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特表2022-550464性能向上のために操作した固有キャパシタンスを有する無線周波数トランジスタ増幅器
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-01
(54)【発明の名称】性能向上のために操作した固有キャパシタンスを有する無線周波数トランジスタ増幅器
(51)【国際特許分類】
H03F 1/32 20060101AFI20221124BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20221124BHJP
H03F 3/24 20060101ALI20221124BHJP
【ＦＩ】
H03F1/32
H01L29/80 H
H03F3/24
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022520539
(86)(22)【出願日】2020-09-15
(85)【翻訳文提出日】2022-05-30
(86)【国際出願番号】 US2020050875
(87)【国際公開番号】W WO2021067028
(87)【国際公開日】2021-04-08
(31)【優先権主張番号】16/590,465
(32)【優先日】2019-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592054856
【氏名又は名称】ウルフスピード インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＷＯＬＦＳＰＥＥＤ，ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ムー、キアンリー
(72)【発明者】
【氏名】モクティー、ズラーズミ
(72)【発明者】
【氏名】グオ、ジア
(72)【発明者】
【氏名】シェパード、スコット
【テーマコード（参考）】
5F102
5J500
【Ｆターム（参考）】
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD01
5F102GJ01
5F102GJ02
5F102GJ03
5F102GJ04
5F102GJ05
5F102GJ06
5F102GJ10
5F102GL04
5F102GM04
5F102GQ01
5F102GS09
5J500AA01
5J500AA41
5J500AC18
5J500AC26
5J500AF16
5J500AH16
5J500AH24
5J500AM19
5J500AQ02
5J500AQ03
5J500AS14
5J500AT02
5J500NG01
5J500WU08
(57)【要約】
窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器は、窒化ガリウム系のチャネル層及びその上の窒化ガリウム系のバリア層を有する半導体構造体を含み、特定の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成される。これらの増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、ここで第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、前記窒化ガリウム系のバリア層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、
前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
ＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項2】
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間である前記ドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、請求項１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項3】
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間である前記ドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、請求項１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項4】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項5】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項6】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項7】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項8】
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、請求項７に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項9】
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満である、請求項１から８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項10】
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、前記窒化ガリウム系のチャネル層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンスを有するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、
ＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項11】
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、請求項１０に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項12】
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について２倍未満だけ変わる、請求項１０に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項13】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
請求項１０から１２までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項14】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項15】
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項16】
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３２ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり４×１０－１５ファラッド未満である、請求項１０から１５までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項17】
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満である、請求項１０から１５までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項18】
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり６×１０－１５ファラッド未満である、請求項１０から１７までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項19】
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満である、請求項１０から１８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、その全体の内容が引用により本明細書に組み込まれる２０１９年１０月２日出願の米国特許出願第１６／５９０，４６５号の優先権を主張するものである。
【0002】
本明細書において説明される発明の概念は、マイクロエレクトロニック・デバイスに関し、特に無線周波数（「ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」）トランジスタ増幅器に関する。
【背景技術】
【0003】
例えば、５００ＭＨｚ～１０ＧＨｚ周波数範囲内の無線周波数などの高周波数で動作しながら、大電力取り扱い能力を要求される電気回路が、近年ますます普及してきている。大電力、高周波数回路の増加のために、大電力負荷を取り扱うことが可能なままでこれらの周波数で信頼性良く動作することが可能であるＲＦトランジスタ増幅器に対する要求が対応して増大してきている。
【0004】
シリコン半導体材料が、比較的低電力、低周波数用途では広く使用されている。シリコンは、しかしながら、例えば、比較的小さなバンドギャップ（室温でＳｉについて１．１２ｅＶ）及び比較的小さな破壊電圧のために、多くの大電力及び／又は高周波数用途にとって十分に適していないことがある。
【0005】
炭化ケイ素（「ＳｉＣ」）並びに例えば、窒化ガリウム（「ＧａＮ」）及び窒化アルミニウム・ガリウム（「ＡｌＧａＮ」）などの窒化ガリウム系の材料などのワイド・バンドギャップ半導体材料は、これらの半導体材料が、はるかに大きなバンドギャップ（例えば、室温でアルファＳｉＣについて２．９９６ｅＶ及びＧａＮについて３．３６ｅＶ）を有するので、大電力、高周波数動作用のトランジスタ増幅器を製造するために典型的に使用される。大電力及び／又は高周波数用途にとって特に関心のあるデバイスは、窒化ガリウム系の高電子移動度トランジスタ（「ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」）である。
【0006】
窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスは、複数の窒化ガリウム系の半導体層を含む半導体構造体に形成される。半導体構造体は、例えばＧａＮ又はＳｉＣ基板などの半導体基板を含むことができる。半導体構造体内の窒化ガリウム系の層は、チャネル層及びバリア層を含むことができる。バリア層（例えば、ＡｌＧａＮ層）は、チャネル層（例えば、ＧａＮ層又はＡｌＧａＮバリア層よりも低いアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮ層）よりも大きなバンドギャップ・エネルギーを有することがある。ソース・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクトは、バリア層がコンタクトとチャネル層との間にあるように半導体構造体上に形成される。ソース・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクトは、例えば、半導体材料、金属及び／又は金属合金などの導電性材料から形成されることがある。
【0007】
二次元電子ガス（「２ＤＥＧ：ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ」）は、適切な電圧がソース・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクトに印加されるときにチャネル層とバリア層とのヘテロ接合のところに形成されることがある。チャネル層は、より広いバンドギャップのバリア層よりも高い電子親和力を持つことがある。２ＤＥＧは、チャネル層の上側表面における蓄積層であり、比較的高いシート電子濃度を含むことができる。加えて、より広いバンドギャップのバリア層に由来する電子は、２ＤＥＧへ移動することができ、イオン化した不純物散乱の減少のために比較的大きな電子移動度を可能にする。比較的高いキャリア濃度とキャリア移動度とのこの組み合わせは、ＨＥＭＴに比較的大きなトランスコンダクタンスを与えることができ、そして高周波数用途用の金属－半導体電界効果トランジスタ（「ＭＥＳＦＥＴＳ：ｍｅｔａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」）よりも性能優位性を提供できる。
【0008】
種々のタイプの窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスが実証されてきている。例えば、米国特許第５，１９２，９８７号、第５，２９６，３９５号及び第６，３１６，７９３号は、実例のＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴデバイスを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許第５，１９２，９８７号
【特許文献2】米国特許第５，２９６，３９５号
【特許文献3】米国特許第６，３１６，７９３号
【特許文献4】米国特許第９，６７９，９８１号
【特許文献5】米国特許出願第１６／３５６，２３４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、窒化ガリウム系のバリア層上のソース・コンタクトと、窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトとを含む。これらのＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成される。第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である。
【0011】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わることがある。
【0012】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わることがある。
【0013】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0014】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0015】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0016】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0017】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成されることがある。
【0018】
いくつかの実施例では、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が、４８ボルトと５５ボルトとの間であることがあり、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満であることがある。
【0019】
本発明のさらなる実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、窒化ガリウム系のチャネル層上のソース・コンタクトと、窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトとを含む。これらのＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンスを有するように構成される。ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる。
【0020】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わることがある。
【0021】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について２倍未満だけ変わることがある。
【0022】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、そして第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満であることがある。
【0023】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0024】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成されることがある。
【0025】
いくつかの実施例では、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３２ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり４×１０－１５ファラッド未満であることがある。
【0026】
いくつかの実施例では、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満であることがある。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】従来型の窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ソース間キャパシタンスが入力ＲＦ信号のドレイン－ソース間電圧の振れに基づいてどのように変わるかを図示するグラフである。
【図2A】２つの異なるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ソース間キャパシタンス応答を図示するグラフである。
【図3A】４つの異なるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を図示するグラフである。
【図5A】従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計について及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのシミュレーションしたドレイン－ソース間キャパシタンス応答のグラフである。
【図7A】本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器の模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明のいくつかの実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、各々が窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を有する半導体構造体を含む。ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが、窒化ガリウム系のバリア層上に設けられ、そしてゲート・コンタクトがソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上に設けられる。ＲＦトランジスタ増幅器を、例えば、４８ボルトなどの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作させることができる。ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において（例えば、４８ボルトで）第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において（例えば、３２ボルトで）第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成される。本明細書では、ゲートがオフであるときにある特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスは、ＲＦトランジスタ増幅器の出力パワー・レベルに基づいて規格した特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器の（すなわち、ワット当たりのファラッドの単位での）オフ状態ドレイン－ゲート間キャパシタンスを指す。第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスは、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である。結果として、ＲＦトランジスタ増幅器は、ＲＦトランジスタ増幅器の多くの又はすべてのドレイン－電圧振れに対して比較的直線的な規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有し、これが増幅器性能の改善という結果になることがある。
【0029】
いくつかの実施例では、これらのＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２（例えば、４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧について２４ボルト）と直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍（例えば、４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧について９６ボルト）との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わることがある。加えて、ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２（５０％）に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間バイアス電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性、より好ましくは少なくとも８５％の対称性、又は少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有する（すなわち、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトであるときには３６～６０ボルトのドレイン－ソース間電圧値の範囲にわたって少なくとも８０％の対称性を維持する）ように構成されることがある。下記にさらに説明されるように、本明細書では、特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスは、ＲＦトランジスタ増幅器の出力パワー・レベルに基づいて規格化した特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンスを指す。
【0030】
本発明のさらなる実施例にしたがって、例えば、４８ボルトなどの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧レベルで動作する窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器が提供される。ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるすべてのドレイン－ソース間電圧について４倍未満だけ変わる規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するように構成される。
【0031】
本発明の実施例が、添付の図を参照して下記により詳しく説明される。
【0032】
ＲＦトランジスタ増幅器の出力パワー、ゲイン、効率並びにＡＭ／ＡＭ歪及びＡＭ／ＰＭ歪に関する直線性などのＲＦトランジスタ増幅器の様々な性能パラメータは、例えば、飽和ドレイン電流（Ｉｄｓａｔ）、トランスコンダクタンス（ｇｍ）、動作中のドレイン－ソース抵抗（Ｒｄｓ－ｏｎ）、並びにドレイン－ソース間キャパシタンス（「Ｃｄｓ」）、ドレイン－ゲート間キャパシタンス（「Ｃｄｇ」）及びゲート－ソース間キャパシタンス（「Ｃｇｓ」）を含めデバイス内部の様々な寄生固有キャパシタンスを含むデバイスの様々な固有特性に直接関係することがある。本発明は、様々な動作条件下でＡＭ／ＡＭ歪性能及びＡＭ／ＰＭ歪性能並びに／又は効率の改善を実現するように、寄生固有ドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ、Ｃｄｇが操作される窒化ガリウム系のＲＦ ＨＥＭＴトランジスタ増幅器に向けられる。
【0033】
ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓは、ドレイン－ソース間電圧（「Ｖｄｓ」）の関数として変わる。窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器の典型的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答が、図１に図示され、そしてドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓがドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓレベルの減少とともに一般に増加することを示す。当業者には理解されるように、動作では、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧（「Ｖｄｓ－ＤＣ」）がＲＦトランジスタ増幅器に印加され、そして増幅されるべきＲＦ信号がＲＦトランジスタ増幅器のゲートに与えられる。図１のグラフによって示されるように、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの変動又は「振れ」の大きさは、ＲＦトランジスタ増幅器のゲートに与えられるサイン波ＲＦ入力信号のパワーの関数である。図１のグラフは、２つの異なる大きさのＲＦ入力信号Ｓ１及びＳ２についてのドレイン－ソース間電圧振れを図示する。図１に示したように、ＲＦ入力信号の大きさが大きいほど、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの振れが大きくなり、そしてこれゆえ、ドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの変動が大きくなる。動作中に生じるだろうドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの範囲は、図１に示された「使用したＣｄｓ範囲」であり、これは直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧の全振れについてのドレイン－ソース間キャパシタンス値に対応する。
【0034】
ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非直線性は、ＲＦトランジスタ増幅器の出力のＡＭ／ＰＭ歪の一因となることがある。ＡＭ／ＰＭ歪は、増幅器の非直線性に起因して生じる出力ＲＦ信号の位相の振幅に依存する歪を指す。ＡＭ／ＰＭ歪は、通信システム内の（周波数の点で）隣接するチャネルと干渉することがあるスペクトラム・リグロース（相互変調積）を引き起こすことがある。このように、通信システム管理者は、通信システムにおいて使用する構成部品のＡＭ／ＰＭ歪レベルに厳格な必要条件を設定することがある。
【0035】
図１に示したように、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、入力ＲＦ信号のサイン波状の振れとともに変わる。本発明は、一部では、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答がドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの全体の大きさ又は「振れ」に対して直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で実質的に対称である場合の認識から生じ、そのときには、ドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓは、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも下のドレイン－ソース間電圧値で示されるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの大きい方の値が、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも上のドレイン－ソース間電圧値で示されるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの小さい方の値によって打ち消されるので、直線であるように実効的に現れることがある。しかしながら、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答がドレイン－ソース間電圧振れの少なくとも一部分について直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で非対称である場合には、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも上のドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの小さい方の値が、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも下の大きい方のドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値を最早完全には打ち消さない。この状況では、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、直線的でないように現れ、そして直線的でない応答がＡＭ／ＰＭ歪を発生させる。
【0036】
図２Ａ及び図２Ｂは、ドレイン－ソース間電圧振れの範囲内であるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非対称性がＡＭ／ＰＭ歪の増加をどのようにもたらすことがあるかを図示する。特に図２Ａは、第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器設計に対応する２つの異なるドレイン－ソース間キャパシタンス応答を図示するグラフであり、図２Ｂは、図２Ａの曲線を生成するために使用した第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器設計について出力パワーの関数としてのシミュレーションしたＡＭ／ＰＭ歪を図示するグラフである。第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器設計の両者とも、４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣでバイアスされる。
【0037】
図２Ａを先ず参照して、第１のＲＦトランジスタ増幅器設計に対応するドレイン－ソース間キャパシタンス応答１０は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で高いレベルの対称性を有する。対照的に、第２のＲＦトランジスタ増幅器設計に対応するドレイン－ソース間キャパシタンス応答１２は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧値の比較的小さな範囲（すなわち、約１０ボルトの範囲）について対称であるに過ぎない。
【0038】
図２Ｂは、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非対称性が、ＡＭ／ＰＭ歪に対して有することがある強い影響を図示する。特に図２Ｂの曲線２０及び２２は、それぞれ、図２Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答１０、１２を有する第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器についての出力パワーの関数としてのＡＭ／ＰＭ歪レベルを示す。図２Ｂの曲線２０、２２は、ＲＦトランジスタ増幅器の様々な異なる非直線性からもたらされるＡＭ／ＰＭ歪を含み、そのため、ＡＭ／ＰＭ歪性能に対する異なるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の強い影響を示す図２Ｂの２つの曲線２０、２２の間の比較である。図２Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答曲線１０に対応する図２Ｂの曲線２０によって示されるように、ＡＭ／ＰＭ歪は、約１０ｄＢｍに至るまでの出力パワー・レベルでほとんど存在せず、次いで約３３ｄＢｍの出力パワーに至るまで緩やかに増加する勾配で徐々に増加し始め、そしてその後で、ＡＭ／ＰＭ歪性能は非常に早く悪化する。図２Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答曲線１２に対応する図２Ｂの曲線２２によって示されるように、ＡＭ／ＰＭ歪レベルは、約２３ｄＢｍの出力パワー・レベルに至るまで非常に密接に曲線２０の跡を追うが、次いで、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、非常に早く悪化し始める。このように、図２Ｂは、対称なドレイン－ソース間キャパシタンス応答１０を有する第１のＲＦトランジスタ増幅器が、ほぼ同じ量のＡＭ／ＰＭ歪を発生させながら非対称なドレイン－ソース間キャパシタンス応答１２を有する第２のＲＦトランジスタ増幅器よりも６～７ｄＢｍ高い出力パワー・レベルで動作できることを示す。
【0039】
固有ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非直線性と同様に、固有ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の非直線性もまた、ＲＦトランジスタ増幅器の出力信号のＡＭ／ＰＭ歪につながることがある。図３Ａ及び図３Ｂは、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答がＡＭ／ＰＭ歪性能にどのように強い影響を及ぼすかを図示する。特に、図３Ａは、４つの異なるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を図示するグラフであり、図３Ｂは、図３Ａの曲線を生成するために使用した４つのＲＦトランジスタ増幅器設計についての出力パワーの関数としてのシミュレーションしたＡＭ／ＰＭ歪を図示するグラフである。ＲＦトランジスタ増幅器の４つすべてが、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣでバイアスされる。
【0040】
図３Ａに示したように、４つすべてのＲＦトランジスタ増幅器について、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、高いドレイン－ソース間電圧値で一定であり、次いで、一旦ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓは、キャパシタンスがはるかに速い速度で増加し始めるある一定の「ニー（knee）」電圧よりも下に低下すると着実に増加する。従来型のＲＦトランジスタ増幅器では、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の「ニー」は、典型的には、図３Ａの曲線３０によって示されるように、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣを超えるドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓで生じる（すなわち、ニー電圧は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも著しく高いＶｄｓ≒６２ボルトで生じる）。図３Ａに示した残りの３つのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答３２、３４、３６では、ニー電圧は、左へ（すなわち、より低いドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓレベルへ）シフトする。曲線３２では、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、Ｖｄｓ≒４０ボルトで急速に増加し始め、曲線３４では、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、Ｖｄｓ≒３１ボルトで急速に増加し始め、そして曲線３６では、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、Ｖｄｓ≒２３ボルトで急速に増加し始める。
【0041】
図３Ｂは、図３Ａの異なるドレイン－ゲート間キャパシタンス応答３０、３２、３４、３６が持つＡＭ／ＰＭ歪性能に対する強い影響を図示する。図３Ｂの曲線は、ＲＦトランジスタ増幅器の様々な異なる非直線性からもたらされるＡＭ／ＰＭ歪を含み、そのためＡＭ／ＰＭ歪性能に対する異なるドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の強い影響を示す図３Ｂの曲線同士の間の比較である。図３Ａのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答曲線３０に対応する図３Ｂの曲線４０は、従来型のＲＦトランジスタ増幅器についてのＡＭ／ＰＭ歪を図示する。図３Ｂに示したように、ＡＭ／ＰＭ歪は、約１０ｄＢｍに至るまでの出力パワー・レベルでほぼ存在せず、次いで約３３ｄＢｍの出力パワーに至るまで適度なレベルで増加し始め、この点でＡＭ／ＡＭ性能が非常に急速に悪化する。
【0042】
曲線４２、４４及び４６は、それぞれ、図３Ａのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答３２、３４、３６を有するＲＦトランジスタ増幅器についてのＡＭ／ＰＭ歪性能を図示する。図３Ｂに示したように、ＡＭ／ＰＭ歪曲線４２、４４、４６は、ほぼ同一の形状を有し、ＡＭ／ＰＭ歪が急速に悪化し始める出力パワー・レベルで異なるに過ぎない。曲線４２について、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、約２８ｄＢｍの出力パワー・レベルで急速に悪化し始め、曲線４４について、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、約３２ｄＢｍの出力パワー・レベルで急速に悪化し始め、そして曲線４６について、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、約３５ｄＢｍの出力パワー・レベルで急速に悪化し始める。
【0043】
２つの一般的な傾向を、図３Ａ及び図３Ｂから知ることができる。第１に、図３Ａで応答のニーが左へ行くほど（すなわち、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇがベースライン・レベルからはるかにより急速に増加し始めるドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが低いほど）、ＲＦトランジスタ増幅器のＡＭ／ＰＭ歪性能が良くなる。第２に、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇの増加の勾配もまた問題となる。このことは、図３Ｂでは曲線４２が曲線４０と交差するという事実により知ることができる。このことは、曲線３０の勾配が図３Ａの曲線３２の勾配より小さいという理由で生じ、約２５ボルトのドレイン－ソース間電圧で曲線３２が曲線３０と交差するという結果になる。
【0044】
ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答はまた、ＲＦトランジスタ増幅器のＡＭ／ＡＭ歪性能にも強い影響を及ぼす。ＲＦトランジスタ増幅器についてのＡＭ／ＡＭ特性は、ＲＦトランジスタ増幅器の増幅に依存するゲイン変動を指す。ドレイン－ゲート間キャパシタンス・レベルが増加するにつれて、ＲＦトランジスタ増幅器は、ゲイン圧縮を経験し始め、そしてドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の増加の勾配が大きいほど、生じるゲイン圧縮が大きくなる。ゲイン圧縮は、増幅器の出力パワー・レベルが増加するにつれて生じ得る増幅器のゲイン（ここでゲインは、入力信号のレベルが増幅器により大きくされる程度の尺度である）の減少を指す。典型的には、ＲＦトランジスタ増幅器のゲインは、低い出力パワー・レベルについて比較的一定で、そしてゲインは、出力パワー・レベルが増加するにつれて強度の増加とともに低下し始める。シリコン系のＲＦトランジスタ増幅器について、ゲイン応答は、比較的直線的な範囲からいく分か急峻に急速に減少する範囲へと移行する。窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器について、ゲイン応答は、比較的直線的な範囲からよりゆっくりと減少する範囲へと移行し（けれどもゲインは、高い出力パワー・レベルにおいて依然として急速に落ちる）、そして移行は、比較的低い出力パワー・レベルで生じる傾向がある。ゲインのこのより緩やかな減少は、典型的には「ソフト」ゲイン圧縮と呼ばれる。通信システムにとっての直線性必要条件は、増幅器が比較的低いゲイン圧縮レベルで（例えば、ピーク・ゲインの１～３ｄＢ以内で）動作することを典型的には必要とするので、ソフト・ゲイン圧縮は、一般に望ましくない。ソフト・ゲイン圧縮が窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器では比較的低い出力パワー・レベルで生じることがあるので、増幅器は、ゲイン圧縮の指定されたレベル内に留まるために比較的低い出力パワー・レベルで動作するように強いられることがある。多くのケースでは、直線性の必要な程度を実現するだろう最大出力パワー・レベルは、増幅器がそのピーク効率に達する出力パワー・レベルよりも十分に低いことがある。このように、所望の程度の直線性を維持するために、増幅器を低い出力パワー・レベルでそして低下した効率で動作させることが必要なことがあり、結果として高い運用コストになる。
【0045】
効率へのソフト・ゲイン圧縮の強い影響を、図４Ａ及び図４Ｂに見ることができる。特に、図４Ａは、図３Ａ及び図３Ｂの曲線を生成するために使用した４つのＲＦトランジスタ増幅器についての出力パワーの関数としてｄＢでのゲイン（左側の縦軸）及びドレイン効率（右側の縦軸）を図示するグラフである。図４Ｂは、同じ４つのＲＦトランジスタ増幅器設計についてのゲイン圧縮の関数としてのドレイン効率のグラフである。
【0046】
図４Ａを参照して、曲線５０、５２、５４、５６は、それぞれ、図３Ａの曲線３０、３２、３４、３６のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に対応する。見られるように、「ニー」がドレイン－ゲート間キャパシタンス応答で生じる図３Ａの左であるほど、対応するＲＦトランジスタ増幅器の最大ゲインが大きくなり、そして最大ゲインが生じる出力パワー・レベルが大きくなる。このように、図４Ａは、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のニーを左へ押すことが、ゲイン性能の改善という結果になることを示す。図４Ａの曲線６０、６２、６４、６６は、「ニー」がドレイン－ゲート間キャパシタンス応答で生じる図３Ａの左であるほど、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン効率が高くなることを示す。図４Ｂは、この効果をより明確に図示する。図４Ｂでは、曲線７０、７２、７４、７６は、それぞれ、図３Ａの曲線３０、３２、３４、３６のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に対応する。図４Ｂは、最も高い効率を有するＲＦトランジスタ増幅器設計もまた、ゲイン圧縮の最も低いレベルでその効率も達成すること、これらの増幅器がより効率的あるだけでなく、これらの増幅器がより直線的であることも意味することを示す。このように、ＲＦトランジスタ増幅器に対するドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善することによって、ＲＦトランジスタ増幅器のＡＭ／ＰＭ歪性能、直線性性能、ゲイン及び／又は効率を改善することを可能にすることがある。
【0047】
ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の形状もまた、負荷変調中にＲＦトランジスタ増幅器の効率性能にも影響を及ぼす。このような負荷変調は、ドハティ増幅器で生じる。図４Ｃは、図３Ａ～図３Ｂ及び図４Ａ～図４Ｂに示したデータを生成するために使用した４つのＲＦトランジスタ増幅器設計について負荷変調率の関数として３ｄＢゲイン圧縮でのドレイン効率を図示する。図４Ｃでは、曲線８０、８２、８４、８６は、それぞれ、図３Ａの曲線３０、３２、３４、３６のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に対応する。もう一度、曲線のニーが左へ押されるドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器設計が一般に最善の負荷変調性能を与えることを知ることができる。
【0048】
図２Ａを再び参照して、曲線１０は、従来型の窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ソース間キャパシタンス応答を図示する。示したように、このドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、比較的対称的である。図２Ｂを参照して上に論じたように、このような対称的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、ＡＭ／ＰＭ歪に対する減少した強い影響を有するドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓという結果になることがある。あいにく、しかしながら、曲線１０に示したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有する従来型の窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、典型的には不満足であり、そして著しいＡＭ／ＡＭ歪及びＡＭ／ＰＭ歪をもたらすことがある。例えば、デバイスにフィールド・プレートを追加することなどの様々なステップが、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善しようと試みるために行われることがある。しかしながら、これらのステップは、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の形状を悪化させる傾向があり、図２Ａの曲線１２により示されるようなドレイン－ソース間キャパシタンス応答という結果になる。
【0049】
従来は、寄生固有ドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ、Ｃｄｇが、設計プロセスでは別々に処理されてきている。例えば、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の直線性を改善するために適用された技術もまた、典型的にはドレイン－ソース間キャパシタンス応答にも強い影響を与える。このように、ＲＦトランジスタ増幅器設計が対称的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有する場合でさえ、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善しようとする努力は、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答を変化させることがあり、例えば、図２Ａに曲線１２として示したドレイン－ソース間キャパシタンス応答という結果をもたらす。この変調されたドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、直流バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧振れの小さな部分だけについて対称的であることがあり、これゆえ、より大きな入力信号がＲＦトランジスタ増幅器に与えられるときに著しいＡＭ／ＰＭ歪という結果をもたらすことがある。
【0050】
別々に寄生固有ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を最適化しようと試みることは、従来行われてきているように、最適に近い性能に導くことがある。出願人は、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の両者に対する設計変更の強い影響を考慮することによって、性能の改善が、ＲＦトランジスタ増幅器の目標の用途について実現され得ることを発見している。特に、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は両者とも、鍵となるＲＦトランジスタ増幅器性能パラメータ（例えば、ＡＭ／ＰＭ歪、ゲイン、効率、ゲイン圧縮、等）を悪化させることがあり、そしてそれぞれ、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を変更するために使用される設計修正は、典型的には、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のうちの一方を改善することが他方に悪影響を及ぼすことがある少なくともある程度のトレードオフを含む。本発明の実施例にしたがって、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の両者が、総合的な性能の改善を示しているＲＦトランジスタ増幅器を提供するための設計プロセスにおいて同時に考慮に入れられることがある。
【0051】
様々な異なる技術が、ＲＦトランジスタ増幅器設計のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を変更するために使用されることがある。１つの知られている手法は、ゲート領域とドレイン領域との間の電界分布を管理するためだけでなくドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ、Ｃｄｇの両者に影響を及ぼすように、フィールド・プレートがＲＦトランジスタ増幅器に追加される。Ｃｄｓ応答、Ｃｄｇ応答が最適な形状及び値を有するように操作するための手法として従来型のフィールド・プレート設計を使用することは、どれだけ多くのシェーピングを実現できるか及び実現可能であるＣｄｓ、Ｃｄｇの最小の値の点での制限を有する傾向がある。もう１つの手法では、より先進的なフィールド・プレート概念が、ＨＥＭＴトランジスタが二重ゲート構造又は「カスケード」構造を含むために導入され、この構造では、薄いスペーサ層によってバリア層とは隔てられ、そしてソースへの接続部を介して接地される第２のゲートが設けられる。このようなカスケード構造を有する窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスの実例が、例えば、米国特許第９，６７９，９８１号に開示され、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。二重ゲート構造の追加は、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善する傾向があるが、また、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性及び／又はレベルを悪化させることもあり、このことは同時に、Ｃｄｓ応答及びＣｄｇ応答についての最適な形状及び値を実現する際のトレードオフと見られる。
【0052】
もう１つの知られている手法では、ゲート・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の領域内の半導体構造体の上側表面の電荷密度を減少させることができる。この領域内の電荷の減少量並びに領域の深さ、領域の横方向のサイズ及び電荷を減少させた領域がゲート・コンタクトに向かってどれだけ近くまで延びるかを操作することによって、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を操作することが可能である。この手法を用いて、少なくともある程度まで、同時にドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の両者を改善することが可能であり得る。ゲートとドレインとの間の領域内にこのような操作した電荷密度を有する窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスの実例が、例えば、その全体の内容が引用により本明細書に組み込まれている、２０１９年３月１８日出願の米国特許出願第１６／３５６，２３４号に開示されている。
【0053】
ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の曲線のニーを可能な限り左へ押しながら、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性を維持することによって、ＲＦトランジスタ増幅器の性能を一般に改善できることが見出されている。このように、ＲＦトランジスタ増幅器の設計を最適化する際に、両方の応答が同時に考慮に入れられるべきである。
【0054】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施例によって実現することができる改善したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を図示する。特に図５Ａは、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９０）について及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９２）についてのシミュレーションしたドレイン－ソース間キャパシタンス応答のグラフである。図５Ｂは、図５Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答を生成するために使用した従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９４）について及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９６）についてのシミュレーションしたドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のグラフである。
【0055】
図５Ａに示したように、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計の両者とも、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で一般に対称的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有し、シミュレーションしたデータの全体の範囲にわたって８５％よりも良い対称性を維持する（下記の対称性の考察を参照）。しかしながら、図５Ｂに示したように、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計は、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計と比較してドレイン－ソース間キャパシタンス応答の顕著な改善を示す。図５Ｂに見られるように、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の「ニー」は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で生じる。対照的に本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答（曲線９６）の「ニー」は、約２５ボルトで生じる。結果として、従来型のＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、約１４ボルトと約４８ボルトとの間のドレイン－ソース間電圧のすべての値で本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇよりも大きく、２つの曲線がドレイン－ソース間電圧値で約１４ボルトより下及び約４８ボルトよりも上で収束することをともなう。このように、図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器が総合的な性能の顕著な改善を提供できることを示す。
【0056】
本発明のいくつかの実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、各々が窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を有する半導体構造体を含む。ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが、窒化ガリウム系のバリア層上に設けられ、そしてゲート・コンタクトが、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上に設けられる。これらのＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の４０ボルトのドレイン－ソース間電圧値の範囲にわたり（すなわち、Ｖｄｓ－ＤＣが４８ボルトであるときに２８～６０ボルトのＶｄｓ－ＤＣ値にわたり）少なくとも９０％の対称性を維持するドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される。
【0057】
ＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性の程度は、一般に、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣからの距離が増加するにつれて悪化する傾向がある。したがって、この開示の目的にとって、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２＊Ｘボルトの範囲にわたるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の「対称性」を、Ｖｄｓ－ＤＣ＋Ｘにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓ１の値とＶｄｓ－ＤＣ－Ｘにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓ２の値とを平均することによって、及び平均値を直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣと比較することによって特定できる。特に、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２＊Ｘボルトの範囲にわたるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性の程度を、この開示の目的のために下記のように計算できる。
対称性（％）＝ＭＩＮ［２＊Ｃｄｓ－ＤＣ／（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）及び（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）／（２＊Ｃｄｓ－ＤＣ）］
ここでＭＩＮ［］は括弧内の値の最小値を選択する最小関数を表し、Ｃｄｓ－ＤＣはＶｄｓ－ＤＣに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、Ｃｄｓ１はＶｄｓ－ＤＣ＋Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、そしてＣｄｓ２はＶｄｓ－ＤＣ－Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値である。
対称性（％）＝ＭＩＮ［２＊Ｃｄｓ－ＤＣ／（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）及び（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）／（２＊Ｃｄｓ－ＤＣ）］
ここでＭＩＮ［］は括弧内の値の最小値を選択する最小関数を表し、Ｃｄｓ－ＤＣはＶｄｓ－ＤＣに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、Ｃｄｓ１はＶｄｓ－ＤＣ＋Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、そしてＣｄｓ２はＶｄｓ－ＤＣ－Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値である。
【0058】
下記の表１は、ＲＦトランジスタ増幅器が４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣで動作するときに図５Ａ及び図５Ｂに示したシミュレーションしたドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答に対応するデータ点を提供する。表１では、Ｖｄｓの値はボルトであり、Ｃｄｓの値はピコファラッド／ミリメートル（ｐＦ／ｍｍ）であり、そしてＣｄｇの値はフェムトファラッド／ミリメートル（ｆＦ／ｍｍ）である。
【表1】
【0059】
実例として、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の８ボルトの範囲（Ｘ＝４）にわたり表１に列挙したドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性の程度は、次のように計算される。
対称性＝ＭＩＮ［（２＊０．２１９）／（０．２５６＋０．１９４）及び（０．２５６＋０．１９４）／（２＊０．２１９）］＝９７．３％
対称性＝ＭＩＮ［（２＊０．２１９）／（０．２５６＋０．１９４）及び（０．２５６＋０．１９４）／（２＊０．２１９）］＝９７．３％
【0060】
Ｘ＝１２及びＸ＝２４の値について同じ計算を実行して、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答が４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２４ボルトの電圧振れについて９２．６％の対称性であり、そして４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の４８ボルトの電圧振れについて８９．８％の対称性であることが分かる。このように、本発明のいくつかの実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、ＲＦトランジスタ増幅器は直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの５０％に等しいドレイン－ソース間電圧値の範囲について直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で少なくとも９０％の対称性を維持すること、及び直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１００％に等しいドレイン－ソース間電圧値の範囲について直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で少なくとも８５％の対称性を維持する。
【0061】
上に説明したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を示すことに加えて、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器はまた、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２／３から直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣまで広がるドレイン－ソース間電圧値の範囲について２倍未満だけ変わる（例えば、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ＝４８ボルトと仮定して、Ｃｄｓは、Ｖｄｓ＝３２～４８ボルトの値について２倍未満変わる）ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答も有する。このように、本発明の実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、ＲＦトランジスタ増幅器はドレイン電圧振れの範囲内で比較的直線的なドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有し、これが性能の改善という結果になることがある。
【0062】
このように、例えば、表１に示したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答について、Ｖｄｓ＝３２ボルトにおけるドレイン－ゲート間キャパシタンスは、４４．９２×１０－１５Ｆ／ｍｍであり、Ｖｄｓ＝４８ボルトにおけるドレイン－ゲート間キャパシタンスは、２６．２６×１０－１５Ｆ／ｍｍであり、この値は、２倍未満だけ異なる。
【0063】
ドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を与えるためにＲＦトランジスタ増幅器の出力パワーに基づいて規格化されることがある。同じように、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を与えるためにＲＦトランジスタ増幅器の出力パワーに基づいて規格化されることがある。本明細書では、「規格化したドレイン－ソース間応答」及び「規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答」への言及は、（ミリメートル当たりのファラッドの単位で測定される）それぞれドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のパワーで規格化したバージョン（すなわち、ワット当たりのファラッドの単位の）を指す。規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答（これらは単位長さ当たりのキャパシタンス（例えば、Ｆ／ｍｍ）として特徴付けられ、ここで「長さ」がゲート幅に対応する、を単位長さ当たりの出力ＲＦパワー（例えば、Ｗ／ｍｍ）、これはまた、出力パワー密度としても知られる）により割り算することにより決定されることがある。このように、規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、単位パワー当たりのキャパシタンスの点から特徴付けられる。単位長さ当たりのＲＦパワーを、下記のように決定できる。
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／２＊ＲＦ電圧強度（Ｖ）＊ＲＦ電流強度（Ａ／ｍｍ）
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／２＊ＲＦ電圧強度（Ｖ）＊ＲＦ電流強度（Ａ／ｍｍ）
【0064】
ＲＦ電流強度は、ピーク間ＲＦ電流強度の１／２であり、そしてＲＦ電圧強度は、同様にピーク間ＲＦ電圧強度の１／２である。しかしながら、ピーク間ＲＦ電圧強度がドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２倍を超えられず、これゆえ、大部分のケースではＲＦ電圧強度がドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣに等しいことに留意すべきである。このように、ＲＦ電圧強度がドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣに等しいケースでは、単位長さ当たりのＲＦパワーを、下記のように決定できる。
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／４＊Ｖｄｓ－ＤＣ（Ｖ）＊ピーク間ＲＦ電流（Ａ／ｍｍ）
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／４＊Ｖｄｓ－ＤＣ（Ｖ）＊ピーク間ＲＦ電流（Ａ／ｍｍ）
【0065】
規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、迅速な比較を可能にするためにターン・オン抵抗などのデバイス損失を考慮せずに計算される。図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、図５Ａ及び図５Ｂに示したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答に対応する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を示しているグラフである。図６Ａでは、曲線９１は、図５Ａの曲線９０に対応する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答であり、そして曲線９３は、図５Ａの曲線９２に対応する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答である。同じように、図６Ｂでは、曲線９５は、図５Ｂの曲線９４に対応する規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答であり、そして曲線９７は、図５Ｂの曲線９６に対応する規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答である。
【0066】
下の表２は、ＲＦトランジスタ増幅器を４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣで動作させたときの図６Ａ及び図６Ｂに示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答に対応するデータ点を与える。表２では、Ｖｄｓの値はボルトであり、Ｃｄｓ及びＣｄｇの値は（ファラッド／ワット）×１０－１４である。
【表2】
【0067】
本発明の実施例にしたがって、印加した直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣに対応する第１のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ１において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ１を有し、そして印加した直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２／３に対応する第２のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ２において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ２を有するように構成された窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器が提供され、ここで第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ２は、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ１の２倍未満である。例えば、図６Ａ～図６Ｂ及び表２に示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に関して、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ（すなわち、４８ボルト）に対応する第１のドレイン－ソース間電圧における第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ１は２．２７ｆＦ／Ｗであり、そして第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２／３（すなわち、３２ボルト）に対応する第２のドレイン－ソース間電圧における第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ２は３．８９ｆＦ／Ｗである。ここで、Ｃｄｇ１（２．２７ｆＦ／Ｗ）はＣｄｇ２（３．８９ｆＦ／Ｗ）の２倍未満である。
【0068】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わることがある。例えば、図６Ａ～図６Ｂ及び表２に示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に関して、２４ボルトにおける（すなわち、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１／２における）規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは４．８９ｆＦ／Ｗである。１００ボルトにおいて、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは１．５３ｆＦ／Ｗであり、これゆえ規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、この電圧範囲にわたって４倍未満だけ変わる。
【0069】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器を、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲（すなわち、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２４ボルトの範囲、これは３６～６０ボルトの範囲である）について少なくとも約８０％の対称性又は、いくつかのケースでは、９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。例えば、上に論じたように、図６Ａ～図６Ｂ及び表２に示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２４ボルトの電圧範囲について９２．６％の対称性であり、そして４８ボルトの電圧範囲について８９．８％の対称性である。他の実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１００％に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも約７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0070】
図７Ａは、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器１００の模式的平面図である。図７Ａに示したように、ＲＦトランジスタ増幅器は、半導体構造体１１０上に形成された複数のゲート・フィンガ１３０、複数のソース・フィンガ１４０、及び複数のドレイン・フィンガ１５０を含む。ゲート・フィンガ１３０は、第１の方向（例えば、図７Ａのｘ－方向）に沿って互いに間隔を空けて離れ、そして第２の方向（例えば、図７Ａのｙ－方向）に延びる。ゲート・フィンガ１３０は、ゲート・マンドレル１３２を介して互いに電気的に接続される。ソース・フィンガ１４０は、第１の方向に沿って互いに間隔を空けて離れ、そして第２の方向に延びる。ソース・フィンガ１４０は、（図７Ａでは見えない）ビア又は他の構造体を介して互いに電気的に接続されることがあり、そして（図７Ａでは見えない）半導体構造体１１０の底面側上のソース・コンタクトに電気的に接続されることがある。ドレイン・フィンガ１５０は、同じように第１の方向に沿って互いに間隔を空けて離れ、そして第２の方向に延び、ドレイン・マンドレル１５２を介して互いに電気的に接続される。各々のゲート・フィンガ１３０は、隣接するソース・フィンガ１４０とドレイン・フィンガ１５０の対の間でｙ－方向に延びる。ゲート・フィンガ、ソース・フィンガ、及びドレイン・フィンガ１３０、１４０、１５０は、金属又は金属合金などの導電性材料を各々が含むことができる。図７ＡがＲＦトランジスタ増幅器１００用のコンタクト構造体の１つの単純な実例を図示すること、そして実際には、より複雑な多層コンタクト構造体を使用できることが認識されよう。
【0071】
各々のゲート・フィンガ１３０は、隣接するソース・フィンガ１４０及びドレイン・フィンガ１５０とともに、ユニット・セル・トランジスタ１６０を規定できる。図７Ａの破線の四角は、代表的なユニット・セル・トランジスタ１６０を特定する。動作中に、電流は、半導体構造体１１０内の導電経路を通って各々のソース・フィンガ１４０とその関連するドレイン・フィンガ１５０との間を流れる。電流の量は、ゲート・フィンガ１３０に印加される電圧信号によって変調されることがある。
【0072】
図７Ｂは、図７Ａの線７Ｂ－７Ｂに沿って取ったＲＦトランジスタ増幅器１００の断面図である。図７Ｂに示したように、半導体構造体１１０は、基板１１２及び基板１１２上に形成されたエピタキシャル構造体を含む。基板１１２は、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、窒化ガリウム、シリコン、炭化ケイ素、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、ＺｎＯ、ＬＡＯ、又はＩｎＰ基板などの半導体基板を含むことができる。或いは、基板１１２は、例えば、その上側表面上に形成された半導体エピタキシャル層を有するサファイア基板又はダイアモンド基板などの非半導体基板であってもよい。エピタキシャル構造体は、基板１１２上に形成されたチャネル層１１６及び基板１１２とは反対側のチャネル層１１６上に形成されたバリア層１１８を含むことができる。チャネル層１１６及びバリア層１１８は、ＩＩＩ族窒化物系の材料を含むことができ、バリア層１１８の材料がチャネル層１１６の材料よりも大きなバンドギャップを有することをともなう。例えば、チャネル層１１６は、ＧａＮを含むことができ、一方でバリア層１１８は、ＡｌＧａＮを含むことができる。チャネル層１１６及びバリア層１１８が単一層構造体として図示されている一方で、チャネル層１１６及び／又はバリア層１１８の一方又は両方が多層構造体として実装されてもよいことが認識されよう。例えば、バッファ層、歪バランス層、遷移層、等などの追加層もまた、基板１１２上に設けられるエピタキシャル構造体の一部として含まれてもよいこともまた認識されるだろう。
【0073】
本発明の概念の実施例は、発明の実施例が示されている添付の図面を参照して上に説明されてきている。この発明の概念は、しかしながら、多くの異なる形態で具体化されることがあり、本明細書において記載した実施例に限定されるように解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が万全であるように、そして当業者に発明の概念の範囲を十分に伝えるだろうように提供される。同じような数字は、全体を通して同じような要素を指す。
【0074】
第１の、第２の等の用語が、本明細書では様々な要素を記述するために使用されることがあるとはいえ、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、１つの要素をもう１つとは区別するために使用されるに過ぎない。例えば、第１の要素が第２の要素と呼ばれることがあり、そして同様に、第２の要素が、本発明の範囲から逸脱せずに第１の要素と呼ばれることがある。本明細書において使用されるように、「及び／又は」という用語は、関連して列挙された項目のうちの１つ又は複数の任意の組み合わせ及びすべての組み合わせを含む。
【0075】
本明細書において使用する術語は、特定の実施例を記述する目的のためだけであり、発明を限定するものではない。本明細書において使用するように、「備える（comprises）」、「備えている（comprising）」、「含む（includes）」及び／又は「含んでいる（including）」という用語は、述べた特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除しない。
【0076】
層、領域又は基板などの要素がもう１つの要素の「上に（on）」ある又は「上へと（onto）」延びると呼ばれるときには、他の要素の直接上にある若しくは直接上へと延びる又は介在する要素もまた存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素がもう１つの要素の「直接上に」ある又は「直接上へと」延びると呼ばれるときには、介在する要素は存在しない。ある要素がもう１つの要素に「接続される（connected）」又は「結合される（coupled）」と呼ばれるときには、他の要素に直接接続される若しくは結合されることがある、又は介在する要素が存在してもよいこともまた理解されよう。対照的に、ある要素がもう１つの要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と呼ばれるときには、介在する要素は存在しない。
【0077】
「下方に（below）」若しくは「上方に（above）」又は「上部に（upper）」若しくは「下部に（lower）」又は「水平に（horizontal）」若しくは「横方向に（lateral）」若しくは「垂直に（vertical）」などの相対的な用語は、図に図示されたように１つの要素、層又は領域のもう１つの要素、層又は領域に対する関係を記述するために本明細書では使用されることがある。これらの用語が図に描かれた向きに加えてデバイスの違った向きを包含するものであることが理解されよう。
【0078】
図面及び明細書では、本発明の典型的な実施例が開示されてきおり、特定の用語が採用されているとはいえ、これらは一般的で説明的な感覚で使用されるに過ぎず、限定の目的ではなく、発明の範囲は、以下の特許請求の範囲に記載される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【手続補正書】
【提出日】2022-05-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、前記窒化ガリウム系のチャネル層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンスを有するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、
ＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項2】
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、請求項１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項3】
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について２倍未満だけ変わる、請求項１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項4】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
請求項１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項5】
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、請求項１から４までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項6】
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、請求項１から４までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項7】
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３２ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり４×１０－１５ファラッド未満である、請求項１から６までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項8】
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満である、請求項１から６までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項9】
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり６×１０－１５ファラッド未満である、請求項１から８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【請求項10】
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満である、請求項１から９までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、その全体の内容が引用により本明細書に組み込まれる２０１９年１０月２日出願の米国特許出願第１６／５９０，４６５号の優先権を主張するものである。
【0002】
本明細書において説明される発明の概念は、マイクロエレクトロニック・デバイスに関し、特に無線周波数（「ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ」）トランジスタ増幅器に関する。
【背景技術】
【0003】
例えば、５００ＭＨｚ～１０ＧＨｚ周波数範囲内の無線周波数などの高周波数で動作しながら、大電力取り扱い能力を要求される電気回路が、近年ますます普及してきている。大電力、高周波数回路の増加のために、大電力負荷を取り扱うことが可能なままでこれらの周波数で信頼性良く動作することが可能であるＲＦトランジスタ増幅器に対する要求が対応して増大してきている。
【0004】
シリコン半導体材料が、比較的低電力、低周波数用途では広く使用されている。シリコンは、しかしながら、例えば、比較的小さなバンドギャップ（室温でＳｉについて１．１２ｅＶ）及び比較的小さな破壊電圧のために、多くの大電力及び／又は高周波数用途にとって十分に適していないことがある。
【0005】
炭化ケイ素（「ＳｉＣ」）並びに例えば、窒化ガリウム（「ＧａＮ」）及び窒化アルミニウム・ガリウム（「ＡｌＧａＮ」）などの窒化ガリウム系の材料などのワイド・バンドギャップ半導体材料は、これらの半導体材料が、はるかに大きなバンドギャップ（例えば、室温でアルファＳｉＣについて２．９９６ｅＶ及びＧａＮについて３．３６ｅＶ）を有するので、大電力、高周波数動作用のトランジスタ増幅器を製造するために典型的に使用される。大電力及び／又は高周波数用途にとって特に関心のあるデバイスは、窒化ガリウム系の高電子移動度トランジスタ（「ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」）である。
【0006】
窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスは、複数の窒化ガリウム系の半導体層を含む半導体構造体に形成される。半導体構造体は、例えばＧａＮ又はＳｉＣ基板などの半導体基板を含むことができる。半導体構造体内の窒化ガリウム系の層は、チャネル層及びバリア層を含むことができる。バリア層（例えば、ＡｌＧａＮ層）は、チャネル層（例えば、ＧａＮ層又はＡｌＧａＮバリア層よりも低いアルミニウム濃度を有するＡｌＧａＮ層）よりも大きなバンドギャップ・エネルギーを有することがある。ソース・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクトは、バリア層がコンタクトとチャネル層との間にあるように半導体構造体上に形成される。ソース・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクトは、例えば、半導体材料、金属及び／又は金属合金などの導電性材料から形成されることがある。
【0007】
二次元電子ガス（「２ＤＥＧ：ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ」）は、適切な電圧がソース・コンタクト、ドレイン・コンタクト及びゲート・コンタクトに印加されるときにチャネル層とバリア層とのヘテロ接合のところに形成されることがある。チャネル層は、より広いバンドギャップのバリア層よりも高い電子親和力を持つことがある。２ＤＥＧは、チャネル層の上側表面における蓄積層であり、比較的高いシート電子濃度を含むことができる。加えて、より広いバンドギャップのバリア層に由来する電子は、２ＤＥＧへ移動することができ、イオン化した不純物散乱の減少のために比較的大きな電子移動度を可能にする。比較的高いキャリア濃度とキャリア移動度とのこの組み合わせは、ＨＥＭＴに比較的大きなトランスコンダクタンスを与えることができ、そして高周波数用途用の金属－半導体電界効果トランジスタ（「ＭＥＳＦＥＴＳ：ｍｅｔａｌ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」）よりも性能優位性を提供できる。
【0008】
種々のタイプの窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスが実証されてきている。例えば、米国特許第５，１９２，９８７号、第５，２９６，３９５号及び第６，３１６，７９３号は、実例のＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴデバイスを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許第５，１９２，９８７号
【特許文献2】米国特許第５，２９６，３９５号
【特許文献3】米国特許第６，３１６，７９３号
【特許文献4】米国特許第９，６７９，９８１号
【特許文献5】米国特許出願第１６／３５６，２３４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、窒化ガリウム系のバリア層上のソース・コンタクトと、窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトとを含む。これらのＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成される。第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である。
【0011】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わることがある。
【0012】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わることがある。
【0013】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0014】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0015】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0016】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0017】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成されることがある。
【0018】
いくつかの実施例では、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が、４８ボルトと５５ボルトとの間であることがあり、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満であることがある。
【0019】
本発明のさらなる実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、窒化ガリウム系のチャネル層上のソース・コンタクトと、窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトとを含む。これらのＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンスを有するように構成される。ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる。
【0020】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わることがある。
【0021】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について２倍未満だけ変わることがある。
【0022】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、そして第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満であることがある。
【0023】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0024】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成されることがある。
【0025】
いくつかの実施例では、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３２ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり４×１０－１５ファラッド未満であることがある。
【0026】
いくつかの実施例では、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０－１５ファラッド未満であることがある。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】従来型の窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ソース間キャパシタンスが入力ＲＦ信号のドレイン－ソース間電圧の振れに基づいてどのように変わるかを図示するグラフである。
【図2A】２つの異なるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ソース間キャパシタンス応答を図示するグラフである。
【図3A】４つの異なるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を図示するグラフである。
【図5A】従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計について及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのシミュレーションしたドレイン－ソース間キャパシタンス応答のグラフである。
【図7A】本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器の模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
本発明のいくつかの実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、各々が窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を有する半導体構造体を含む。ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが、窒化ガリウム系のバリア層上に設けられ、そしてゲート・コンタクトがソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上に設けられる。ＲＦトランジスタ増幅器を、例えば、４８ボルトなどの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作させることができる。ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において（例えば、４８ボルトで）第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において（例えば、３２ボルトで）第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成される。本明細書では、ゲートがオフであるときにある特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスは、ＲＦトランジスタ増幅器の出力パワー・レベルに基づいて規格した特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器の（すなわち、ワット当たりのファラッドの単位での）オフ状態ドレイン－ゲート間キャパシタンスを指す。第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスは、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である。結果として、ＲＦトランジスタ増幅器は、ＲＦトランジスタ増幅器の多くの又はすべてのドレイン－電圧振れに対して比較的直線的な規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有し、これが増幅器性能の改善という結果になることがある。
【0029】
いくつかの実施例では、これらのＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２（例えば、４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧について２４ボルト）と直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍（例えば、４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧について９６ボルト）との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わることがある。加えて、ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２（５０％）に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間バイアス電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性、より好ましくは少なくとも８５％の対称性、又は少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有する（すなわち、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトであるときには３６～６０ボルトのドレイン－ソース間電圧値の範囲にわたって少なくとも８０％の対称性を維持する）ように構成されることがある。下記にさらに説明されるように、本明細書では、特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスは、ＲＦトランジスタ増幅器の出力パワー・レベルに基づいて規格化した特定のドレイン－ソース間バイアス電圧におけるＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンスを指す。
【0030】
本発明のさらなる実施例にしたがって、例えば、４８ボルトなどの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧レベルで動作する窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器が提供される。ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、そして直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるすべてのドレイン－ソース間電圧について４倍未満だけ変わる規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するように構成される。
【0031】
本発明の実施例が、添付の図を参照して下記により詳しく説明される。
【0032】
ＲＦトランジスタ増幅器の出力パワー、ゲイン、効率並びにＡＭ／ＡＭ歪及びＡＭ／ＰＭ歪に関する直線性などのＲＦトランジスタ増幅器の様々な性能パラメータは、例えば、飽和ドレイン電流（Ｉｄｓａｔ）、トランスコンダクタンス（ｇｍ）、動作中のドレイン－ソース抵抗（Ｒｄｓ－ｏｎ）、並びにドレイン－ソース間キャパシタンス（「Ｃｄｓ」）、ドレイン－ゲート間キャパシタンス（「Ｃｄｇ」）及びゲート－ソース間キャパシタンス（「Ｃｇｓ」）を含めデバイス内部の様々な寄生固有キャパシタンスを含むデバイスの様々な固有特性に直接関係することがある。本発明は、様々な動作条件下でＡＭ／ＡＭ歪性能及びＡＭ／ＰＭ歪性能並びに／又は効率の改善を実現するように、寄生固有ドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ、Ｃｄｇが操作される窒化ガリウム系のＲＦ ＨＥＭＴトランジスタ増幅器に向けられる。
【0033】
ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓは、ドレイン－ソース間電圧（「Ｖｄｓ」）の関数として変わる。窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器の典型的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答が、図１に図示され、そしてドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓがドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓレベルの減少とともに一般に増加することを示す。当業者には理解されるように、動作では、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧（「Ｖｄｓ－ＤＣ」）がＲＦトランジスタ増幅器に印加され、そして増幅されるべきＲＦ信号がＲＦトランジスタ増幅器のゲートに与えられる。図１のグラフによって示されるように、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの変動又は「振れ」の大きさは、ＲＦトランジスタ増幅器のゲートに与えられるサイン波ＲＦ入力信号のパワーの関数である。図１のグラフは、２つの異なる大きさのＲＦ入力信号Ｓ１及びＳ２についてのドレイン－ソース間電圧振れを図示する。図１に示したように、ＲＦ入力信号の大きさが大きいほど、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの振れが大きくなり、そしてこれゆえ、ドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの変動が大きくなる。動作中に生じるだろうドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの範囲は、図１に示された「使用したＣｄｓ範囲」であり、これは直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧の全振れについてのドレイン－ソース間キャパシタンス値に対応する。
【0034】
ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非直線性は、ＲＦトランジスタ増幅器の出力のＡＭ／ＰＭ歪の一因となることがある。ＡＭ／ＰＭ歪は、増幅器の非直線性に起因して生じる出力ＲＦ信号の位相の振幅に依存する歪を指す。ＡＭ／ＰＭ歪は、通信システム内の（周波数の点で）隣接するチャネルと干渉することがあるスペクトラム・リグロース（相互変調積）を引き起こすことがある。このように、通信システム管理者は、通信システムにおいて使用する構成部品のＡＭ／ＰＭ歪レベルに厳格な必要条件を設定することがある。
【0035】
図１に示したように、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、入力ＲＦ信号のサイン波状の振れとともに変わる。本発明は、一部では、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答がドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの全体の大きさ又は「振れ」に対して直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で実質的に対称である場合の認識から生じ、そのときには、ドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓは、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも下のドレイン－ソース間電圧値で示されるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの大きい方の値が、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも上のドレイン－ソース間電圧値で示されるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの小さい方の値によって打ち消されるので、直線であるように実効的に現れることがある。しかしながら、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答がドレイン－ソース間電圧振れの少なくとも一部分について直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で非対称である場合には、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも上のドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの小さい方の値が、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも下の大きい方のドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値を最早完全には打ち消さない。この状況では、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、直線的でないように現れ、そして直線的でない応答がＡＭ／ＰＭ歪を発生させる。
【0036】
図２Ａ及び図２Ｂは、ドレイン－ソース間電圧振れの範囲内であるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非対称性がＡＭ／ＰＭ歪の増加をどのようにもたらすことがあるかを図示する。特に図２Ａは、第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器設計に対応する２つの異なるドレイン－ソース間キャパシタンス応答を図示するグラフであり、図２Ｂは、図２Ａの曲線を生成するために使用した第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器設計について出力パワーの関数としてのシミュレーションしたＡＭ／ＰＭ歪を図示するグラフである。第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器設計の両者とも、４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣでバイアスされる。
【0037】
図２Ａを先ず参照して、第１のＲＦトランジスタ増幅器設計に対応するドレイン－ソース間キャパシタンス応答１０は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で高いレベルの対称性を有する。対照的に、第２のＲＦトランジスタ増幅器設計に対応するドレイン－ソース間キャパシタンス応答１２は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧値の比較的小さな範囲（すなわち、約１０ボルトの範囲）について対称であるに過ぎない。
【0038】
図２Ｂは、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非対称性が、ＡＭ／ＰＭ歪に対して有することがある強い影響を図示する。特に図２Ｂの曲線２０及び２２は、それぞれ、図２Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答１０、１２を有する第１及び第２のＲＦトランジスタ増幅器についての出力パワーの関数としてのＡＭ／ＰＭ歪レベルを示す。図２Ｂの曲線２０、２２は、ＲＦトランジスタ増幅器の様々な異なる非直線性からもたらされるＡＭ／ＰＭ歪を含み、そのため、ＡＭ／ＰＭ歪性能に対する異なるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の強い影響を示す図２Ｂの２つの曲線２０、２２の間の比較である。図２Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答曲線１０に対応する図２Ｂの曲線２０によって示されるように、ＡＭ／ＰＭ歪は、約１０ｄＢｍに至るまでの出力パワー・レベルでほとんど存在せず、次いで約３３ｄＢｍの出力パワーに至るまで緩やかに増加する勾配で徐々に増加し始め、そしてその後で、ＡＭ／ＰＭ歪性能は非常に早く悪化する。図２Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答曲線１２に対応する図２Ｂの曲線２２によって示されるように、ＡＭ／ＰＭ歪レベルは、約２３ｄＢｍの出力パワー・レベルに至るまで非常に密接に曲線２０の跡を追うが、次いで、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、非常に早く悪化し始める。このように、図２Ｂは、対称なドレイン－ソース間キャパシタンス応答１０を有する第１のＲＦトランジスタ増幅器が、ほぼ同じ量のＡＭ／ＰＭ歪を発生させながら非対称なドレイン－ソース間キャパシタンス応答１２を有する第２のＲＦトランジスタ増幅器よりも６～７ｄＢｍ高い出力パワー・レベルで動作できることを示す。
【0039】
固有ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の非直線性と同様に、固有ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の非直線性もまた、ＲＦトランジスタ増幅器の出力信号のＡＭ／ＰＭ歪につながることがある。図３Ａ及び図３Ｂは、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答がＡＭ／ＰＭ歪性能にどのように強い影響を及ぼすかを図示する。特に、図３Ａは、４つの異なるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を図示するグラフであり、図３Ｂは、図３Ａの曲線を生成するために使用した４つのＲＦトランジスタ増幅器設計についての出力パワーの関数としてのシミュレーションしたＡＭ／ＰＭ歪を図示するグラフである。ＲＦトランジスタ増幅器の４つすべてが、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣでバイアスされる。
【0040】
図３Ａに示したように、４つすべてのＲＦトランジスタ増幅器について、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、高いドレイン－ソース間電圧値で一定であり、次いで、一旦ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓは、キャパシタンスがはるかに速い速度で増加し始めるある一定の「ニー（knee）」電圧よりも下に低下すると着実に増加する。従来型のＲＦトランジスタ増幅器では、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の「ニー」は、典型的には、図３Ａの曲線３０によって示されるように、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣを超えるドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓで生じる（すなわち、ニー電圧は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣよりも著しく高いＶｄｓ≒６２ボルトで生じる）。図３Ａに示した残りの３つのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答３２、３４、３６では、ニー電圧は、左へ（すなわち、より低いドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓレベルへ）シフトする。曲線３２では、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、Ｖｄｓ≒４０ボルトで急速に増加し始め、曲線３４では、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、Ｖｄｓ≒３１ボルトで急速に増加し始め、そして曲線３６では、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、Ｖｄｓ≒２３ボルトで急速に増加し始める。
【0041】
図３Ｂは、図３Ａの異なるドレイン－ゲート間キャパシタンス応答３０、３２、３４、３６が持つＡＭ／ＰＭ歪性能に対する強い影響を図示する。図３Ｂの曲線は、ＲＦトランジスタ増幅器の様々な異なる非直線性からもたらされるＡＭ／ＰＭ歪を含み、そのためＡＭ／ＰＭ歪性能に対する異なるドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の強い影響を示す図３Ｂの曲線同士の間の比較である。図３Ａのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答曲線３０に対応する図３Ｂの曲線４０は、従来型のＲＦトランジスタ増幅器についてのＡＭ／ＰＭ歪を図示する。図３Ｂに示したように、ＡＭ／ＰＭ歪は、約１０ｄＢｍに至るまでの出力パワー・レベルでほぼ存在せず、次いで約３３ｄＢｍの出力パワーに至るまで適度なレベルで増加し始め、この点でＡＭ／ＡＭ性能が非常に急速に悪化する。
【0042】
曲線４２、４４及び４６は、それぞれ、図３Ａのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答３２、３４、３６を有するＲＦトランジスタ増幅器についてのＡＭ／ＰＭ歪性能を図示する。図３Ｂに示したように、ＡＭ／ＰＭ歪曲線４２、４４、４６は、ほぼ同一の形状を有し、ＡＭ／ＰＭ歪が急速に悪化し始める出力パワー・レベルで異なるに過ぎない。曲線４２について、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、約２８ｄＢｍの出力パワー・レベルで急速に悪化し始め、曲線４４について、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、約３２ｄＢｍの出力パワー・レベルで急速に悪化し始め、そして曲線４６について、ＡＭ／ＰＭ歪性能は、約３５ｄＢｍの出力パワー・レベルで急速に悪化し始める。
【0043】
２つの一般的な傾向を、図３Ａ及び図３Ｂから知ることができる。第１に、図３Ａで応答のニーが左へ行くほど（すなわち、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇがベースライン・レベルからはるかにより急速に増加し始めるドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが低いほど）、ＲＦトランジスタ増幅器のＡＭ／ＰＭ歪性能が良くなる。第２に、ドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇの増加の勾配もまた問題となる。このことは、図３Ｂでは曲線４２が曲線４０と交差するという事実により知ることができる。このことは、曲線３０の勾配が図３Ａの曲線３２の勾配より小さいという理由で生じ、約２５ボルトのドレイン－ソース間電圧で曲線３２が曲線３０と交差するという結果になる。
【0044】
ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答はまた、ＲＦトランジスタ増幅器のＡＭ／ＡＭ歪性能にも強い影響を及ぼす。ＲＦトランジスタ増幅器についてのＡＭ／ＡＭ特性は、ＲＦトランジスタ増幅器の増幅に依存するゲイン変動を指す。ドレイン－ゲート間キャパシタンス・レベルが増加するにつれて、ＲＦトランジスタ増幅器は、ゲイン圧縮を経験し始め、そしてドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の増加の勾配が大きいほど、生じるゲイン圧縮が大きくなる。ゲイン圧縮は、増幅器の出力パワー・レベルが増加するにつれて生じ得る増幅器のゲイン（ここでゲインは、入力信号のレベルが増幅器により大きくされる程度の尺度である）の減少を指す。典型的には、ＲＦトランジスタ増幅器のゲインは、低い出力パワー・レベルについて比較的一定で、そしてゲインは、出力パワー・レベルが増加するにつれて強度の増加とともに低下し始める。シリコン系のＲＦトランジスタ増幅器について、ゲイン応答は、比較的直線的な範囲からいく分か急峻に急速に減少する範囲へと移行する。窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器について、ゲイン応答は、比較的直線的な範囲からよりゆっくりと減少する範囲へと移行し（けれどもゲインは、高い出力パワー・レベルにおいて依然として急速に落ちる）、そして移行は、比較的低い出力パワー・レベルで生じる傾向がある。ゲインのこのより緩やかな減少は、典型的には「ソフト」ゲイン圧縮と呼ばれる。通信システムにとっての直線性必要条件は、増幅器が比較的低いゲイン圧縮レベルで（例えば、ピーク・ゲインの１～３ｄＢ以内で）動作することを典型的には必要とするので、ソフト・ゲイン圧縮は、一般に望ましくない。ソフト・ゲイン圧縮が窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器では比較的低い出力パワー・レベルで生じることがあるので、増幅器は、ゲイン圧縮の指定されたレベル内に留まるために比較的低い出力パワー・レベルで動作するように強いられることがある。多くのケースでは、直線性の必要な程度を実現するだろう最大出力パワー・レベルは、増幅器がそのピーク効率に達する出力パワー・レベルよりも十分に低いことがある。このように、所望の程度の直線性を維持するために、増幅器を低い出力パワー・レベルでそして低下した効率で動作させることが必要なことがあり、結果として高い運用コストになる。
【0045】
効率へのソフト・ゲイン圧縮の強い影響を、図４Ａ及び図４Ｂに見ることができる。特に、図４Ａは、図３Ａ及び図３Ｂの曲線を生成するために使用した４つのＲＦトランジスタ増幅器についての出力パワーの関数としてｄＢでのゲイン（左側の縦軸）及びドレイン効率（右側の縦軸）を図示するグラフである。図４Ｂは、同じ４つのＲＦトランジスタ増幅器設計についてのゲイン圧縮の関数としてのドレイン効率のグラフである。
【0046】
図４Ａを参照して、曲線５０、５２、５４、５６は、それぞれ、図３Ａの曲線３０、３２、３４、３６のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に対応する。見られるように、「ニー」がドレイン－ゲート間キャパシタンス応答で生じる図３Ａの左であるほど、対応するＲＦトランジスタ増幅器の最大ゲインが大きくなり、そして最大ゲインが生じる出力パワー・レベルが大きくなる。このように、図４Ａは、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のニーを左へ押すことが、ゲイン性能の改善という結果になることを示す。図４Ａの曲線６０、６２、６４、６６は、「ニー」がドレイン－ゲート間キャパシタンス応答で生じる図３Ａの左であるほど、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン効率が高くなることを示す。図４Ｂは、この効果をより明確に図示する。図４Ｂでは、曲線７０、７２、７４、７６は、それぞれ、図３Ａの曲線３０、３２、３４、３６のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に対応する。図４Ｂは、最も高い効率を有するＲＦトランジスタ増幅器設計もまた、ゲイン圧縮の最も低いレベルでその効率も達成すること、これらの増幅器がより効率的あるだけでなく、これらの増幅器がより直線的であることも意味することを示す。このように、ＲＦトランジスタ増幅器に対するドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善することによって、ＲＦトランジスタ増幅器のＡＭ／ＰＭ歪性能、直線性性能、ゲイン及び／又は効率を改善することを可能にすることがある。
【0047】
ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の形状もまた、負荷変調中にＲＦトランジスタ増幅器の効率性能にも影響を及ぼす。このような負荷変調は、ドハティ増幅器で生じる。図４Ｃは、図３Ａ～図３Ｂ及び図４Ａ～図４Ｂに示したデータを生成するために使用した４つのＲＦトランジスタ増幅器設計について負荷変調率の関数として３ｄＢゲイン圧縮でのドレイン効率を図示する。図４Ｃでは、曲線８０、８２、８４、８６は、それぞれ、図３Ａの曲線３０、３２、３４、３６のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に対応する。もう一度、曲線のニーが左へ押されるドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器設計が一般に最善の負荷変調性能を与えることを知ることができる。
【0048】
図２Ａを再び参照して、曲線１０は、従来型の窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ソース間キャパシタンス応答を図示する。示したように、このドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、比較的対称的である。図２Ｂを参照して上に論じたように、このような対称的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、ＡＭ／ＰＭ歪に対する減少した強い影響を有するドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓという結果になることがある。あいにく、しかしながら、曲線１０に示したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有する従来型の窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、典型的には不満足であり、そして著しいＡＭ／ＡＭ歪及びＡＭ／ＰＭ歪をもたらすことがある。例えば、デバイスにフィールド・プレートを追加することなどの様々なステップが、ＲＦトランジスタ増幅器のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善しようと試みるために行われることがある。しかしながら、これらのステップは、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の形状を悪化させる傾向があり、図２Ａの曲線１２により示されるようなドレイン－ソース間キャパシタンス応答という結果になる。
【0049】
従来は、寄生固有ドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ、Ｃｄｇが、設計プロセスでは別々に処理されてきている。例えば、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の直線性を改善するために適用された技術もまた、典型的にはドレイン－ソース間キャパシタンス応答にも強い影響を与える。このように、ＲＦトランジスタ増幅器設計が対称的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有する場合でさえ、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善しようとする努力は、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答を変化させることがあり、例えば、図２Ａに曲線１２として示したドレイン－ソース間キャパシタンス応答という結果をもたらす。この変調されたドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、直流バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧振れの小さな部分だけについて対称的であることがあり、これゆえ、より大きな入力信号がＲＦトランジスタ増幅器に与えられるときに著しいＡＭ／ＰＭ歪という結果をもたらすことがある。
【0050】
別々に寄生固有ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を最適化しようと試みることは、従来行われてきているように、最適に近い性能に導くことがある。出願人は、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の両者に対する設計変更の強い影響を考慮することによって、性能の改善が、ＲＦトランジスタ増幅器の目標の用途について実現され得ることを発見している。特に、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は両者とも、鍵となるＲＦトランジスタ増幅器性能パラメータ（例えば、ＡＭ／ＰＭ歪、ゲイン、効率、ゲイン圧縮、等）を悪化させることがあり、そしてそれぞれ、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を変更するために使用される設計修正は、典型的には、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のうちの一方を改善することが他方に悪影響を及ぼすことがある少なくともある程度のトレードオフを含む。本発明の実施例にしたがって、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の両者が、総合的な性能の改善を示しているＲＦトランジスタ増幅器を提供するための設計プロセスにおいて同時に考慮に入れられることがある。
【0051】
様々な異なる技術が、ＲＦトランジスタ増幅器設計のドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を変更するために使用されることがある。１つの知られている手法は、ゲート領域とドレイン領域との間の電界分布を管理するためだけでなくドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ、Ｃｄｇの両者に影響を及ぼすように、フィールド・プレートがＲＦトランジスタ増幅器に追加される。Ｃｄｓ応答、Ｃｄｇ応答が最適な形状及び値を有するように操作するための手法として従来型のフィールド・プレート設計を使用することは、どれだけ多くのシェーピングを実現できるか及び実現可能であるＣｄｓ、Ｃｄｇの最小の値の点での制限を有する傾向がある。もう１つの手法では、より先進的なフィールド・プレート概念が、ＨＥＭＴトランジスタが二重ゲート構造又は「カスケード」構造を含むために導入され、この構造では、薄いスペーサ層によってバリア層とは隔てられ、そしてソースへの接続部を介して接地される第２のゲートが設けられる。このようなカスケード構造を有する窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスの実例が、例えば、米国特許第９，６７９，９８１号に開示され、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。二重ゲート構造の追加は、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を改善する傾向があるが、また、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性及び／又はレベルを悪化させることもあり、このことは同時に、Ｃｄｓ応答及びＣｄｇ応答についての最適な形状及び値を実現する際のトレードオフと見られる。
【0052】
もう１つの知られている手法では、ゲート・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の領域内の半導体構造体の上側表面の電荷密度を減少させることができる。この領域内の電荷の減少量並びに領域の深さ、領域の横方向のサイズ及び電荷を減少させた領域がゲート・コンタクトに向かってどれだけ近くまで延びるかを操作することによって、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を操作することが可能である。この手法を用いて、少なくともある程度まで、同時にドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の両者を改善することが可能であり得る。ゲートとドレインとの間の領域内にこのような操作した電荷密度を有する窒化ガリウム系のＨＥＭＴデバイスの実例が、例えば、その全体の内容が引用により本明細書に組み込まれている、２０１９年３月１８日出願の米国特許出願第１６／３５６，２３４号に開示されている。
【0053】
ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の曲線のニーを可能な限り左へ押しながら、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性を維持することによって、ＲＦトランジスタ増幅器の性能を一般に改善できることが見出されている。このように、ＲＦトランジスタ増幅器の設計を最適化する際に、両方の応答が同時に考慮に入れられるべきである。
【0054】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施例によって実現することができる改善したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を図示する。特に図５Ａは、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９０）について及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９２）についてのシミュレーションしたドレイン－ソース間キャパシタンス応答のグラフである。図５Ｂは、図５Ａのドレイン－ソース間キャパシタンス応答を生成するために使用した従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９４）について及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計（曲線９６）についてのシミュレーションしたドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のグラフである。
【0055】
図５Ａに示したように、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計及び本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計の両者とも、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で一般に対称的なドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有し、シミュレーションしたデータの全体の範囲にわたって８５％よりも良い対称性を維持する（下記の対称性の考察を参照）。しかしながら、図５Ｂに示したように、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計は、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計と比較してドレイン－ソース間キャパシタンス応答の顕著な改善を示す。図５Ｂに見られるように、従来型のＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答の「ニー」は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で生じる。対照的に本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器設計についてのドレイン－ゲート間キャパシタンス応答（曲線９６）の「ニー」は、約２５ボルトで生じる。結果として、従来型のＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、約１４ボルトと約４８ボルトとの間のドレイン－ソース間電圧のすべての値で本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇよりも大きく、２つの曲線がドレイン－ソース間電圧値で約１４ボルトより下及び約４８ボルトよりも上で収束することをともなう。このように、図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器が総合的な性能の顕著な改善を提供できることを示す。
【0056】
本発明のいくつかの実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、各々が窒化ガリウム系のチャネル層及び窒化ガリウム系のチャネル層上の窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を有する半導体構造体を含む。ソース・コンタクト及びドレイン・コンタクトが、窒化ガリウム系のバリア層上に設けられ、そしてゲート・コンタクトが、ソース・コンタクトとドレイン・コンタクトとの間の窒化ガリウム系のバリア層上に設けられる。これらのＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の４０ボルトのドレイン－ソース間電圧値の範囲にわたり（すなわち、Ｖｄｓ－ＤＣが４８ボルトであるときに２８～６０ボルトのＶｄｓ－ＤＣ値にわたり）少なくとも９０％の対称性を維持するドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される。
【0057】
ＲＦトランジスタ増幅器についてのドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性の程度は、一般に、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣからの距離が増加するにつれて悪化する傾向がある。したがって、この開示の目的にとって、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２＊Ｘボルトの範囲にわたるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の「対称性」を、Ｖｄｓ－ＤＣ＋Ｘにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓ１の値とＶｄｓ－ＤＣ－Ｘにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓ２の値とを平均することによって、及び平均値を直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣと比較することによって特定できる。特に、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２＊Ｘボルトの範囲にわたるドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性の程度を、この開示の目的のために下記のように計算できる。
対称性（％）＝ＭＩＮ［２＊Ｃｄｓ－ＤＣ／（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）及び（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）／（２＊Ｃｄｓ－ＤＣ）］
ここでＭＩＮ［］は括弧内の値の最小値を選択する最小関数を表し、Ｃｄｓ－ＤＣはＶｄｓ－ＤＣに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、Ｃｄｓ１はＶｄｓ－ＤＣ＋Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、そしてＣｄｓ２はＶｄｓ－ＤＣ－Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値である。
対称性（％）＝ＭＩＮ［２＊Ｃｄｓ－ＤＣ／（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）及び（Ｃｄｓ１＋Ｃｄｓ２）／（２＊Ｃｄｓ－ＤＣ）］
ここでＭＩＮ［］は括弧内の値の最小値を選択する最小関数を表し、Ｃｄｓ－ＤＣはＶｄｓ－ＤＣに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、Ｃｄｓ１はＶｄｓ－ＤＣ＋Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値であり、そしてＣｄｓ２はＶｄｓ－ＤＣ－Ｘボルトに等しいドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓにおけるドレイン－ソース間キャパシタンスＣｄｓの値である。
【0058】
下記の表１は、ＲＦトランジスタ増幅器が４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣで動作するときに図５Ａ及び図５Ｂに示したシミュレーションしたドレイン－ソース間キャパシタンス及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答に対応するデータ点を提供する。表１では、Ｖｄｓの値はボルトであり、Ｃｄｓの値はピコファラッド／ミリメートル（ｐＦ／ｍｍ）であり、そしてＣｄｇの値はフェムトファラッド／ミリメートル（ｆＦ／ｍｍ）である。
【表1】
【0059】
実例として、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の８ボルトの範囲（Ｘ＝４）にわたり表１に列挙したドレイン－ソース間キャパシタンス応答の対称性の程度は、次のように計算される。
対称性＝ＭＩＮ［（２＊０．２１９）／（０．２５６＋０．１９４）及び（０．２５６＋０．１９４）／（２＊０．２１９）］＝９７．３％
対称性＝ＭＩＮ［（２＊０．２１９）／（０．２５６＋０．１９４）及び（０．２５６＋０．１９４）／（２＊０．２１９）］＝９７．３％
【0060】
Ｘ＝１２及びＸ＝２４の値について同じ計算を実行して、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答が４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２４ボルトの電圧振れについて９２．６％の対称性であり、そして４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の４８ボルトの電圧振れについて８９．８％の対称性であることが分かる。このように、本発明のいくつかの実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、ＲＦトランジスタ増幅器は直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの５０％に等しいドレイン－ソース間電圧値の範囲について直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で少なくとも９０％の対称性を維持すること、及び直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１００％に等しいドレイン－ソース間電圧値の範囲について直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近で少なくとも８５％の対称性を維持する。
【0061】
上に説明したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を示すことに加えて、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器はまた、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２／３から直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣまで広がるドレイン－ソース間電圧値の範囲について２倍未満だけ変わる（例えば、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ＝４８ボルトと仮定して、Ｃｄｓは、Ｖｄｓ＝３２～４８ボルトの値について２倍未満変わる）ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答も有する。このように、本発明の実施例にしたがって、ＲＦトランジスタ増幅器が提供され、ＲＦトランジスタ増幅器はドレイン電圧振れの範囲内で比較的直線的なドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有し、これが性能の改善という結果になることがある。
【0062】
このように、例えば、表１に示したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答について、Ｖｄｓ＝３２ボルトにおけるドレイン－ゲート間キャパシタンスは、４４．９２×１０－１５Ｆ／ｍｍであり、Ｖｄｓ＝４８ボルトにおけるドレイン－ゲート間キャパシタンスは、２６．２６×１０－１５Ｆ／ｍｍであり、この値は、２倍未満だけ異なる。
【0063】
ドレイン－ソース間キャパシタンス応答は、規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を与えるためにＲＦトランジスタ増幅器の出力パワーに基づいて規格化されることがある。同じように、ドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を与えるためにＲＦトランジスタ増幅器の出力パワーに基づいて規格化されることがある。本明細書では、「規格化したドレイン－ソース間応答」及び「規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答」への言及は、（ミリメートル当たりのファラッドの単位で測定される）それぞれドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答のパワーで規格化したバージョン（すなわち、ワット当たりのファラッドの単位の）を指す。規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、ドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答（これらは単位長さ当たりのキャパシタンス（例えば、Ｆ／ｍｍ）として特徴付けられ、ここで「長さ」がゲート幅に対応する、を単位長さ当たりの出力ＲＦパワー（例えば、Ｗ／ｍｍ）、これはまた、出力パワー密度としても知られる）により割り算することにより決定されることがある。このように、規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、単位パワー当たりのキャパシタンスの点から特徴付けられる。単位長さ当たりのＲＦパワーを、下記のように決定できる。
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／２＊ＲＦ電圧強度（Ｖ）＊ＲＦ電流強度（Ａ／ｍｍ）
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／２＊ＲＦ電圧強度（Ｖ）＊ＲＦ電流強度（Ａ／ｍｍ）
【0064】
ＲＦ電流強度は、ピーク間ＲＦ電流強度の１／２であり、そしてＲＦ電圧強度は、同様にピーク間ＲＦ電圧強度の１／２である。しかしながら、ピーク間ＲＦ電圧強度がドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２倍を超えられず、これゆえ、大部分のケースではＲＦ電圧強度がドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣに等しいことに留意すべきである。このように、ＲＦ電圧強度がドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣに等しいケースでは、単位長さ当たりのＲＦパワーを、下記のように決定できる。
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／４＊Ｖｄｓ－ＤＣ（Ｖ）＊ピーク間ＲＦ電流（Ａ／ｍｍ）
ＲＦパワー（Ｗ／ｍｍ）＝１／４＊Ｖｄｓ－ＤＣ（Ｖ）＊ピーク間ＲＦ電流（Ａ／ｍｍ）
【0065】
規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、迅速な比較を可能にするためにターン・オン抵抗などのデバイス損失を考慮せずに計算される。図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、図５Ａ及び図５Ｂに示したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及びドレイン－ゲート間キャパシタンス応答に対応する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を示しているグラフである。図６Ａでは、曲線９１は、図５Ａの曲線９０に対応する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答であり、そして曲線９３は、図５Ａの曲線９２に対応する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答である。同じように、図６Ｂでは、曲線９５は、図５Ｂの曲線９４に対応する規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答であり、そして曲線９７は、図５Ｂの曲線９６に対応する規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答である。
【0066】
下の表２は、ＲＦトランジスタ増幅器を４８ボルトの直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣで動作させたときの図６Ａ及び図６Ｂに示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答に対応するデータ点を与える。表２では、Ｖｄｓの値はボルトであり、Ｃｄｓ及びＣｄｇの値は（ファラッド／ワット）×１０－１４である。
【表2】
【0067】
本発明の実施例にしたがって、印加した直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣに対応する第１のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ１において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｓ１を有し、そして印加した直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２／３に対応する第２のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ２において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ２を有するように構成された窒化ガリウム系のＲＦトランジスタ増幅器が提供され、ここで第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ２は、第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ１の２倍未満である。例えば、図６Ａ～図６Ｂ及び表２に示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に関して、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ（すなわち、４８ボルト）に対応する第１のドレイン－ソース間電圧における第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ１は２．２７ｆＦ／Ｗであり、そして第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの２／３（すなわち、３２ボルト）に対応する第２のドレイン－ソース間電圧における第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇ２は３．８９ｆＦ／Ｗである。ここで、Ｃｄｇ１（２．２７ｆＦ／Ｗ）はＣｄｇ２（３．８９ｆＦ／Ｗ）の２倍未満である。
【0068】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１／２と第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わることがある。例えば、図６Ａ～図６Ｂ及び表２に示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器に関して、２４ボルトにおける（すなわち、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１／２における）規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは４．８９ｆＦ／Ｗである。１００ボルトにおいて、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは１．５３ｆＦ／Ｗであり、これゆえ規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスＣｄｇは、この電圧範囲にわたって４倍未満だけ変わる。
【0069】
いくつかの実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器を、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲（すなわち、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２４ボルトの範囲、これは３６～６０ボルトの範囲である）について少なくとも約８０％の対称性又は、いくつかのケースでは、９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。例えば、上に論じたように、図６Ａ～図６Ｂ及び表２に示した規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答及び規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答を有するＲＦトランジスタ増幅器は、４８ボルト直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近の２４ボルトの電圧範囲について９２．６％の対称性であり、そして４８ボルトの電圧範囲について８９．８％の対称性である。他の実施例では、ＲＦトランジスタ増幅器は、直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣの１００％に等しい直流ドレイン－ソース間バイアス電圧Ｖｄｓ－ＤＣ付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも約７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成されることがある。
【0070】
図７Ａは、本発明の実施例によるＲＦトランジスタ増幅器１００の模式的平面図である。図７Ａに示したように、ＲＦトランジスタ増幅器は、半導体構造体１１０上に形成された複数のゲート・フィンガ１３０、複数のソース・フィンガ１４０、及び複数のドレイン・フィンガ１５０を含む。ゲート・フィンガ１３０は、第１の方向（例えば、図７Ａのｘ－方向）に沿って互いに間隔を空けて離れ、そして第２の方向（例えば、図７Ａのｙ－方向）に延びる。ゲート・フィンガ１３０は、ゲート・マンドレル１３２を介して互いに電気的に接続される。ソース・フィンガ１４０は、第１の方向に沿って互いに間隔を空けて離れ、そして第２の方向に延びる。ソース・フィンガ１４０は、（図７Ａでは見えない）ビア又は他の構造体を介して互いに電気的に接続されることがあり、そして（図７Ａでは見えない）半導体構造体１１０の底面側上のソース・コンタクトに電気的に接続されることがある。ドレイン・フィンガ１５０は、同じように第１の方向に沿って互いに間隔を空けて離れ、そして第２の方向に延び、ドレイン・マンドレル１５２を介して互いに電気的に接続される。各々のゲート・フィンガ１３０は、隣接するソース・フィンガ１４０とドレイン・フィンガ１５０の対の間でｙ－方向に延びる。ゲート・フィンガ、ソース・フィンガ、及びドレイン・フィンガ１３０、１４０、１５０は、金属又は金属合金などの導電性材料を各々が含むことができる。図７ＡがＲＦトランジスタ増幅器１００用のコンタクト構造体の１つの単純な実例を図示すること、そして実際には、より複雑な多層コンタクト構造体を使用できることが認識されよう。
【0071】
各々のゲート・フィンガ１３０は、隣接するソース・フィンガ１４０及びドレイン・フィンガ１５０とともに、ユニット・セル・トランジスタ１６０を規定できる。図７Ａの破線の四角は、代表的なユニット・セル・トランジスタ１６０を特定する。動作中に、電流は、半導体構造体１１０内の導電経路を通って各々のソース・フィンガ１４０とその関連するドレイン・フィンガ１５０との間を流れる。電流の量は、ゲート・フィンガ１３０に印加される電圧信号によって変調されることがある。
【0072】
図７Ｂは、図７Ａの線７Ｂ－７Ｂに沿って取ったＲＦトランジスタ増幅器１００の断面図である。図７Ｂに示したように、半導体構造体１１０は、基板１１２及び基板１１２上に形成されたエピタキシャル構造体を含む。基板１１２は、窒化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、窒化ガリウム、シリコン、炭化ケイ素、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、ＺｎＯ、ＬＡＯ、又はＩｎＰ基板などの半導体基板を含むことができる。或いは、基板１１２は、例えば、その上側表面上に形成された半導体エピタキシャル層を有するサファイア基板又はダイアモンド基板などの非半導体基板であってもよい。エピタキシャル構造体は、基板１１２上に形成されたチャネル層１１６及び基板１１２とは反対側のチャネル層１１６上に形成されたバリア層１１８を含むことができる。チャネル層１１６及びバリア層１１８は、ＩＩＩ族窒化物系の材料を含むことができ、バリア層１１８の材料がチャネル層１１６の材料よりも大きなバンドギャップを有することをともなう。例えば、チャネル層１１６は、ＧａＮを含むことができ、一方でバリア層１１８は、ＡｌＧａＮを含むことができる。チャネル層１１６及びバリア層１１８が単一層構造体として図示されている一方で、チャネル層１１６及び／又はバリア層１１８の一方又は両方が多層構造体として実装されてもよいことが認識されよう。例えば、バッファ層、歪バランス層、遷移層、等などの追加層もまた、基板１１２上に設けられるエピタキシャル構造体の一部として含まれてもよいこともまた認識されるだろう。
【0073】
本発明の概念の実施例は、発明の実施例が示されている添付の図面を参照して上に説明されてきている。この発明の概念は、しかしながら、多くの異なる形態で具体化されることがあり、本明細書において記載した実施例に限定されるように解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が万全であるように、そして当業者に発明の概念の範囲を十分に伝えるだろうように提供される。同じような数字は、全体を通して同じような要素を指す。
【0074】
第１の、第２の等の用語が、本明細書では様々な要素を記述するために使用されることがあるとはいえ、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、１つの要素をもう１つとは区別するために使用されるに過ぎない。例えば、第１の要素が第２の要素と呼ばれることがあり、そして同様に、第２の要素が、本発明の範囲から逸脱せずに第１の要素と呼ばれることがある。本明細書において使用されるように、「及び／又は」という用語は、関連して列挙された項目のうちの１つ又は複数の任意の組み合わせ及びすべての組み合わせを含む。
【0075】
本明細書において使用する術語は、特定の実施例を記述する目的のためだけであり、発明を限定するものではない。本明細書において使用するように、「備える（comprises）」、「備えている（comprising）」、「含む（includes）」及び／又は「含んでいる（including）」という用語は、述べた特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除しない。
【0076】
層、領域又は基板などの要素がもう１つの要素の「上に（on）」ある又は「上へと（onto）」延びると呼ばれるときには、他の要素の直接上にある若しくは直接上へと延びる又は介在する要素もまた存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素がもう１つの要素の「直接上に」ある又は「直接上へと」延びると呼ばれるときには、介在する要素は存在しない。ある要素がもう１つの要素に「接続される（connected）」又は「結合される（coupled）」と呼ばれるときには、他の要素に直接接続される若しくは結合されることがある、又は介在する要素が存在してもよいこともまた理解されよう。対照的に、ある要素がもう１つの要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と呼ばれるときには、介在する要素は存在しない。
【0077】
「下方に（below）」若しくは「上方に（above）」又は「上部に（upper）」若しくは「下部に（lower）」又は「水平に（horizontal）」若しくは「横方向に（lateral）」若しくは「垂直に（vertical）」などの相対的な用語は、図に図示されたように１つの要素、層又は領域のもう１つの要素、層又は領域に対する関係を記述するために本明細書では使用されることがある。これらの用語が図に描かれた向きに加えてデバイスの違った向きを包含するものであることが理解されよう。
【0078】
図面及び明細書では、本発明の典型的な実施例が開示されており、特定の用語が採用されているとはいえ、これらは一般的で説明的な感覚で使用されるに過ぎず、限定の目的ではなく、例として、発明の範囲は、以下の開示の項目にも記載される。
【0079】
（開示の項目）
［項目１］
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、
前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
ＲＦトランジスタ増幅器。
［項目２］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間である前記ドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、項目１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目３］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間である前記ドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、項目１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目４］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目５］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目６］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目７］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目８］
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、項目７に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目９］
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１から８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１０］
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、
前記窒化ガリウム系のチャネル層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンスを有するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、
ＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１１］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、項目１０に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１２］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について２倍未満だけ変わる、項目１０に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１３］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、
前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
項目１０から１２までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１４］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１０から１３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１５］
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、項目１０から１３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１６］
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３２ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり４×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１５までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１７］
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１５までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１８］
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり６×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１７までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１９］
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１］
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、
前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
ＲＦトランジスタ増幅器。
［項目２］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間である前記ドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、項目１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目３］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間である前記ドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、項目１に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目４］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目５］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目６］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも７０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目７］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１００％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも８０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１から３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目８］
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、項目７に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目９］
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１から８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１０］
窒化ガリウム系のチャネル層及び前記窒化ガリウム系のチャネル層上の前記窒化ガリウム系のチャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化ガリウム系のバリア層を含む半導体構造体と、
前記窒化ガリウム系のチャネル層上のソース・コンタクトと、
前記窒化ガリウム系のバリア層上のドレイン・コンタクトと、
前記ソース・コンタクトと前記ドレイン・コンタクトとの間の前記窒化ガリウム系のバリア層上のゲート・コンタクトと
を備える、無線周波数（「ＲＦ」）トランジスタ増幅器であって、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧で動作するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧の範囲について少なくとも８５％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンスを有するように構成され、
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について４倍未満だけ変わる、
ＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１１］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の１／２と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について３倍未満だけ変わる、項目１０に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１２］
前記ＲＦトランジスタ増幅器の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３と前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２倍との間であるドレイン－ソース間電圧のすべての値について２倍未満だけ変わる、項目１０に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１３］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧において第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように、及び前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２／３において第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスを有するように構成され、
前記第２の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスが前記第１の規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの２倍未満である、
項目１０から１２までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１４］
前記ＲＦトランジスタ増幅器が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の５０％に等しい前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧付近のドレイン－ソース間電圧値の範囲について少なくとも９０％の対称性を維持する規格化したドレイン－ソース間キャパシタンス応答を有するように構成される、項目１０から１３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１５］
前記ＲＦトランジスタ増幅器は、規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンス応答が、前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧から前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧の２０ボルト下までの範囲内のドレイン－ソース間電圧について１００％未満だけ変わるように構成される、項目１０から１３までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１６］
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３２ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり４×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１５までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１７］
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１５までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１８］
前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、２４ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり６×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１７までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
［項目１９］
前記第１の直流ドレイン－ソース間バイアス電圧が４８ボルトと５５ボルトとの間であり、前記規格化したドレイン－ゲート間キャパシタンスの値が、３０ボルトよりも大きなすべてのドレイン－ソース間電圧値についてワット当たり５×１０ －１５ ファラッド未満である、項目１０から１８までのいずれか一項に記載のＲＦトランジスタ増幅器。
【国際調査報告】