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公開番号2024140132
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023051136
出願日2023-03-28
発明の名称化合物半導体増幅器及び回路モジュール
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人フィールズ国際特許事務所
主分類H03F 3/60 20060101AFI20241003BHJP(基本電子回路)
要約【課題】電磁波伝搬を抑制しつつ、発熱量も抑制する。
【解決手段】半絶縁性基板の上側に化合物半導体及び増幅器を有する化合物半導体増幅器であって、前記半絶縁性基板は、第1周波数において、内部で第2範囲の波長となる基板厚を有し、シート抵抗の値が第3範囲である金属層を下面に有し、前記第1周波数は、前記化合物半導体増幅器で使用する周波数の最大周波数であり、前記第2範囲は、前記第1周波数の波長の1/12から1/2であり、前記第3範囲は、3から1000オームである。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
半絶縁性基板の上側に化合物半導体及び増幅器を有する化合物半導体増幅器であって、
前記半絶縁性基板は、第１周波数において、内部で第２範囲の波長となる基板厚を有し、
シート抵抗の値が第３範囲である金属層を下面に有し、
前記第１周波数は、前記化合物半導体増幅器で使用する周波数の最大周波数であり、
前記第２範囲は、前記第１周波数の波長の１／１２から１／２であり、
前記第３範囲は、３から１０００オームである
化合物半導体増幅器。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２範囲は、前記第１周波数の波長の１／４から１／２であり、
前記第３範囲は、６から１０００オームである
請求項１記載の化合物半導体増幅器。
【請求項３】
前記金属層は、前記半絶縁性基板の逆側に高放熱基板を有し、
前記高放熱基板は、前記半絶縁性基板の熱伝導率よりも熱伝導率が高く、前記半絶縁性基板の抵抗率以上の抵抗率を有する
請求項１記載の化合物半導体増幅器。
【請求項４】
前記半絶縁性基板の構成物は、ガリウム砒素、インジウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、又は炭化シリコンを含む
請求項１記載の化合物半導体増幅器。
【請求項５】
前記高放熱基板の構成物は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、炭化シリコン、又はダイヤモンドを含む
請求項３記載の化合物半導体増幅器。
【請求項６】
前記高放熱基板は、内部で前記第１周波数の波長の１／６から１となる基板厚を有する
請求項３記載の化合物半導体増幅器。
【請求項７】
前記金属層の構成物は、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニクロム、クロム、白金、アルミニウム、金、銅、銀、又はこれらの積層を含む
請求項１記載の化合物半導体増幅器。
【請求項８】
化合物半導体増幅器を実装する高周波回路基板を、第１周波数において、空気中での波長に対して、１／２から１波長の間隔で積層する回路モジュールであって、
前記化合物半導体増幅器は、半絶縁性基板の上側に化合物半導体及び増幅器を有し、前記半絶縁性基板は、前記第１周波数において、内部で第２範囲の波長となる基板厚を有し、シート抵抗の値が第３範囲である金属層を下面に有し、
前記第１周波数は、前記化合物半導体増幅器で使用する周波数の最大周波数であり、
前記第２範囲は、前記第１周波数の波長の１／１２から１／２であり、
前記第３範囲は、３から１０００オームである
回路モジュール。
【請求項９】
前記金属層は、前記半絶縁性基板の逆側に高放熱基板を有し、
前記高放熱基板は、前記半絶縁性基板の熱伝導率よりも熱伝導率が高く、前記半絶縁性基板の抵抗率以上の抵抗率を有し、
前記半絶縁性基板の厚さと前記高放熱基板の厚さの和が、第４範囲である
請求項８記載の回路モジュール。
【請求項１０】
前記第４範囲は、７５から５００マイクロメートルである
請求項９記載の回路モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体増幅器及び回路モジュールに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
次世代通信（例えば、Beyond 5G/6G）では、100Gbps以上の通信速度実現のため、サブテラヘルツ帯の電波の利用が検討されている。そのため、化合物半導体増幅器が注目されている。化合物半導体増幅器は、シリコン系増幅器よりも高周波および高出力動作が可能であるため、サブテラヘルツ帯半導体増幅器として次世代通信への応用が期待されている。
【０００３】
一方、サブテラヘルツ帯で使用する半導体増幅器（サブテラヘルツ帯半導体増幅器）の高周波・高出力特性を安定化するためには、非常に幅広い周波数帯域、例えば250-300GHzで不要な電磁波放射を抑制することが重要となっている。さらに、サブテラヘルツ帯半導体増幅器の電力付加効率は数％であり、投入電力のほとんどが熱に変換され発熱量が増加する。加えて、モバイル通信では、アレイアンテナによるビーム制御が必須となるが、この周波数帯域ではサブテラヘルツ帯半導体増幅器のサイズが空気の（空気中における、ある周波数の波長の）2分の1波長（λ/2）を超えるため、通常ミリ波帯で使用される平面型アレイアンテナ構造よりも増幅器の放熱構造（経路）の形成が難しい立体積層型アンテナアレイ構造が提案されている。このため、サブテラヘルツ帯半導体増幅器の放熱構造が重要となっている。
【０００４】
サブテラヘルツ帯半導体増幅器としては、例えば、インジウム燐（InP）基板上にインジウムアルミニウム砒素（InAlAs）電子供給層/インジウムガリウム砒素（InGaAs）チャネル層を形成した高電子移動度トランジスタ（InP系HEMT）、ガリウム砒素（GaAs）基板上にメタモルフィックバッファ層を介してInAlAs電子供給層/InGaAsチャネル層を形成したHEMT（メタモルフィックHEMT, mHEMT）、InP基板上にInPエミッタ層/ガリウム砒素アンチモン（GaAsSb）ベース層/In(Al)GaAsコレクタ層等を形成したヘテロ接合バイポーラトランジスタ（InP系HBT）等がある。これら化合物半導体増幅器は、シリコン系増幅器よりも高周波および高出力動作が可能であるため、Beyond 5G/6Gへの応用が期待されている。
【０００５】
増幅器に関する技術としては、以下の特許文献に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開2007-165430号公報
特開2011-77557号公報
特開2007-165739号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特に250GHz以上の周波数帯では、これらの化合物半導体増幅器を形成する半絶縁性基板内への電磁波伝搬による伝送損失と電力付加効率の著しい低下による発熱量の増加という２つの問題が存在する。これら２つの問題に対して、サブテラヘルツ帯化合物半導体増幅器を形成する半絶縁性基板厚は相反関係にあり、解決が困難である。
【０００８】
そこで、一開示は、電磁波伝搬を抑制しつつ、発熱量も抑制する化合物半導体増幅器及び回路モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
半絶縁性基板の上側に化合物半導体及び増幅器を有する化合物半導体増幅器であって、前記半絶縁性基板は、第１周波数において、内部で第２範囲の波長となる基板厚を有し、シート抵抗の値が第３範囲である金属層を下面に有し、前記第１周波数は、前記化合物半導体増幅器で使用する周波数の最大周波数であり、前記第２範囲は、前記第１周波数の波長の１／１２から１／２であり、前記第３範囲は、３から１０００オームである。
【発明の効果】
【００１０】
一開示は、電磁波伝搬を抑制しつつ、発熱量も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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