアウトは概略であり、電力増幅回路１００の全ての構成を示しているものではない。
【００２６】
図３Ａに示すように、電力増幅回路１００では、バイアス回路１４０Ａの一部である電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外部に設けられている。他方、バイアス回路１４０Ｂの一部である電圧供給回路２２１Ｂは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の内部に設けられている。また、詳細は後述するが、電力増幅器１２０Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心（矩形領域の２つの対角線の交点）を含まない領域（第１のサブ領域）に形成され、電力増幅器１２０Ｂは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心を含む領域（第２のサブ領域）に形成されている。なお、電力増幅器１２０Ａが矩形領域の中心を含まない領域に形成されているとは、電力増幅器１２０Ａを構成するバイポーラトランジスタの一部が矩形領域の中心に形成されていないことである。また、電力増幅器１２０Ｂが矩形領域の中心を含む領域に形成されているとは、電力増幅器１２０Ｂを構成するバイポーラトランジスタの一部が矩形領域の中心に形成されていることとする。
【００２７】
バイポーラトランジスタ２００は、動作に伴い温度が上昇する。温度上昇は、特に、ハイパワーモードの動作時に顕著である。温度上昇により、バイポーラトランジスタ２００のコレクタ電流が増加すると、さらにバイポーラトランジスタ２００の温度が上昇し、熱暴走を引き起こす可能性がある。そこで、電力増幅回路１００では、電圧供給回路２２１Ａ，２２１Ｂによって熱暴走を抑制している。
【００２８】
バイポーラトランジスタ２００の温度が上昇すると、電圧供給回路２２１Ｂの温度が上昇する。それに伴い、ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂの順方向電圧が下がり、バイポーラトランジスタ２２０Ｂのベースに供給される電圧が下がる。これにより、電力増幅器１２０Ｂに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流が低下し、バイポーラトランジスタ２００の温度上昇が抑制される。熱によるダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂの順方向電圧が下がることを増幅器と電圧供給回路との熱結合と呼ぶ。
【００２９】
ここで、バイポーラトランジスタ２００の温度分布は、電圧供給回路２２１Ａ，２２１Ｂによる制御を無視すると、素子の中心付近の温度が高くなる一方、素子の外縁付近の温度が低くなる。即ち、バイポーラトランジスタ２００では、電力増幅器１２０Ａの温度が比較的低くなる。そこで、本実施形態では、電圧供給回路２２１Ｂをバイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の内部に設ける一方、電圧供給回路２２１Ａをバイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外部に設けている。このようなレイアウトにより、電圧供給回路２２１Ａの温度は、電圧供給回路２２１Ｂの温度よりも低くなる。従って、電力増幅器１２０Ｂと比較して、電力増幅器１２０Ａに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流の低下が抑制される。これにより、電力増幅器１２０Ａが形成されている領域の温度低下が抑制され、バイポーラトランジスタ２００全体における温度分布の均一性を向上させることができる。
【００３０】
特に、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域に隣接して形成されると好ましい。例えば、図３Ａに示すレイアウトでは、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁と、バイアス回路１４０Ａのバイポーラトランジスタ２２０Ａとの間に形成されている。バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域に隣接する領域は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域内よりは低温であるものの、バイポーラトランジスタ２００の温度上昇に伴い、温度が上昇する。これにより、電圧供給回路２２１Ａの温度が上昇し、電力増幅器１２０Ａに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流が低下し、熱暴走を抑制することができる。
【００３１】
電圧供給回路２２１Ａは、図３Ａに示す領域に限られず、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域に隣接する任意の領域に形成してもよい。例えば、図３Ｂに示すように、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁と、電力増幅器１１０等の他の素子との間の領域３００に形成してもよい。また例えば、図３Ｃに示すように、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁と、ワイヤボンディング用の端子３１０〜３１３との間の領域３２０に形成してもよい。なお、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域に隣接する領域とは別の領域に形成されてもよい。例えば、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域と、電圧供給回路２２１が形成された領域との間に、別の素子が形成されてもよい。
【００３２】
図４は、電力増幅器１２０Ａ，１２０Ｂ及びバイアス回路１４０Ａ，１４０Ｂの詳細レイアウトの一例を示す図である。
【００３３】
図４には、バイポーラトランジスタ２００を構成する１６個の単位トランジスタ（フィンガー）Ｆ１〜Ｆ１６が示されている。１６個の単位トランジスタは、２列（Ｆ１〜Ｆ８及びＦ９〜Ｆ１６）に整列されて形成されている。電力増幅器１２０Ａは、４個の単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ９，Ｆ１０を含む。電力増幅器１２０Ｂは、１２個の単位トランジスタＦ３〜Ｆ８，Ｆ１１〜Ｆ１６を含む。単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ９，Ｆ１０は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心を含まない領域（第１のサブ領域）に形成されている。単位トランジスタＦ３〜Ｆ８，Ｆ１１〜Ｆ１６は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心を含む領域（第２のサブ領域）に形成されている。
【００３４】
各単位トランジスタのベースには、ＲＦ入力配線４００を介してＲＦ信号ＲＦｉｎ２が供給される。電力増幅器１２０Ａの単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ９，Ｆ１０のベースには、バイポーラトランジスタ２２０Ａから、配線４１０を介してバイアス電圧又はバイアス電流が供給される。電力増幅器１２０Ｂの単位トランジスタＦ３〜Ｆ８，Ｆ１１〜Ｆ１６のベースには、バイポーラトランジスタ２２０Ｂから、配線４２０を介してバイアス電圧又はバイアス電流が供給される。各単位トランジスタのコレクタは、コレクタ配線４３０に接続される。各単位トランジスタのエミッタは、エミッタ配線４４０に接続され、バイアホール４５０を介して接地される。なお、ここに示した単位トランジスタの数や列数は一例であり、これに限定されない。
【００３５】
前述したように、電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外部に形成されている。より具体的には、電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁から距離ｄの位置に形成されている。他方、電圧供給回路２２１Ｂ（ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の内部に形成されている。このようなレイアウトにより、前述のとおり、バイポーラトランジスタ２００の温度分布の均一性を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、図４に示すように、電圧供給回路２２１Ａが形成されていない側の列の単位トランジスタＦ１〜Ｆ８は、電圧供給回路２２１Ａが形成されている側の列の単位トランジスタＦ９〜Ｆ１６と対称の配列とすることができる。これにより、熱源である単位トランジスタＦ１〜Ｆ１６が、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心を基準として略点対称に配置され、バイポーラトランジスタ２００の温度分布の均一性を向上させることが可能となる。２列以上の構成においても同様である。
【００３７】
また、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域内の空き領域に他の素子を形成してもよい。例えば、単位トランジスタＦ４，Ｆ５の間の領域に、保護素子を形成してもよい。このように、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域内の空き領域に他の素子を形成することにより、電力増幅回路１００のチップサイズを小さくすることが可能となる。
【００３８】
図５は、図４に示すＡ−Ａ’線での断面（単位トランジスタの断面）の一例を示す図である。単位トランジスタは、サブコレクタ５００、コレクタ５１０、コレクタ電極５１１、ベース５２０、ベース電極５２１、エミッタ５３０、及びエミッタ電極５３１を含む。
【００３９】
サブコレクタ５００は、例えば、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板５４０上に形成されている。コレクタ５１０及びコレクタ電極５１１は、サブコレクタ５００上に形成されている。ベース５２０は、コレクタ５１０上に形成されている。ベース電極５２１は、ベース５２０上に形成されている。コレクタ電極５１１上には、コレクタ配線５５０及び図４に示したコレクタ配線４３０が積層されている。エミッタ電極５３１は、エミッタ５３０上に形成されている。エミッタ電極５３１上には、図４に示したエミッタ配線４４０が積層されている。
【００４０】
図６は、図４に示すＢ−Ｂ’線での断面の一例を示す図である。エミッタ配線４４０は、基板５４０の表面上に形成されている。絶縁樹脂膜６００は、エミッタ配線４４０上に形成されている。コレクタ配線４３０は、絶縁樹脂膜６００上に形成されている。バイアホール４５０は、基板５４０の裏面からエミッタ配線４４０に達するように形成されている。そして、バイアホール４５０には、接地に接続される配線６１０が形成されている。
【００４１】
図７及び図８は、電力増幅回路１００における温度分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【００４２】
図７は、各単位トランジスタの温度を示す図である。図７に示すように、１６個の単位トランジスタ（Ｆ１〜Ｆ１６）が、２列（Ｆ１〜Ｆ８及びＦ９〜Ｆ１６）に配列されている。このうち、単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ９，Ｆ１０が、電力増幅器１２０Ａ用の単位トランジスタである。電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁から４０μｍの位置に形成されている。電圧供給回路２２１Ｂ（ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心付近（単位トランジスタＦ１２，Ｆ１３の間）に形成されている。
【００４３】
図７には、電力増幅回路１００をハイパワーモードで動作させた場合（室温２５度）の各単位トランジスタの温度が示されている。図７に示すように、単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ９，Ｆ１０の温度は、中心付近の単位トランジスタ（例えば、Ｆ４，Ｆ５，Ｆ１２，Ｆ１３）の温度と同程度となっている。
【００４４】
図８は、各単位トランジスタの熱抵抗を示す図である。横軸は単位トランジスタの位置、縦軸は熱抵抗（℃／Ｗ）を示している。なお、図８において、「分割あり」と示されているグラフが、電力増幅回路１００のシミュレーション結果である。また、図８において、「分割なし」と示されているグラフは、電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）を、電圧供給回路２２１Ｂ（ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂ）と同様にバイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の内部に形成した場合（比較例）のシミュレーション結果である。図８に示すように、電力増幅回路１００では、比較例よりも、単位トランジスタＦ１〜Ｆ１６における熱抵抗のばらつきが低減されていることがわかる。
【００４５】
図９は、電力増幅回路１００における温度分布のシミュレーション結果の他の一例を示す図である。図９には、電力増幅回路１００をハイパワーモードで動作させた場合（室温２５度）の各単位トランジスタの温度が示されている。図９では、１６個の単位トランジスタ（Ｆ１〜Ｆ１６）が、１列に配列されている。このうち、単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ１５，Ｆ１６が、電力増幅器１２０Ａ用の単位トランジスタである。電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁から１５０μｍの位置に形成されている。電圧供給回路２２１Ｂ（ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心付近（単位トランジスタＦ８，Ｆ９の間）に形成されている。この例においても、単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ１５，Ｆ１６の温度は、中心付近の単位トランジスタ（例えば、Ｆ８，Ｆ９）の温度と同程度となっている。
【００４６】
図１０は、電力増幅回路１００における温度分布のシミュレーション結果の他の一例を示す図である。図１０には、電力増幅回路１００をハイパワーモードで動作させた場合（室温２５度）の各単位トランジスタの温度が示されている。図１０では、１６個の単位トランジスタ（Ｆ１〜Ｆ１６）が、４列（Ｆ１〜Ｆ４、Ｆ５〜Ｆ８、Ｆ９〜Ｆ１２、及びＦ１３〜Ｆ１６）に配列されている。このうち、単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ１３，Ｆ１４が、電力増幅器１２０Ａ用の単位トランジスタである。電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁から６０μｍの位置に形成されている。電圧供給回路２２１Ｂ（ダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂ）は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心付近（単位トランジスタＦ６，Ｆ７の間）に形成されている。この例においても、単位トランジスタＦ１，Ｆ２，Ｆ１３，Ｆ１４の温度は、中心付近の単位トランジスタ（例えば、Ｆ６，Ｆ７，Ｆ１０，Ｆ１１）の温度と同程度となっている。
【００４７】
図１１は、図７、図９、及び図１０に示した配列（２列配置、１列配置、及び４列配置）において、電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）の位置を変化させた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【００４８】
図１１において、横軸は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域における最高温度Ｔｍａｘに対する、電圧供給回路２２１Ａ（ダイオード２３０Ａ，２３１Ａ）が形成された位置の温度（Ｔａｖｅ（Ｄ１，Ｄ２））の割合（％）を示している。また、縦軸は、単位トランジスタの熱抵抗の平均（ａｖｅ）に対する、単位トランジスタの熱抵抗の標準偏差（σ）の割合（％）を示している。なお、図１１において、横軸の値が９０％付近のデータは、図８と同様に「分割なし」（比較例）のシミュレーション結果である。
【００４９】
図１１のシミュレーション結果からも、単位トランジスタの配列によらず、比較例の場合よりも、熱抵抗のばらつきが低減されている、即ち、温度分布の均一性が向上していることがわかる。特に、横軸の値が６０％以上７５％以下の範囲において、良好な結果が得られていることがわかる。
【００５０】
図１２は、図９に示した配列（１列配置）において、単位トランジスタ間の距離（ピッチ）を変化させた場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。横軸及び縦軸は、図１１と同じである。図１２には、ピッチが３０μｍ、３５μｍ、及び４０μｍの３種類の場合のシミュレーション結果が示されている。いずれのピッチにおいても、横軸の値が６０％以上７５％以下の範囲において、良好な結果が得られていることがわかる。
【００５１】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。電力増幅回路１００では、電力増幅器１２０Ａを構成する第１のグループの単位トランジスタ２１０Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域において、当該領域の中心を含まない領域（第１のサブ領域）に形成されている。また、電力増幅器１２０Ｂを構成する第２のグループの単位トランジスタ２１０Ｂは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域において、当該領域の中心を含む領域（第２のサブ領域）に形成されている。そして、電力増幅器１２０Ａに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流を制御する電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外部に形成され、電力増幅器１２０Ｂに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流を制御する電圧供給回路２２１Ｂは、当該領域の内部に形成されている。
【００５２】
このようなレイアウトにより、電圧供給回路２２１Ａの温度は、電圧供給回路２２１Ｂの温度よりも低くなる。従って、電力増幅器１２０Ｂと比較して、電力増幅器１２０Ａに供給されるバイアス電圧又はバイアス電流の低下が抑制される。これにより、電力増幅器１２０Ａが形成されている領域（バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心を含まない領域）の温度低下が抑制され、バイポーラトランジスタ２００における温度分布の均一性を向上させることができる。
【００５３】
また、電力増幅回路１００では、電圧供給回路２２１Ｂは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心を含む領域（第２のサブ領域）に形成されている。バイポーラトランジスタ２００では、特に中心付近が高温となる傾向にある。そのため、電圧供給回路２２１Ｂをバイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の中心付近に形成することにより、バイポーラトランジスタ２００の熱暴走の抑制効果を高めることができる。
【００５４】
また、電力増幅回路１００では、電力増幅器１２０Ａを構成する単位トランジスタ（フィンガー）の数が、電力増幅器１２０Ｂを構成する単位トランジスタ（フィンガー）の数より少ない。そのため、温度低下が抑制される単位トランジスタ（フィンガー）の数が比較的少ないため、バイポーラトランジスタ２００全体における熱暴走の抑制効果の維持が容易となる。
【００５５】
また、電力増幅回路１００では、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域に隣接して形成される。バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域に隣接する領域は、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域内部よりは低温であるものの、バイポーラトランジスタ２００の温度上昇に伴い、温度が上昇する。これにより、電圧供給回路２２１Ａの温度が上昇し、電力増幅器１２０Ａに供給されるバイアス電圧が低下し、熱暴走を抑制することができる。
【００５６】
例えば、図３Ａに示したように、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁と、バイアス回路１４０Ａのバイポーラトランジスタ２２０Ａとの間に形成することができる。
【００５７】
また例えば、図３Ｂに示したように、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁と、電力増幅器１１０等の他の素子との間の領域３００に形成することができる。
【００５８】
また例えば、図３Ｃに示したように、電圧供給回路２２１Ａは、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域の外縁と、ワイヤボンディング用の端子３１０〜３１３との間の領域３２０にすることができる。
【００５９】
特に、図１１及び図１２に示したように、電圧供給回路２２１Ａを、バイポーラトランジスタ２００が形成された矩形領域における最高温度の６０％以上７５％以下の温度となる位置に形成することにより、温度分布の均一性を向上させることができる。
【００６０】
また、電力増幅回路１００では、電圧供給回路２２１Ａを、直列接続されたダイオード２３０Ａ，２３１Ａにより構成することができる。同様に、電圧供給回路２２１Ｂを、直列接続されたダイオード２３０Ｂ，２３１Ｂにより構成することができる。これにより、例えば、抵抗値の大きい抵抗器を用いることなく、熱暴走を抑制することが可能となる。
【００６１】
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６２】
１００  電力増幅回路
１１０，１２０Ａ，１２０Ｂ  電力増幅器
１３０，１４０Ａ，１４０Ｂ  バイアス回路
１５０，１６０  整合回路
１７０，１８０  インダクタ
２００，２２０Ａ，２２０Ｂ  バイポーラトランジスタ
２１０Ａ  第１のグループの単位トランジスタ
２１０Ｂ  第２のグループの単位トランジスタ
２１１Ａ，２１１Ｂ，２２３Ａ，２２３Ｂ  抵抗器
２１２Ａ，２１２Ｂ，２２２Ａ，２２２Ｂ  キャパシタ
２２１Ａ，２２１Ｂ  電圧供給回路
２３０Ａ，２３０Ｂ，２３１Ａ，２３１Ｂ  ダイオード
３１０，３１１，３１２，３１３  端子
４００  ＲＦ入力配線
４１０，４２０，６１０  配線
４３０  コレクタ配線
４４０，５５０  エミッタ配線
４５０  バイアホール
５００  サブコレクタ
５１０  コレクタ
５１１  コレクタ電極
５２０  ベース
５２１  ベース電極
５３０  エミッタ
５３１  エミッタ電極
５４０  基板
６００  絶縁樹脂膜
【図１】
2017112588.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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