特許 7521405 電力増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】電力増幅器

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/331 20060101AFI20240717BHJP

   H01L 29/737 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 27/12 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 23/52 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/8234 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 27/088 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/8238 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 27/092 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/8249 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 27/06 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/8222 20060101ALI20240717BHJP

   H01L 21/8248 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

H01L29/72 H

H01L27/12 G

H01L27/12 C

H01L27/12 L

H01L27/12 B

H01L27/088 E

H01L27/092 G

H01L27/06 321B

H01L27/088 331E

H01L27/04 A

H01L27/06 102A

H01L27/06 101D

H01L27/06 101U

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020207804

(22)【出願日】2020-12-15

(65)【公開番号】P2022094742

(43)【公開日】2022-06-27

【審査請求日】2023-09-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】馬 少駿

(72)【発明者】

【氏名】小屋 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】青池 将之

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 新之助

(72)【発明者】

【氏名】梅本 康成

(72)【発明者】

【氏名】長谷 昌俊

【審査官】石塚 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３２８２９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１８６２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２２０６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－１８６２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３３６０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３２７６０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／７３

Ｈ０１Ｌ ２１／３３１

Ｈ０１Ｌ ２７／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／５２

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３８

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４９

Ｈ０１Ｌ ２７／０８８

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板の主面に、この順で積層されたエミッタ層、ベース層及びコレクタ層を有する電力増幅器であって、
前記エミッタ層と隣接して設けられる絶縁物と、
前記エミッタ層及び前記絶縁物と、前記基板との間に設けられたエミッタ電極と、
前記ベース層に電気的に接続されるベース電極と、
前記コレクタ層に電気的に接続されるコレクタ電極と、を有し、
前記基板の主面に垂直な方向で、前記基板と前記ベース電極との間に、前記エミッタ電極、前記絶縁物及び前記ベース層が設けられ、
さらに、前記基板の前記主面に形成された少なくとも１つの基板側トランジスタを有する
電力増幅器。

【請求項2】

請求項１に記載の電力増幅器であって、
前記基板の前記主面と前記エミッタ電極との間に設けられた基板側絶縁層を有する
電力増幅器。

【請求項3】

基板と、前記基板の主面に、この順で積層されたエミッタ層、ベース層及びコレクタ層を有する電力増幅器であって、
前記エミッタ層と隣接して設けられる絶縁物と、
前記基板の前記エミッタ層と重畳する領域に設けられた貫通孔と、
前記貫通孔に設けられ前記エミッタ層と電気的に接続されるエミッタ電極と、
前記ベース層に電気的に接続されるベース電極と、
前記コレクタ層に電気的に接続されるコレクタ電極と、を有し、
前記基板の主面に垂直な方向で、前記基板と前記ベース電極との間に、前記絶縁物及び前記ベース層が設けられる
電力増幅器。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力増幅器であって、
前記コレクタ電極は、前記ベース層の前記ベース電極が設けられた面と同じ面側に設けられ、平面視で前記ベース電極と隣り合って配置される
電力増幅器。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力増幅器であって、
前記絶縁物の誘電率は、前記エミッタ層の誘電率よりも低い
電力増幅器。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力増幅器であって、
前記基板の熱伝導率は、前記エミッタ層、前記ベース層及び前記コレクタ層のいずれの熱伝導率よりも高い
電力増幅器。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力増幅器であって、
前記基板の主面に垂直な方向で、前記ベース層と前記コレクタ層との間にエッチング停止層が設けられている
電力増幅器。

【請求項8】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力増幅器であって、
前記ベース層と前記コレクタ層とは、異なる材料で形成され、
前記基板の主面に垂直な方向で、前記ベース層と前記コレクタ層とは直接接して積層される
電力増幅器。

【請求項9】

請求項３に記載の電力増幅器と、
さらに、前記基板の前記主面に形成された少なくとも１つの基板側トランジスタを有する
電力増幅器。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力増幅器と、
前記コレクタ電極に接続されたコレクタ配線と、
前記エミッタ電極に接続されたエミッタ配線と、
前記コレクタ配線及び前記エミッタ配線の少なくとも一方に設けられた導体突起と、を有する
電力増幅器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力増幅器に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波信号の増幅回路にヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が用いられる。下記特許文献１には、ＣＭＯＳデバイスが形成された基板にＨＢＴが設けられた構成が開示されている。特許文献１に記載されているＨＢＴは、基板の上にエミッタ層、ベース層、コレクタ層の順に積層されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第１０１５８０３０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のＨＢＴは、エミッタ層に接続されたエミッタ電極及びエミッタ配線と、ベース層に接続されたベース電極及びベース配線が同じ側から引き出される。エミッタ配線とベース配線が近接する。このため、エミッタとベースとの間に形成される寄生容量が増大する可能性がある。

【0005】

本発明は、エミッタとベースとの間に形成される寄生容量を抑制することができる電力増幅器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】

【0006】

本発明の一側面の電力増幅器は、基板と、前記基板の主面に、この順で積層されたエミッタ層、ベース層及びコレクタ層を有する電力増幅器であって、前記エミッタ層と隣接して設けられる絶縁物と、前記エミッタ層及び前記絶縁物と、前記基板との間に設けられたエミッタ電極と、前記ベース層に電気的に接続されるベース電極と、前記コレクタ層に電気的に接続されるコレクタ電極と、を有し、前記基板の主面に垂直な方向で、前記基板と前記ベース電極との間に、前記エミッタ電極、前記絶縁物及び前記ベース層が設けられる。

【0007】

本発明の一側面の電力増幅器は、基板と、前記基板の主面に、この順で積層されたエミッタ層、ベース層及びコレクタ層を有する電力増幅器であって、前記エミッタ層と隣接して設けられる絶縁物と、前記基板の前記エミッタ層と重畳する領域に設けられた貫通孔と、前記貫通孔に設けられ前記エミッタ層と電気的に接続されるエミッタ電極と、前記ベース層に電気的に接続されるベース電極と、前記コレクタ層に電気的に接続されるコレクタ電極と、を有し、前記基板の主面に垂直な方向で、前記基板と前記ベース電極との間に、前記絶縁物及び前記ベース層が設けられる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電力増幅器によれば、エミッタとベースとの間に形成される寄生容量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す平面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’断面図である。

【図3】図３は、電力増幅器の製造方法を説明するための説明図である。

【図4】図４は、第１実施形態の変形例に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す平面図である。

【図7】図７は、図６の１つのトランジスタ、このトランジスタに接続される１つの容量素子及び一つの抵抗素子を拡大して示す平面図である。

【図8】図８は、図７のＡ－Ａ’断面及びＢ－Ｂ’断面を示す断面図である。

【図9】図９は、第３実施形態の変形例に係る１つのトランジスタ、このトランジスタに接続される１つの容量素子及び一つの抵抗素子を拡大して示す平面図である。

【図10】図１０は、第４実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。

【図11】図１１は、第４実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す平面図である。

【図12】図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ’断面図である。

【図13】図１３は、第５実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【0011】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す平面図である。なお、図１は、各電極の配置関係を分かりやすくするために、コレクタ配線４０、エミッタ配線４２等の各種配線を省略して示している。また、図１において、ベース電極４１及びコレクタ電極３９にハッチングを付している。

【0012】

以下の説明では、基板２０の主面に平行な方向を第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙとする。第１方向Ｄｘは、第２方向Ｄｙと直交する方向である。第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向を第３方向Ｄｚとする。第３方向Ｄｚは、基板２０の主面に垂直な方向である。また、平面視とは、第３方向Ｄｚから見た場合の配置関係をいう。

【0013】

図１に示すように、電力増幅器１０は、基板２０と、複数のトランジスタ３０とを有する。複数のトランジスタ３０は、基板２０の主面に設けられ、第２方向Ｄｙに配列される。複数のトランジスタ３０は、それぞれ、エミッタ電極３１、ベース電極４１及びコレクタ電極３９を有する。

【0014】

平面視で、エミッタ電極３１は、ベース電極４１及びコレクタ電極３９よりも大きい面積を有する。ベース電極４１及びコレクタ電極３９は、エミッタ電極３１の上に重なって設けられる。コレクタ電極３９は、平面視で第１方向Ｄｘに長い長方形である。

【0015】

ベース電極４１は、平面視で、コレクタ電極３９と隣り合って配置される略Ｕ字状である。具体的には、ベース電極４１は２つの主部４１ａ、４１ｂと、主部４１ａ、４１ｂを接続する接続部４１ｃと、を有する。２つの主部４１ａ、４１ｂは、それぞれ、第１方向Ｄｘに延在する。コレクタ電極３９は、第２方向Ｄｙで隣り合う主部４１ａと、主部４１ｂとの間に設けられる。接続部４１ｃは、コレクタ電極３９の短辺と第１方向Ｄｘに隣り合って設けられ、主部４１ａ、４１ｂの同じ側の端部を接続する。

【0016】

なお、エミッタ電極３１、ベース電極４１及びコレクタ電極３９の構成は、あくまで一例であり適宜変更することができる。例えば、ベース電極４１は、接続部４１ｃがなくてもよい。また、エミッタ電極３１は、複数のトランジスタ３０ごとに分離して設けられているが、これに限定されず、複数のトランジスタ３０に１つのエミッタ電極３１が共用されてもよい。

【0017】

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’断面図である。図２では、１つのトランジスタ３０を示しているが、図２のトランジスタ３０についての説明は、他の複数のトランジスタ３０にも適用できる。また、以下の説明では、基板２０の主面に垂直な方向において、基板２０からコレクタ配線４０に向かう方向を「上側」又は単に「上」とする。また、コレクタ配線４０から基板２０に向かう方向を「下側」又は単に「下」とする。

【0018】

図２に示すように、トランジスタ３０は、基板２０の主面の上に設けられる。基板２０は、半導体からなる表層部を含む。半導体は、単体半導体系、例えば、シリコン系の半導体素子やゲルマニウム系の半導体素子であってもよい。基板２０として、例えばシリコン（Ｓｉ）基板、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板等を用いることができる。

【0019】

基板２０の主面の上に基板側絶縁層２１が設けられる。基板側絶縁層２１の材料は、例えば、ＳＩＯ、ＳｉＮ、ポリイミド等が用いられる。

【0020】

トランジスタ３０は、例えばヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。トランジスタ３０は、基板側絶縁層２１の上に設けられる。トランジスタ３０は、基板２０の主面側から、この順で積層されたエミッタ層３４、ベース層３５及びコレクタ層３７を有する。

【0021】

エミッタ層３４はｎ型ＩｎＧａＰで形成される。ベース層３５はｐ型ＧａＡｓで形成される。コレクタ層３７はｎ型ＧａＡｓで形成される。なお、これらの半導体層を、他の化合物半導体、例えばＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等で形成してもよい。

【0022】

より具体的には、トランジスタ３０は、基板２０の主面の上に、エミッタ電極３１、コンタクト層３２、キャップ層３３、エミッタ層３４、ベース層３５、エッチング停止層３６、コレクタ層３７、サブコレクタ層３８、コレクタ電極３９、コレクタ配線４０の順に積層される。さらにトランジスタ３０は、絶縁物４５と、ベース層３５に電気的に接続されるベース電極４１と、エミッタ電極３１に電気的に接続されるエミッタ配線４２と、を有する。

【0023】

エミッタ電極３１は、基板側絶縁層２１の上に設けられた第１部分３１ａと、第１部分３１ａの上に設けられた第２部分３１ｂとを有する。第２部分３１ｂの第２方向Ｄｙでの幅は、第１部分３１ａの第２方向Ｄｙでの幅よりも小さい。また、第２部分３１ｂの第２方向Ｄｙでの幅は、エミッタ電極３１の上に積層されたコンタクト層３２、キャップ層３３及びエミッタ層３４の第２方向Ｄｙでの幅と等しい。エミッタ電極３１は、基板２０に形成された第１部分３１ａと、母基板１００（図３参照）に形成された第２部分３１ｂとが接合されて、一体に形成される。

【0024】

エミッタ電極３１の第２部分３１ｂの上に、コンタクト層３２、キャップ層３３、エミッタ層３４の順に積層される。また、絶縁物４５は、エミッタ電極３１の第１部分３１ａの上に設けられ、第２部分３１ｂ、コンタクト層３２、キャップ層３３及びエミッタ層３４と、第２方向Ｄｙで隣接して設けられる。より具体的には、第２方向Ｄｙで第２部分３１ｂ、コンタクト層３２、キャップ層３３及びエミッタ層３４は、２つの絶縁物４５の間に挟まれて配置される。絶縁物４５の高さは、第２部分３１ｂ、コンタクト層３２、キャップ層３３及びエミッタ層３４の合計の高さと等しい。ベース・エミッタ間の寄生容量を減らすために絶縁物４５は誘電率が低い材料が好ましい。例えば、ＳＩＯ、ポリイミド等が用いられる。絶縁物４５の誘電率は、エミッタ層３４の誘電率よりも低い。絶縁物４５の比誘電率は、例えば７以下程度であり、エミッタ層３４の誘電率は、例えば１２．９程度である。

【0025】

ベース層３５は、絶縁物４５及びエミッタ層３４の上に設けられる。すなわち、ベース層３５の第２方向Ｄｙでの幅は、エミッタ層３４の第２方向Ｄｙでの幅よりも大きい。第３方向Ｄｚで、絶縁物４５は、基板２０とベース層３５との間に設けられる。また、エミッタ電極３１は、絶縁物４５及びエミッタ層３４と、基板２０との間に設けられる。

【0026】

エッチング停止層３６は、ベース層３５の上に設けられる。エッチング停止層３６は、ベース層３５の上面全体を覆って設けられる。エッチング停止層３６は、ベース層３５と異なる材料で形成され、例えば、ＩｎＧａＰ、ＡｌＡｓ等で形成される。なお、本明細書において、「上面」とは上側、すなわち基板２０の主面に垂直な方向において、基板２０からコレクタ配線４０に向かう方向に向けられた面であり、「下面」とは下側、すなわちコレクタ配線４０から基板２０に向かう方向に向けられた面である。

【0027】

エッチング停止層３６の上にコレクタ層３７、サブコレクタ層３８、コレクタ電極３９の順に積層される。コレクタ層３７、サブコレクタ層３８及びコレクタ電極３９の第２方向Ｄｙでの幅は、ベース層３５の第２方向Ｄｙでの幅よりも小さい。言い換えると、ベース層３５は、コレクタ層３７、サブコレクタ層３８及びコレクタ電極３９が設けられた重畳領域と、コレクタ層３７、サブコレクタ層３８及びコレクタ電極３９が設けられない非重畳領域とを有する。

【0028】

また、コレクタ層３７、サブコレクタ層３８及びコレクタ電極３９は、エミッタ層３４と重畳する領域に設けられる。コレクタ層３７、サブコレクタ層３８及びコレクタ電極３９の第２方向Ｄｙでの幅は、エミッタ層３４の第２方向Ｄｙでの幅と等しいまたはより広い。

【0029】

ベース電極４１は、ベース層３５の上面の非重畳領域に設けられる。ベース電極４１は、ベース層３５のコレクタ層３７が設けられた面と同じ側の面に設けられる。また、第３方向Ｄｚで、エミッタ電極３１とベース電極４１との間に、絶縁物４５及びベース層３５が設けられる。

【0030】

コレクタ配線４０は、コレクタ電極３９の上に設けられ、コレクタ電極３９と電気的に接続される。エミッタ配線４２は、エミッタ電極３１の第１部分３１ａの上に設けられ、エミッタ電極３１と電気的に接続される。エミッタ配線４２は、絶縁物４５及びベース層３５と第２方向Ｄｙに隣り合って配置される。

【0031】

図３は、電力増幅器の製造方法を説明するための説明図である。図３に示すように、電力増幅器の製造方法では、まず、製造装置は、母基板１００の上に剥離層１０１をエピタキシャル成長させ、剥離層１０１の上に素子形成層１０２を形成する（ステップＳＴ１）。母基板１００は、ＧａＡｓ等の化合物半導体の単結晶基板が用いられる。素子形成層１０２には、図２に示したサブコレクタ層３８、コレクタ層３７、エッチング停止層３６、ベース層３５、エミッタ層３４、キャップ層３３及びコンタクト層３２が、この順で剥離層１０１の上に積層される。つまり、素子形成層１０２は、図２に示したトランジスタ３０の一部を、上下反転させた積層構造で形成される。これらの素子構造は、一般的な半導体プロセスにより形成される。図３では、素子形成層１０２に形成されている素子構造については記載を省略している。この段階では、素子形成層１０２に複数のトランジスタ３０に相当する素子構造が形成されており、個々のトランジスタ３０に分離されていない。

【0032】

次に、レジストパターン（図示せず）をエッチングマスクとして、素子形成層１０２及び剥離層１０１をパターニングする（ステップＳＴ２）。この段階で、素子形成層１０２はトランジスタ３０ごとに分離される。また、ステップＳＴ２では、エミッタ層３４、キャップ層３３及びコンタクト層３２及びエミッタ電極３１の第２部分３１ｂが、パターニングされ、絶縁物４５がベース層３５上に形成される。

【0033】

次に、エミッタ電極３１の第１部分３１ａが設けられた基板２０を用意し、基板２０に素子形成層１０２を貼り付ける（ステップＳＴ３）。この工程では、母基板１００の素子形成層１０２が形成された面が、基板２０の第１部分３１ａが設けられた主面と対向して配置される。基板２０に設けられた第１部分３１ａと、素子形成層１０２に設けられた第２部分３１ｂとが接合される。また、素子形成層１０２に設けられた絶縁物４５は、基板２０に設けられた第１部分３１ａと接する。

【0034】

次に、母基板１００及び素子形成層１０２に対して剥離層１０１を選択的にエッチングする。これにより、素子形成層１０２及び基板２０が母基板１００から剥離される（ステップＳＴ４）。剥離層１０１を選択的にエッチングするために、剥離層１０１として、母基板１００及び素子形成層１０２のいずれともエッチング耐性の異なる化合物半導体が用いられる。

【0035】

次に、素子形成層１０２の上面側にコレクタ電極３９を形成し、コレクタ層３７、サブコレクタ層３８をパターニングする（ステップＳＴ５）。この際、エッチング停止層３６により、非重畳領域のベース層３５のエッチングの進行が抑制される。これにより、コレクタ層３７、サブコレクタ層３８及びコレクタ電極３９の第２方向Ｄｙの幅が、ベース層３５の第２方向Ｄｙの幅よりも小さく形成される。

【0036】

次に、製造装置は、素子形成層１０２のベース層３５の上にベース電極４１を形成する（ステップＳＴ６）。さらに、必要に応じて、素子絶縁膜や、コレクタ配線４０、エミッタ配線４２及びベース配線４３（図６参照）や、導体突起５１（図６参照）等が形成される。以上のような工程で複数のトランジスタ３０を有する電力増幅器１０を製造できる。

【0037】

なお、上述した電力増幅器１０の構成及び製造方法はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、第１実施形態では、電力増幅器１０は複数のトランジスタ３０有しているが、１つのトランジスタ３０を有していてもよい。また、エミッタ電極３１は、第１部分３１ａと第２部分３１ｂとが積層されているが、これに限定されず、いずれか１層のみで形成されていてもよい。

【0038】

以上説明したように、第１実施形態の電力増幅器１０は、基板２０と、基板２０の主面に、この順で積層されたエミッタ層３４、ベース層３５及びコレクタ層３７を有する電力増幅器１０であって、エミッタ層３４と隣接して設けられる絶縁物４５と、エミッタ層３４及び絶縁物４５と、基板２０との間に設けられたエミッタ電極３１と、ベース層３５に電気的に接続されるベース電極４１と、コレクタ層３７に電気的に接続されるコレクタ電極３９と、を有する。基板２０の主面に垂直な方向で、エミッタ電極３１とベース電極４１との間に、絶縁物４５及びベース層３５が設けられる。

【0039】

これによれば、ベース電極４１は、ベース層３５の、コレクタ層３７と同じ側の面に設けられる。このため、ベース電極４１がベース層３５のエミッタ電極３１と同じ側の面に形成される構成に比べて、ベース配線は形成しやすく、エミッタ配線４２との距離が大きくなり、エミッタとベースとの間に形成される寄生容量を抑制することができる。この結果、電力増幅器１０は、高周波特性の低下を抑制することができる。

【0040】

また、ベース電極４１はベース層３５のコレクタ層３７と同じ側の面に設けられ、ベース電極４１の形状等の自由度を高めることができる。その結果、配線等の断線も防ぐことが可能となる。すなわち、ベース抵抗の低減を図るために、ベース電極４１を厚く形成した場合であっても、ベース電極４１から接続するベース引き出し配線の断線などを防ぐための十分な厚さを確保することが可能となる。

【0041】

また、ベース層３５のエミッタ層３４と非重畳領域に絶縁物４５が設けられているので、非重畳領域でのベース層３５とエミッタ電極３１との間の高抵抗化を図ることができる。すなわち、絶縁物４５の存在により、ベース－エミッタ接合面積は、ベース－コレクタ接合面積と同程度またはより小さく形成される。この結果、電力増幅器１０は増幅率の向上を図ることができる。

【0042】

また、電力増幅器１０は、基板２０の主面とエミッタ電極３１との間に設けられた基板側絶縁層２１を有する。これによれば、電力増幅器１０は、基板２０と、トランジスタ３０のエミッタ電極３１との間のリーク電流及び基板２０の寄生容量を抑制することができる。

【0043】

また、電力増幅器１０において、コレクタ電極３９は、ベース層３５のベース電極４１が設けられた面と同じ面側に設けられ、平面視でベース電極４１と隣り合って配置される。これによれば、電力増幅器１０は、コレクタ層３７及びコレクタ電極３９を基板２０側に設けた構成に比べて、コレクタ容量の増大を抑制することができる。

【0044】

また、電力増幅器１０において、絶縁物４５の誘電率は、エミッタ層３４の誘電率よりも低い。これによれば、ベース電極４１とエミッタ電極３１との間に、低誘電率材料である絶縁物４５が設けられるので、エミッタとベースとの間に形成される寄生容量を抑制することができる。

【0045】

また、電力増幅器１０において、基板２０の熱伝導率は、エミッタ層３４、ベース層３５及びコレクタ層３７のいずれの熱伝導率よりも高くすることができる。これによれば、トランジスタ３０のエミッタ電極３１から基板２０に伝導された熱を、基板２０内に十分拡散させて効率的に放熱させることができる。

【0046】

また、電力増幅器１０において、基板２０の主面に垂直な方向で、ベース層３５とコレクタ層３７との間にエッチング停止層３６が設けられている。これによれば、エッチング停止層３６は、ベース層３５のエッチングの進行を抑制することができる。したがって、ベース層３５及びエッチング停止層３６の上に形成されたコレクタ層３７及びサブコレクタ層３８を、エッチングにより良好にパターニングすることができる。エッチング停止層３６の膜厚は３～５ｎｍで、コレクタ層３７に流れる電子に対してトンネル効果が生じ、電力増幅器１０の特性低下を抑制することができる。

【0047】

（第１実施形態の変形例）
図４は、第１実施形態の変形例に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態と同じ構成要素には、同じ参照符号を付して、説明を省略する。図４に示すように、第１実施形態の変形例の電力増幅器１０Ａは、上述した第１実施形態に比べて、基板側絶縁層２１及びエッチング停止層３６が設けられていない構成が異なる。

【0048】

すなわち、エミッタ電極３１（第１部分３１ａ）は、基板２０の主面に直接設けられている。第１実施形態の変形例では、エミッタ電極３１と基板２０との間に基板側絶縁層２１が設けられていないため、トランジスタ３０Ａで発生した熱がエミッタ電極３１から基板２０に良好に伝導される。この結果、電力増幅器１０Ａは、放熱特性を向上させることができる。

【0049】

また、コレクタ層３７は、第３方向Ｄｚで、ベース層３５の上に直接接して設けられている。第１実施形態の変形例では、電力増幅器１０Ａはダブルヘテロ接合型バイポーラトランジスタ（ＤＨＢＴ）が用いられる。ベース層３５は、コレクタ層３７と異なる材料で形成されている。ベース層３５の材料として、例えばＩｎＰが用いられ、コレクタ層３７の材料として、例えばＩｎＧａＡｓが用いられる。これにより、コレクタ層３７及びサブコレクタ層３８を、エッチングによりパターニングしつつ、ベース層３５の非重畳領域の部分のエッチングの進行を抑制することができる。

【0050】

なお、第１実施形態の変形例では、基板側絶縁層２１及びエッチング停止層３６の両方がない構成を説明したが、これに限定されない。例えば、基板側絶縁層２１が設けられ、エッチング停止層３６がない構成であってもよいし、基板側絶縁層２１がなく、エッチング停止層３６が設けられた構成であってもよい。

【0051】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。第２実施形態では、上述した第１実施形態及び第１実施形態の変形例とは異なり、電力増幅器１０Ｂが、基板２０の主面に形成された少なくとも１つの基板側トランジスタ２７を有する構成について説明する。

【0052】

基板側トランジスタ２７は、例えばシリコン系のＭＯＳトランジスタまたはシリコン系のバイポーラトランジスタである。また、基板側トランジスタ２７は、ＣＭＯＳ構造であってもよい。

【0053】

基板２０の主面には、基板側トランジスタ２７を覆って多層配線構造２１Ａが設けられている。多層配線構造２１Ａは、複数の配線２５及び複数のビア２６を含む。基板側トランジスタ２７は、多層配線構造２１Ａの少なくとも１つの配線２５及びビア２６に電気的に接続されている。

【0054】

第２実施形態では、基板２０の主面に設けられた基板側トランジスタ２７で構成される電子回路と、多層配線構造２１Ａの上に設けられたトランジスタ３０等の半導体素子で構成される電子回路とが、多層配線構造２１Ａを介して電気的に接続される。このため、化合物半導体系の半導体素子と、単体半導体系（シリコン系）の半導体素子とを、モジュール基板等を介すことなく、電力増幅器１０Ｂで接続することができる。これにより、電力増幅器１０Ｂは小型化を図ることができる。なお、モジュール基板には化合物半導体系の半導体素子と、単体半導体系（シリコン系）の半導体素子とを含む電力増幅器、その他の受動部品、その他の能動部品が配置される。このモジュール基板が、高周波モジュールを構成しマザーボードに実装される。

【0055】

なお、基板側トランジスタ２７及び多層配線構造２１Ａの上に形成されるトランジスタ３０の構成は、異なっていてもよい。例えば、第２実施形態は、上述した第１実施形態の変形例のトランジスタ３０Ａと組み合わせることができる。

【0056】

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す平面図である。第３実施形態では、上述した第１実施形態、第２実施形態及び第１実施形態の変形例とは異なり、電力増幅器１０Ｃが、容量素子５７及び抵抗素子５８を有する構成について説明する。

【0057】

図６に示すように、容量素子５７及び抵抗素子５８は、複数のトランジスタ３０のそれぞれに接続される。電力増幅器１０Ｃは、さらに、ＲＦ入力配線５５及びバイアス入力配線５９を有する。ＲＦ入力配線５５及びバイアス入力配線５９は、それぞれ第２方向Ｄｙに延在し、第１方向Ｄｘに隣り合って配列される。ＲＦ入力配線５５は、トランジスタ３０のベースに高周波入力信号を供給する配線である。バイアス入力配線５９は、トランジスタ３０のベースにベースバイアス信号（直流電圧信号）を供給する配線である。

【0058】

複数の抵抗素子５８は、バイアス入力配線５９に並列に接続される。抵抗素子５８の一端側は、バイアス入力配線５９に接続され、抵抗素子５８の他端側は、対向電極５６に接続される。対向電極５６は、ＲＦ入力配線５５と対向して配置される。容量素子５７は、対向して配置されるＲＦ入力配線５５の一部と、対向電極５６とで形成される。複数のトランジスタ３０に共通のＲＦ入力配線５５が設けられ、複数のトランジスタ３０ごとに複数の対向電極５６が設けられる。対向電極５６は、ベース配線４３及びコンタクトホールＨ６（図７参照）を介してトランジスタのベース電極４１に電気的に接続される。

【0059】

電力増幅器１０Ｃは、さらに、コレクタ引出配線５０、エミッタ引出配線５２及び導体突起５１、５３を有する。コレクタ引出配線５０は、複数のトランジスタ３０を覆って第２方向Ｄｙに延在する。コレクタ引出配線５０は、複数のトランジスタ３０のコレクタ配線４０に接続される。導体突起５１は、コレクタ引出配線５０に重畳し、コンタクトホールＨ１を介してコレクタ引出配線５０と接続される。

【0060】

エミッタ引出配線５２は、複数のトランジスタ３０と第１方向Ｄｘに隣り合って配置され、第２方向Ｄｙに延在する。エミッタ引出配線５２は、複数のトランジスタ３０のエミッタ配線４２に接続される。導体突起５３は、エミッタ引出配線５２に重畳し、コンタクトホールＨ２を介してエミッタ引出配線５２と接続される。導体突起５１、５３をＣｕで形成し、その上にハンダを載せた構造は、「Ｃｕピラーバンプ」といわれる。なお、導体突起５１、５３として、Ａｕバンプのように上面にハンダを載せない構造のものを用いてもよい。このような構造の突起は、「ピラー」ともいわれる。また、導体突起５１、５３として、パッド上に導体柱を立てた構造のものを採用してもよい。このような構造の導体突起は、「ポスト」ともいわれる。また、導体突起５１、５３としてハンダをリフローさせてボール状にしたボールバンプを用いてもよい。導体突起５１、５３として、これらの種々の構造のものの他にも、基板から突出した導体を含む種々の構造のものを用いることができる。

【0061】

図７は、図６の１つのトランジスタ、このトランジスタに接続される１つの容量素子及び一つの抵抗素子を拡大して示す平面図である。図８は、図７のＡ－Ａ’断面及びＢ－Ｂ’断面を示す断面図である。図７に示すように、ベース配線４３は第１方向Ｄｘに延在する。ベース配線４３の一端側は対向電極５６に接続され、ベース配線４３の他端側は、トランジスタ３０を覆う絶縁層（図示しない）に設けられたコンタクトホールＨ６を介して、ベース電極４１の接続部４１ｃに接続される。

【0062】

コレクタ配線４０は、コレクタ電極３９に重畳して設けられ、第１方向Ｄｘに延在する。コレクタ配線４０は、トランジスタ３０を覆う絶縁層（図示しない）に設けられたコンタクトホールＨ５を介してコレクタ電極３９に接続される。

【0063】

エミッタ配線４２は、エミッタ電極３１の、ベース層３５が設けられていない領域に重畳して設けられ、第１方向Ｄｘに延在する。エミッタ配線４２は、トランジスタ３０を覆う絶縁層（図示しない）に設けられたコンタクトホールＨ４を介してエミッタ電極３１に接続される。本実施形態では、平面視で、２つのエミッタ配線４２は、第２方向Ｄｙに隣り合って設けられる。２つのエミッタ配線４２の間にコレクタ配線４０が配置される。

【0064】

図８に示すように、容量素子５７は、基板２０の上に形成される。つまり、容量素子５７及びトランジスタ３０は、同じ基板２０の上に形成される。基板側絶縁層２１の上に、対向電極５６、絶縁層６１、６２、ＲＦ入力配線５５の順に積層される。絶縁層６２には、コンタクトホールＨ７が設けられており、ＲＦ入力配線５５はコンタクトホールＨ７の内部にも設けられる。ＲＦ入力配線５５は、コンタクトホールＨ７の底部で、絶縁層６１を介して対向電極５６と対向する。このような構成で、容量素子５７が形成される。

【0065】

また、図８では図示を省略しているが、抵抗素子５８及びバイアス入力配線５９（図６、７参照）も基板２０上に形成される。抵抗素子５８及びバイアス入力配線５９は、対向電極５６と同層に設けられていてもよいし、ＲＦ入力配線５５と同層に設けられてもよい。あるいは、抵抗素子５８及びバイアス入力配線５９は、容量素子５７と別の層を利用してもよい。

【0066】

第３実施形態では、複数のトランジスタ３０、容量素子５７、抵抗素子５８及び各種配線が同一の基板２０の主面に設けられる。すなわち、電力増幅器１０Ｃは、複数のトランジスタ３０を含む複数の回路素子が、同一の基板２０に集積されて、増幅回路として形成される。したがって、電力増幅器１０Ｃは、各素子を別の基板に形成した構成に比べて小型化を図ることができる。

【0067】

（第３実施形態の変形例）
図９は、第３実施形態の変形例に係る１つのトランジスタ、このトランジスタに接続される１つの容量素子及び一つの抵抗素子を拡大して示す平面図である。第３実施形態の変形例では、上述した各実施形態及び第１実施形態の変形例と異なり、トランジスタ３０に１つのエミッタ配線４２が接続される構成について説明する。

【0068】

図９に示すように、エミッタ電極３１の第１方向Ｄｘでの幅は、ベース層３５の第１方向Ｄｘでの幅よりも大きく形成される。エミッタ配線４２は、平面視で、ベース層３５、ベース電極４１及びコレクタ配線４０と、第１方向Ｄｘに隣り合って設けられる。エミッタ配線４２の一端側は、トランジスタ３０を覆う絶縁層（図示しない）に設けられたコンタクトホールＨ８を介してエミッタ電極３１に接続される。

【0069】

本変形例では、ベース配線４３、コレクタ配線４０及びエミッタ配線４２は、それぞれ第１方向Ｄｘに延在し、一直線上に配置される。これにより、第２方向Ｄｙでのトランジスタ３０Ｂの小型化を図ることができる。また、複数のトランジスタ３０Ｂを第２方向Ｄｙに配列したマルチセル構造の電力増幅器１０Ｄでは、複数のトランジスタ３０Ｂの配置ピッチを小さくすることができ、第２方向Ｄｙでの小型化を図ることができる。

【0070】

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。第４実施形態の電力増幅器１０Ｅでは、上述した各実施形態及び各変形例とは異なり、エミッタ電極３１Ａが基板２０の主面に設けられない構成について説明する。

【0071】

具体的には、トランジスタ３０Ｃは、基板２０の主面に直接設けられる。第４実施形態では、基板２０の主面に基板側絶縁層２１及び第１部分３１ａ（図２参照）は設けられていない。基板２０の、コンタクト層３２、キャップ層３３及びエミッタ層３４と重畳する領域には、貫通孔Ｈ９が設けられる。言い換えると、貫通孔Ｈ９の主面側の開口を覆ってコンタクト層３２が設けられる。エミッタ電極３１Ａは、貫通孔Ｈ９の内壁に設けられるとともに、コンタクト層３２の下面と接する。これにより、エミッタ電極３１Ａは、貫通孔Ｈ９、コンタクト層３２及びキャップ層３３を介してエミッタ層３４と電気的に接続される。

【0072】

トランジスタ３０Ｃの絶縁物４５は、貫通孔Ｈ９と重畳しない領域で、基板２０の主面に直接接して設けられる。また、絶縁物４５は、第３方向Ｄｚで、基板２０の主面とベース層３５との間に設けられる。絶縁物４５は、コンタクト層３２、キャップ層３３及びエミッタ層３４と隣接して設けられる。絶縁物４５は、エミッタ電極３１Ａの一部（第２部分３１ｂ（図２参照））とは隣接していない。

【0073】

エミッタ電極３１Ａは、母基板１００（図３参照）に形成されたトランジスタ３０Ｃを基板２０に貼り付けた後、基板２０の裏面側から蒸着などの薄膜法により形成することができる。なお、エミッタ電極３１Ａの形成方法は、蒸着に限定されず、印刷法など他の方法であってもよい。

【0074】

本実施形態では、エミッタ電極３１Ａは、エミッタ層３４と重畳する領域に設けられる。すなわち、ベース層３５の非重畳領域と対向する第１部分３１ａ（図２参照）が設けられない。このため、第４実施形態の電力増幅器１０Ｅが有するトランジスタ３０Ｃでは、上述した各実施形態に比べて、ベース－エミッタ間の寄生容量を低減することができる。

【0075】

図１１は、第４実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ’断面図である。図１１及び図１２に示すように、エミッタ配線４２Ａは、エミッタ電極３１Ａ及び貫通孔Ｈ９を覆って、基板２０の裏面側に形成される。図１１に示すように、基板２０の主面側には、エミッタ電極３１Ａ及びエミッタ配線４２Ａは設けられない。このため、平面視での、トランジスタ３０Ｃの第２方向Ｄｙでの幅は、ベース層３５の第２方向Ｄｙでの幅で規定される。このような構成により、複数のトランジスタ３０Ｃを第２方向Ｄｙに配列したマルチセル構造の電力増幅器１０Ｅでは、複数のトランジスタ３０Ｃの配置ピッチを小さくすることができ、第２方向Ｄｙでの小型化を図ることができる。

【0076】

また、図１２に示すように、複数のコレクタ配線４０の上に、コレクタ引出配線５０及び導体突起５１が積層される。導体突起５１の上にはんだ６４が設けられる。

【0077】

なお、貫通孔Ｈ９の主面側の開口の幅は、コンタクト層３２の幅と同じ大きさで形成されている。ただし、これに限定されず、貫通孔Ｈ９の主面側の開口の幅は、コンタクト層３２の幅と異なっていてもよい。また、図１２では、基板２０の裏面に基板裏面側絶縁層２２が設けられている。ただし、基板裏面側絶縁層２２はなくてもよい。

【0078】

（第５実施形態）
図１３は、第５実施形態に係る電力増幅器を模式的に示す断面図である。第５実施形態の電力増幅器１０Ｆでは、上述した各実施形態及び各変形例とは異なり、コレクタ配線４０及びエミッタ配線４２の直上に導体突起７２、７５が設けられる構成について説明する。

【0079】

図１３に示すように、コレクタ電極３９に接続されたコレクタ配線４０の上に、下地金属層７１、導体突起７２、はんだ７３の順に設けられる。また、エミッタ電極３１に接続されたエミッタ配線４２の上に、下地金属層７４、導体突起７５、はんだ７６の順に設けられる。

【0080】

導体突起７２、７５は、例えば、Ｃｕピラーバンプであり、電界メッキ法により形成される。ただし、導体突起７２、７５は、例えば、ハンダバンプやスタッドバンプでもよく、Ａｕ等の他の金属材料により構成されてもよい。下地金属層７１、７４は、導体突起７２、７５を形成する際のメッキ種電極である。

【0081】

本実施形態では、導体突起７２、７５が設けられていることにより、トランジスタ３０Ｄの上面側の放熱特性を向上させることができる。また、導体突起７２、７５がコレクタ配線４０及びエミッタ配線４２の直上に設けられ、コレクタ引出配線５０、エミッタ引出配線５２（図６参照）が設けられていないので、積層構造を簡易にできる。

【0082】

なお、上記した実施の形態は、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／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

【符号の説明】

【0083】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ 電力増幅器
２０ 基板
２１ 基板側絶縁層
２１Ａ 多層配線構造
２２ 基板裏面側絶縁層
２７ 基板側トランジスタ
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ トランジスタ（ＨＢＴ）
３１、３１Ａ エミッタ電極
３２ コンタクト層
３３ キャップ層
３４ エミッタ層
３５ ベース層
３６ エッチング停止層
３７ コレクタ層
３８ サブコレクタ層
３９ コレクタ電極
４０ コレクタ配線
４１ ベース電極
４２ エミッタ配線
４３ ベース配線
４５ 絶縁物
５０ コレクタ引出配線
５１、５３、７２、７５ 導体突起
５２ エミッタ引出配線
５５ ＲＦ入力配線
５６ 対向電極
５７ 容量素子
５８ 抵抗素子
５９ バイアス入力配線
１００ 母基板
１０１ 剥離層
１０２ 素子形成層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】