本發(fā)明涉及功率放大電路。

背景技術：

在功率放大電路等半導體集成電路中，存在將多個電容器串聯(lián)連接的情況。例如，專利文獻1中公開了由串聯(lián)連接的2個電容器和、一端連接于這些電容器的連接點而另一端接地的電感器構成的clc型高通濾波器。

專利文獻1：日本特開2011－259215號公報

然而，在將多個電容器安裝于電路的情況下，存在每當使電容器的個數(shù)增加，電路面積就增大每一個電容器的占有面積的量這樣的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于這種事情而完成的，其目的在于，提供抑制電路面積的增大，并且使電容器的個數(shù)增加的功率放大電路。

本發(fā)明的一方面所涉及的功率放大電路具備：電容元件，是將第一金屬層、第一絕緣層、第二金屬層、第二絕緣層、以及第三金屬層依次層疊的電容元件，該電容元件具備將第一金屬層作為一方電極并將第二金屬層作為另一方電極的第一電容器、和將第二金屬層作為一方電極并將第三金屬層作為另一方電極的第二電容器；以及晶體管，對無線頻率信號進行放大，無線頻率信號被供給至第一電容器的一方電極，第一電容器的另一方電極和第二電容器的一方電極被連接于晶體管的基極，第二電容器的另一方電極與晶體管的發(fā)射極連接。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供抑制電路面積的增大，并且使電容器的個數(shù)增加的功率放大電路。

附圖說明

圖1是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的電容器的構成的圖。

圖2是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的電容器的剖面結構的一個例子的圖。

圖3是表示包括作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路的發(fā)送單元的構成例的圖。

圖4是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的功率放大器160的構成的一個例子(功率放大器160a)的圖。

圖5是表示功率放大器160所能夠使用的單位單元的構成的一個例子的圖。

圖6是表示多個單位單元300被并聯(lián)連接的功率放大器160b的構成的圖。

圖7是由層疊電容而構成了電容器240的情況下的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的構成例的俯視圖、a－a線剖視圖、以及c－c線剖視圖。

圖8是圖7的b－b線剖視圖。

圖9是電容器210、電阻元件270、以及晶體管200的構成例(比較例1)的俯視圖以及a－a線剖視圖。

圖10是由mim電容構成了電容器240的情況下的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的構成例(比較例2)的俯視圖以及a－a線剖視圖。

圖11是由層疊電容構成了電容器240的情況下的變形例中的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的俯視圖以及a－a線剖視圖。

圖12是表示將多個功率放大電路1a以及功率放大電路1000并聯(lián)連接的情況下的配置例的圖。

圖13是倒裝芯片結構中的電容器210、電阻元件270、以及晶體管200的構成例(比較例3)的俯視圖以及a－a線剖視圖。

圖14是圖13的b－b線剖視圖。

圖15是表示在由布線的寄生電容構成了電容器240的情況下的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的剖面構造的一個例子的圖。

圖16是表示在電容器210的電容值ccut＝0.4pf、電容器240的電容值cadd＝0.01pf的情況下的模擬結果的圖。

圖17是表示電容器210的電容值ccut＝0.4pf、電容器240的電容值cadd＝1pf的情況下的模擬結果的圖。

圖18是示出表示功率放大器160b中的、電容器240的電容值cadd與功率附加效率的關系的一個例子的模擬結果的圖。

圖19是表示電容器210的電容值ccut＝1.4pf、電容器240的電容值cadd＝0.01pf的情況下的模擬結果的圖。

圖20是表示電容器210的電容值ccut＝1.4pf、電容器240的電容值cadd＝1pf的情況下的模擬結果的圖。

圖21是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的功率放大器160的構成的一個例子(功率放大器160c)的圖。

圖22是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的匹配電路180的構成的一個例子(匹配電路180a)的圖。

附圖標記說明

1a、1b、2、1000、2000、3000...功率放大電路；10...半導體基板；12...隔離層；20、22、24、26...金屬層；30、32、34...絕緣層；40...電阻；50...子集電極層；52...集電極層；54...集電極電極；56...基極層；58...基極電極；60...發(fā)射極層；62...發(fā)射極電極；100...發(fā)送單元；110...調制部；120...功率放大模塊；130...前端部；140...天線；150、160、160a、160b、160c...功率放大器；170、180、180a、190...匹配電路；200、250...晶體管；210、240、280、400、410、440、450、c1、c2...電容器；220...偏置電路；230、420、430、460...電感器；260、270...電阻元件；290、291...二極管；300...單位單元。

具體實施方式

以下，參照附圖詳細地對本發(fā)明的實施方式進行說明。此外，對相同的要素標注相同或者類似的附圖標記，省略重復的說明。

圖1是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的電容器的構成的圖。如圖1所示，功率放大電路包括串聯(lián)連接的2個電容器c1、c2。此外，功率放大電路的構成的具體例子將在后面描述。

圖2是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的電容器的剖面結構的一個例子的圖。此外，在圖2中，將橫向方向作為x軸方向，將寬度方向作為y軸方向，將厚度方向作為z軸方向。

電容器c1、c2例如形成于在板狀的半導體基板10上所形成的隔離層12上。電容器c1、c2具備金屬層20、22、24、以及絕緣層30、32。

半導體基板10的材料并不被特別限定，但例如舉出了具有晶體結構的材料。作為具有晶體結構的材料，舉出有gaas、si、inp、sic、gan等。在本實施方式中，半導體基板10例如由gaas構成。

隔離層12形成于半導體基板10上。隔離層12的材料并不被特別限定，但在本實施方式中，由通過離子注入而被絕緣化的半導體(例如gaas)構成。

金屬層20(第三金屬層)形成于隔離層12上。在金屬層20上隔著絕緣層30(第二絕緣層)形成有金屬層22(第二金屬層)，進一步隔著絕緣層32(第一絕緣層)層疊形成有金屬層24(第一金屬層)。

金屬層20、22、24分別由導電性物質構成。金屬層20、22、24的材料并不被特別限定，但例如使用au、mo、al等來形成。

絕緣層30、32例如由絕緣膜構成。絕緣層30、32的材料并不被特別限定，但例如使用sin、sio2、aln等來形成。

在本實施方式中，例如，金屬層24、絕緣層32、以及金屬層22構成電容器c1(第一電容器)，金屬層22、絕緣層30、以及金屬層20構成電容器c2(第二電容器)(參照圖2)。具體而言，金屬層24作為電容器c1的一方電極發(fā)揮作用，金屬層22作為電容器c1的另一方電極發(fā)揮作用。而且，通過對金屬層24、金屬層22施加電壓，從而在絕緣層32積蓄有規(guī)定的電荷。相同地，金屬層22作為電容器c2的一方電極發(fā)揮作用，金屬層20作為電容器c2的另一方電極發(fā)揮作用。而且，通過對金屬層22以及金屬層20施加電壓，從而在絕緣層30積蓄電荷。

即，在本實施方式中，電容器c1、c2共享金屬層22作為任意一方的電極。這樣，通過使金屬層20、22、24在厚度方向(z軸方向)上成為層疊構造，能夠在與一個電容器所占的面積大致同等的面積上安裝2個電容器c1、c2。因此，能夠抑制功率放大電路的電路面積的增大，并且使電容器的個數(shù)增加。此外，在以后的說明中，將通過層疊結構而構成了多個電容器的電容元件稱為層疊電容。

此外，金屬層20、22、24、以及絕緣層30、32的形狀并不被特別限定，但在從各部件的厚度方向(z軸正方向)觀察的俯視中，也可以分別具有平面形狀(例如矩形形狀)。另外，金屬層20、22、24以及絕緣層30、32各自的位置關系并不被特別限定，但需要各部件的至少一部分在z軸方向上重疊。

另外，在本實施方式中，示出由3層金屬層構成2個電容器的例子，但金屬層以及所形成的電容器的個數(shù)并不局限于此，也可以使用4層以上的金屬層來形成3個以上的電容器。

接下來，對能夠應用層疊電容的功率放大電路進行說明。

第一應用例

圖3是表示包括作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路的發(fā)送單元的構成例的圖。發(fā)送單元100例如用于在移動電話等移動體通信設備中，將聲音、數(shù)據(jù)等各種信號發(fā)送至基站。此外，移動體通信設備也具備用于從基站接收信號的接收單元，但這里省略說明。

如圖3所示，發(fā)送單元100包括調制部110、功率放大模塊120、前端部130、以及天線140。

調制部110基于gsm(注冊商標)等標準的調制方式對輸入信號進行調制，生成用于進行無線發(fā)送的無線頻率(rf：radio－frequency)信號。rf信號例如是數(shù)百mhz到數(shù)ghz左右。

功率放大模塊120將rf信號(pin)的功率放大到為了發(fā)送至基站所需要的等級，并輸出放大信號(pout)。功率放大模塊120例如能夠由2級功率放大器構成。具體而言，如圖3所示，功率放大模塊120能夠包括功率放大器150、160以及匹配電路(mn：matchingnetwork)170、180、190。功率放大器150是初級(驅動級)的放大器，輸出對所輸入的rf信號進行了放大的信號(第一放大信號)。功率放大器160是后級(功率級)的放大器，輸出對所輸入的rf信號進行了放大的信號(第二放大信號)。匹配電路170、180、190是用于使電路間的阻抗相匹配的電路，使用電容器、電感器來構成。此外，構成功率放大模塊120的功率放大器的級數(shù)并不局限于2級，既可以是1級，也可以是3級以上。

前端部130進行針對放大信號的過濾、與從基站接收的接收信號的開關等。從前端部130輸出的放大信號通過天線140發(fā)送至基站。

圖4是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的功率放大器160的構成的一個例子(功率放大器160a)的圖。功率放大器160a包括npn晶體管(以下，僅稱為“晶體管”。)200、電容器210、偏置電路220、電感器230、以及電容器240。

晶體管200例如是異質結雙極晶體管(hbt：heterojunctionbipolartransistor)。對于晶體管200而言，電源電壓vcc通過電感器230被供給至集電極，rf信號rfin通過電容器210被輸入至基極，發(fā)射極接地。另外，晶體管200的基極被供給有來自偏置電路220的偏置電流或者偏置電壓。晶體管200對輸入基極的rf信號進行放大，并從集電極輸出放大信號rfout。

電容器210(第一電容器。以下，也稱為dc截止電容)的一端(第一金屬層)被輸入有rf信號rfin，另一端(第二金屬層)與晶體管200的基極連接。電容器210截止rf信號的dc分量，輸出至晶體管200的基極。

偏置電路220包括晶體管250、電阻元件260、270、電容器280、以及二極管290、291。對于晶體管250而言，電池電壓vbat被供給至集電極，偏置控制電壓vcont通過電阻元件260被供給至基極，發(fā)射極與電阻元件270的一端連接。電阻元件260的一端被施加有偏置控制電壓vcont，另一端與晶體管250的基極連接。電阻元件270的一端與晶體管250的發(fā)射極連接，另一端與晶體管200的基極連接。電容器280的一端與晶體管250的基極連接，另一端接地。二極管290、291被串聯(lián)連接，二極管290的陽極與晶體管250的基極連接，二極管291的陰極接地。偏置電路220基于偏置控制電壓vcont，對晶體管200的基極輸出偏置電流ibias。此外，電容器280能夠減少輸入至晶體管250的基極的噪聲。另外，二極管290、291針對偏置控制電壓vcont的偏差能夠抑制晶體管250的基極電壓的變動。

電感器230的一端施加有電源電壓vcc，另一端與晶體管200的集電極連接。電源電壓vcc例如是由調節(jié)器生成的規(guī)定等級的電壓。

電容器240(第二電容器。以下，也稱為基極發(fā)射極間電容)的一端(第二金屬層)與晶體管200的基極連接，另一端(第三金屬層)與晶體管200的發(fā)射極連接。電容器240的電容值cadd例如與晶體管200截止時的電容值大致相同。電容器240為了改善大輸出時的功率放大器160a的功率附加效率而設置。

首先，對在功率放大器160a中未設置有電容器240的情況下的動作進行說明。在大信號輸出時，進入電容器210的rf信號的振幅變大，在rf信號的負的周期時晶體管200的基極電壓vb大幅降低，晶體管200截止。而且，若晶體管200的基極電壓vb大幅降低，則來自偏置電路220的偏置電流ibias變大。若偏置電流ibias變大，則晶體管200截止的時機變早。由此，晶體管200的集電極電流ic與集電極電壓vc重疊的期間變長。因此，由于功率由電流與電壓的乘法運算決定，所以在不對rf信號進行放大的區(qū)間也產生功率，因此功率附加效率降低。

另一方面，在功率放大器160a中，通過設置有電容器240，能夠改善功率附加效率。具體而言，在功率放大器160a中，若晶體管200截止，基極電壓vb要降低，則電流從電容器240流向晶體管200的基極。通過該電流抑制了晶體管200的基極電壓vb的降低。因此，抑制了來自偏置電路220的偏置電流ibias的增加。其結果，晶體管的集電極電流ic和集電極電壓vc重疊的期間(產生功率的期間)變短，從而能夠改善功率附加效率。

圖4示出了功率放大器160a作為功率放大器160的一個例子，但功率放大器160也能夠成為將多個單位單元并聯(lián)連接的構成。

圖5是表示功率放大器160所能夠使用的單位單元的構成的一個例子的圖。單位單元300包括圖4所示的功率放大器160a中的、晶體管200、電容器210、240、晶體管250、以及電阻元件270。

圖6是表示并聯(lián)連接有多個(例如，16個)單位單元300的功率放大器160b的構成的圖。這樣，在并聯(lián)連接有多個單位單元300的功率放大器160b中，也由于在各單位單元300設置有電容器240，從而如上述那樣，能夠改善功率附加效率。此外，圖5所示的單位單元300的構成是一個例子，單位單元所包含的要素并不局限于此。

接下來，參照圖7～圖10對將層疊電容應用于功率放大器160a的情況下的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的結構進行說明。此外，圖7是由層疊電容構成了電容器240的情況下的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的構成例的俯視圖、a－a線剖視圖、以及c－c線剖視圖，圖8是圖7的b－b線剖視圖，圖9是電容器210、電阻元件270、以及晶體管200的構成例(比較例1)的俯視圖以及a－a線剖視圖，圖10是由mim電容構成了電容器240的情況下的電容器210、240、電阻元件270以及晶體管200的構成例(比較例2)的俯視圖以及a－a線剖視圖。此外，在以下的說明中，通過相同工序形成的金屬層使用類似的附圖標記來表示(例如，金屬層20a、20b、···等)。另外，在圖7所示的俯視圖中，省略絕緣層30、32、34來圖示。在以下進行說明的圖9、圖10、圖11、圖12、以及圖13的俯視圖中也相同。

參照圖7以及圖8對由層疊電容形成了電容器240的情況下的功率放大電路1a的結構進行說明。功率放大電路1a包括電容器210(dc截止電容)、電容器240(基極發(fā)射極間電容)、電阻元件270、以及晶體管200。

如圖7所示，功率放大電路1a在半導體基板10上在x軸負方向側(以下，稱為電容器側)具備電容器210、240、以及電阻元件270，在x軸正方向側(以下，稱為晶體管側)具備晶體管200。在本實施方式中，電容器210、240與晶體管200的一方向側(例如，x軸負方向側)相鄰地形成。

首先，對電容器側的構造進行說明。電容器側在隔離層12之上從下方依次層疊有金屬層20a(第三金屬層)、絕緣層30(第二絕緣層)、金屬層22a(第二金屬層)、絕緣層32(第一絕緣層)、以及金屬層24a(第一金屬層)(參照圖7)。

圖4所示的電容器210(第一電容器)由金屬層24a、絕緣層32、金屬層22a構成。具體而言，金屬層24a(第一金屬層)被供給有rf信號rfin，形成電容器210的一方電極。金屬層22a(第二金屬層)被向x軸正方向側(晶體管側)引出，與后述的晶體管200的基極電極58電連接，形成電容器210的另一方電極。由此，在金屬層24a與金屬層22a之間的絕緣層32(第一絕緣層)積蓄有規(guī)定的電荷，構成了規(guī)定的電容值(例如，ccut＝0.7pf)的電容器210(dc截止電容)。

另一方面，圖4所示的電容器240(第二電容器)由金屬層22a、絕緣層30、金屬層20a構成。具體而言，金屬層22a(第二金屬層)如上述那樣與基極電極58電連接，形成電容器240的一方電極。金屬層20a(第三金屬層)與后述的晶體管200的發(fā)射極電極62電連接，形成電容器240的另一方電極。由此，在金屬層22a與金屬層20a之間的絕緣層30(第二絕緣層)積蓄有規(guī)定的電荷，構成了規(guī)定的電容值(例如，cadd＝0.35pf)的電容器240(基極發(fā)射極間電容)。此外，金屬層20a與發(fā)射極電極62的詳細連接將在后面描述。

圖4所示的電阻元件270由與電容器210、240的一方向側(例如，x軸負方向側)相鄰地形成的電阻40構成。電阻40的一端由金屬層22a構成，與后述的晶體管200的基極電極58電連接。電阻40的另一端被供給有來自偏置電路(未圖示)的偏置電流。由此，電阻40作為晶體管200的基極鎮(zhèn)流電阻發(fā)揮作用。

接下來，對晶體管側的構造進行說明。在功率放大電路1a中，作為晶體管200，以集電極層和基極層、以及基極層和發(fā)射極層的至少一方被異質接合而構成的異質結雙極晶體管為一個例子進行說明。

圖4所示的晶體管200例如形成于半導體基板10上。晶體管200具備子集電極層50、集電極層52、集電極電極54、基極層56、基極電極58、發(fā)射極層60、以及發(fā)射極電極62(參照圖8)。

子集電極層50形成于半導體基板10的一部分表面上。子集電極層50的材料并不被特別限定，例如舉出具有晶體結構的材料。子集電極層50與集電極層52一起作為集電極發(fā)揮作用。

集電極層52在子集電極層50上形成于子集電極層50的寬度方向(y軸方向)的中央部(參照圖8)。集電極層52的材料并不被特別限定，例如舉出具有晶體結構的材料。在本實施方式中，集電極層52例如成為與子集電極層50相同的材料，含有gaas作為主成分。此外，集電極層52的gaas的晶體取向例如與半導體基板10的gaas的晶體取向一致。

此外，含有gaas的整個集電極層52既可以是n型半導體，也可以是p型半導體。在集電極層52是n型半導體的情況下，晶體管200為npn接合。另外，在集電極層52是p型半導體的情況下，晶體管200為pnp接合。但是，gaas因為霍爾遷移率比電子遷移率非常低(電子遷移率大約是0.85m²/(vs)，霍爾遷移率大約是0.04m²/(vs)。)，所以從頻率特性較好這樣的觀點來看，與pnp接合相比，優(yōu)選n型半導體。以下，在本實施方式中，設為集電極層52是n型半導體。此外，為了使集電極層52為n型，而對集電極層52摻雜si、s、se、te、sn等摻雜劑。另外，為了使集電極層52為p型，而對集電極層52摻雜c、mg、be、zn、cd等摻雜劑。

集電極電極54在子集電極層50上隔著集電極層52分別(一對)形成于子集電極層50的寬度方向(y軸方向)的兩端部(參照圖8)。此外，集電極電極54也可以在子集電極層50上形成于集電極層52的任一方側(y軸正方向側或者y軸負方向側)。集電極電極54的材料并不被特別限定，例如是ti/pt、wsi、pt/ti/au或者auge/ni/au等。這里，“/”表示層疊結構。例如，“ti/pt”表示在ti上層疊有pt的結構。在以下的說明中也相同。

基極層56形成于集電極層52上(參照圖7、圖8)?；鶚O層56的材料并不被特別限定，例如舉出具有晶體結構的材料。在本實施方式中，基極層56例如由與子集電極層50以及集電極層52相同的材料形成，含有gaas作為主成分。

另外，成為基極層56的主成分的gaas既可以是n型半導體，也可以是p型半導體。在本實施方式中，因為集電極層52為n型半導體，所以基極層56的gaas為p型半導體。

基極電極58形成于基極層56上(參照圖7、圖8)?；鶚O電極58的材料并不被特別限定，但例如是ti/pt、wsi、pt/ti/au或者auge/ni/au等。基極電極58在電容器側與晶體管側的邊界區(qū)域中，被夾持在基極層56與金屬層22a之間地設置(參照圖7)。由此，基極層56通過基極電極58與金屬層22a(電容器210的另一方電極、電容器240的一方電極)電連接。

發(fā)射極層60形成于基極層56上(參照圖7、圖8)。發(fā)射極層60的材料只要是半導體就不被特別限定。但是，在本實施方式中，發(fā)射極層60與基極層56異質接合，所以優(yōu)選由以與基極層56的主成分晶格匹配的材料作為主成分的半導體構成。

發(fā)射極電極62形成于發(fā)射極層60上(參照圖7、圖8)。發(fā)射極電極62的材料并不被特別限定，例如是ti/pt、wsi、或者auge/ni/au等。

在晶體管200的上方形成有金屬層22b、24b。具體而言，在發(fā)射極電極62上從下方依次層疊有金屬層22b、24b(參照圖7、圖8)。

另外，晶體管200、以及金屬層22b、24b的周圍被絕緣層30、32、34包圍(參照圖8)。絕緣層30、32、34的材料并不被特別限定，例如也可以使絕緣層30、32為sin膜，使絕緣層34為聚酰亞胺膜。另外，絕緣層30、32、34也可以是無機膜與有機膜的層疊構造。

接下來，對電容器側的金屬層20a和晶體管側的發(fā)射極層60的連接進行說明。金屬層20a形成于隔離層12與絕緣層30之間。金屬層20a被形成為，與形成于其上方的金屬層22a相比，在圖7c－c線上，x軸方向的長度更長(參照圖7c－c線剖視圖)。另一方面，發(fā)射極層60通過金屬層22b、24b、22c(貫通電極)與金屬層20a電連接。具體而言，被構成為在晶體管側中層疊于金屬層22b上的金屬層24b向電容器側延伸，在電容器側的金屬層20a的上方，通過貫通電極與金屬層20a電連接。例如，在本實施方式中，金屬層24b被形成為在從z軸正方向觀察的俯視時，延伸到電容器側的金屬層20a的上方(參照圖7俯視圖)。而且，金屬層24b在金屬層22a的上方延伸到y(tǒng)軸方向的兩端附近地形成(參照圖7俯視圖)。

由此，在圖7a－a線上，金屬層20a和金屬層24b被絕緣層32、金屬層22a、以及絕緣層30隔開，不進行電連接(參照圖7a－a線剖視圖)。另一方面，在圖7c－c線上，在金屬層20a比金屬層22a向x軸正方向側延伸的區(qū)域形成有金屬層22c，通過該金屬層22c與金屬層24b電連接(參照圖7c－c線剖視圖)。因此，金屬層20a通過金屬層22c、24b、22b與晶體管200的發(fā)射極電極62以及發(fā)射極層60電連接(參照圖7)。此外，金屬層20a與發(fā)射極層60的連接、以及金屬層22a與基極層56的連接并不局限于該方式。例如，也可以金屬層20a和金屬層24b在圖7a－a線上附近連接，金屬層22a與基極電極58在圖7c－c線上附近連接。

通過上述的構成，在功率放大電路1a中，能夠利用電容器210的一方電極來形成電容器240。即，電容器210、240共享金屬層22a作為任意一方的電極。這樣，通過使金屬層20a、22a、24a在厚度方向(z軸方向)上成為層疊構造，能夠在與電容器210所占的面積大致相同的面積中安裝2個電容器210、240。由此，功率放大電路1a能夠抑制電路面積的增大，并且如上所述改善功率放大器160a的功率附加效率。

接下來，參照圖9對功率放大器160a不具備電容器240的情況下的功率放大電路1000(比較例1)的結構進行說明。功率放大電路1000包括電容器210(dc截止電容)、電阻元件270、以及晶體管200。

如圖9所示，功率放大電路1000在半導體基板10上，在電容器側具備電容器210、以及電阻元件270，在晶體管側具備晶體管200。

功率放大電路1000與圖7所示的功率放大電路1a相比，在電容器側不具備金屬層20a。即，金屬層24a、絕緣層32、以及金屬層22a構成電容器210(dc截止電容)，具有除去rf信號rfin的直流分量的功能。

與這種功率放大電路1000(比較例1)相比，可知圖7所示的功率放大電路1a幾乎與功率放大電路1000的電路面積無變化地新形成有電容器240。

接下來，參照圖10對由mim(metalinsulatormetal：金屬絕緣體金屬)電容形成了電容器240的情況下的功率放大電路2000(比較例2)的結構進行說明。功率放大電路2000包括電容器210(dc截止電容)、電容器240(基極發(fā)射極間電容)、電阻元件270、以及晶體管200。

圖10所示的功率放大電路2000在電容器側中沿橫方向(x軸方向)并排地形成有2個電容器210、240。具體而言，在金屬層22d上的絕緣層32上形成有被絕緣層34分隔開的2個金屬層24a、24d(參照圖10)。這2個金屬層24a、24d分別與金屬層22d成對地構成電容器。即，x軸負方向側的金屬層24a與金屬層22d(與基極電極58電連接)成對地構成電容器210。另一方面，x軸正方向側的金屬層24d被向晶體管側引出，通過金屬層22b、以及發(fā)射極電極62與發(fā)射極層60電連接。因此，金屬層24d與金屬層22d(與基極電極58電連接)成對地構成電容器240(基極發(fā)射極間電容)。

按照上述，通過功率放大電路2000具備電容器240，從而與功率放大電路1000相比，能夠改善功率放大器160a的功率附加效率。但是，因為沿橫向并排地具備電容器210、240，所以與功率放大電路1000相比，電容器側的橫向(x軸方向)的長度變長。因此，在功率放大電路2000中，與功率放大電路1000相比，電路面積增大。

另一方面，在圖7所示的功率放大電路1a中，通過上述的構成，能夠在電容器210(金屬層24a、絕緣層32、金屬層22a)的下方(z軸負方向)層疊形成電容器240(金屬層22a、絕緣層30、金屬層20a)。因此，能夠幾乎與不具備電容器240的功率放大電路1000的配置不變化地(例如，通過變更電容器210的占有面積的幾％左右)新形成電容器240。另外，與功率放大電路2000相比較，也抑制了由于具備電容器240而造成的電路面積的增大的量。因此，根據(jù)功率放大電路1a，能夠抑制電路面積的增大并且使電容器的個數(shù)增加，改善功率附加效率。此外，在功率放大電路1a中，將層疊電容中、形成于上方(z軸正方向側)的電容作為電容器210，將形成于下方(z軸負方向側)的電容作為電容器240，但這些電容器的分配也可以相反。

圖11是由層疊電容構成電容器240的情況下的變形例(功率放大電路1b)中的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的俯視圖以及a－a線剖視圖。

圖11所示的功率放大電路1b與圖7所示的功率放大電路1a相比較，代替金屬層20a、22a、24a而具備金屬層20b、22e、24e。

金屬層20b與金屬層20a相比，橫向(x軸方向)的長度較短。具體而言，在功率放大電路1b中，僅在電容器側的隔離層12的一部分表面上(例如，x軸正方向側的一部分)配置有金屬層20b。即，電容器側中的一部分構成層疊電容。由此，電容器210(金屬層24e、絕緣層32、金屬層22e)由并排配置的mim電容以及層疊電容形成，電容器240(金屬層22e、絕緣層30、金屬層20b)由電容器側的一部分的層疊電容形成。

這樣，金屬層20b也可以不需要遍及金屬層22e的整個下方形成，而僅形成于金屬層22e的下方的一部分。此外，金屬層24b與金屬層20b的電連接的構成與圖7所示的功率放大電路1a相同，所以省略詳細的說明。

圖12是表示并聯(lián)連接多個(例如，8個)功率放大電路的配置例的圖。圖12所示的實施方式是將四個功率放大電路1a和四個功率放大電路1000交替地并聯(lián)連接的例子。

如圖12所示，可知功率放大電路1a能夠與功率放大電路1000相比幾乎不變更占有面積地安裝。此外，在將多個電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200并聯(lián)連接地安裝的情況下，如圖12所示，既可以僅一部分的晶體管等應用功率放大電路1a，也可以全部的晶體管等應用功率放大電路1a。

接下來，參照圖13～圖15，對電容器240(基極發(fā)射極間電容)的其他的構成例進行說明。

圖13～圖15示出通過倒裝芯片結構安裝功率放大電路的情況下的、電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的結構例。這里，圖13是倒裝芯片結構中的電容器210、電阻元件270、以及晶體管200的構成例(比較例3)的俯視圖以及a－a線剖視圖，圖14是圖13的b－b線剖視圖，圖15是表示由布線的寄生電容構成了電容器240的情況下的電容器210、240、電阻元件270、以及晶體管200的剖面構造的一個例子的圖。

圖13以及圖14所示的比較例3(功率放大電路3000)與圖9所示的功率放大電路1000相比，代替金屬層22a而具備金屬層22f，代替金屬層24c而具備用于凹凸連接的金屬層26a。

金屬層26a例如在晶體管側中設置于金屬層22b上，被向電容器側(x軸負方向側)引出而形成(參照圖13)。這里，在該被引出的金屬層26a與用于同基極電極58連接而被引出的金屬層22f之間可能產生寄生電容。因此，為了避免該寄生電容的產生，一般而言，在金屬層26a與金屬層22f之間設置絕緣層34b(參照圖13)。

另一方面，在圖15所示的功率放大電路2中，與圖13所示的功率放大電路3000相比，除去金屬層26a與金屬層22f之間的絕緣層34b，形成金屬層26a。由此，有意地使規(guī)定的寄生電容在金屬層26a與金屬層22f之間產生(參照圖15)。因此，在與發(fā)射極層60電連接的金屬層26a和與基極層56電連接的金屬層22f之間積蓄有電荷，構成了電容器240(基極發(fā)射極間電容)。

上述的構成例如能夠通過省略設置功率放大電路3000中的絕緣層34b的工序，在絕緣層32上直接設置金屬層26a來形成。因此，能夠幾乎不與功率放大電路3000中的電容器210(dc截止電容)的配置變更地新形成電容器240(基極發(fā)射極間電容)。因此，根據(jù)功率放大電路2，能夠抑制電路面積的增大并且使電容器的個數(shù)增加，改善功率附加效率。此外，寄生電容的大小能夠根據(jù)各自的布線的長度、布線間的距離等的設計適當?shù)刈兏?/p>

模擬結果

接下來，參照圖16～圖20基于模擬結果對通過功率放大器160b的構成改善了功率附加效率的情況進行說明。

圖16是表示電容器210的電容值ccut＝0.4pf、電容器240的電容值cadd＝0.01pf的情況下的模擬結果的圖。此外，cadd＝0.01pf是小到能夠忽略電容器240的程度的值。即，圖16與未設置有電容器240的情況下的模擬結果相同。

在圖16中，橫軸是時間，縱軸示出有圖4所示的8個指標。rfin是被輸入至電容器210的rf信號的電壓。i1是從電容器210輸出的電流。i2對i1加上ibias后的電流。ib是晶體管200的基極電流。ibias是從偏置電路220輸出的偏置電流。iadd是流向電容器240的電流。vb是晶體管200的基極電壓。vc是晶體管200的集電極電壓。這里，在功率放大器160a中，若晶體管200的集電極電壓vc和集電極電流ic的波形重疊的區(qū)域變大，則消耗功率(＝vc×ic)增加，功率附加效率降低。

如圖16的a1點所示，在大輸出時(即，vc的振幅等級較大時)，若晶體管200截止，則基極電壓vb大幅降低。與此相伴，如b1點所示，偏置電流ibias變大。若偏置電流ibias變大，則如c1點所示，集電極電壓vc上升的時機變早。由此，集電極電壓vc和集電極電流ic的波形重疊的區(qū)域變大，消耗電流增加。即，可知在未設置有電容器240的情況下，在大輸出時，功率附加效率降低。

圖17是表示電容器210的電容值ccut＝0.4pf、電容器240的電容值cadd＝1pf的情況下的模擬結果的圖。圖17中的橫軸以及縱軸與圖16相同。

如圖17的d2點所示，若晶體管200截止，則電流(負的電流iadd)從電容器240流向晶體管200的基極。通過該電流，如a2點所示，大輸出時的基極電壓vb的降低量與圖16的情況相比較變小。與此相伴，如b2點所示，偏置電流ibias的增加量也與圖16的情況相比較而變小。因此，如c2點所示，若與圖16的情況相比較，則抑制了集電極電壓vc上升的時機變早。由此，在設置有電容器240的情況下，集電極電壓vc和集電極電流ic的波形重疊的區(qū)域變小。即，可知在大輸出時，改善了功率附加效率。

圖18是表示功率放大器160b中的、電容器240的電容值cadd與功率附加效率的關系的一個例子的模擬結果的圖。在圖18中，橫軸是輸出等級(dbm)，縱軸是功率附加效率(％)。如圖18所示，在未設置有電容器240的情況下(cadd＝0.01pf的情況)，功率附加效率從輸出等級為30dbm的附近開始大幅降低。與此相對，通過附加電容器240，能夠抑制大輸出時的功率附加效率的降低。尤其在圖18所示的例子中，通過使電容值cadd成為0.8pf～1.2pf(與晶體管200的截止時的電容值大致相同)，較大地改善了大輸出時的功率附加效率。

接下來，對為了與寬頻帶的rf信號對應而增大電容器210的電容值ccut的情況下的模擬結果進行說明。圖19是表示電容器210的電容值ccut＝1.4pf、電容器240的電容值cadd＝0.01pf的情況下的模擬結果的圖。圖19中的橫軸以及縱軸與圖16相同。

如圖19的a3點所示，在大輸出時，若晶體管200截止，則基極電壓vb大幅降低。與此相伴，如b3點所示，偏置電流ibias變大。若偏置電流ibias變大，則如c3點所示，集電極電壓vc上升的時機變早。由此，集電極電壓vc和集電極電流ic的波形重疊的區(qū)域變大。即，可知在未設置有電容器240的情況下，在大輸出時，功率附加效率降低。

圖20是表示電容器210的電容值ccut＝1.4pf、電容器240的電容值cadd＝1pf的情況下的模擬結果的圖。圖20中的橫軸以及縱軸與圖16相同。

如圖20的d4點所示，若晶體管200截止，則電流(負的電流iadd)從電容器240流向晶體管200的基極。通過該電流，如a4點所示，大輸出時的基極電壓vb的降低量與圖19的情況相比較變小。與此相伴，如b4點所示，偏置電流ibias的增加量也與圖19的情況相比較變小。因此，如c4點所示，若與圖19的情況相比較，則抑制了集電極電壓vc上升的時機變早。由此，在設置有電容器240的情況下，集電極電壓vc和集電極電流ic的波形重疊的區(qū)域變小。即，可知在大輸出時，改善了功率附加效率。這樣，可知不管電容器210的電容值如何，通過設置電容器240而改善了功率附加效率。

第二應用例

圖21是作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的功率放大器160的構成的一個例子(功率放大器160c)的圖。功率放大器160c不具備功率放大器160a的構成中的電容器240，而具備電容器400、410、電感器420、430。

電容器400(第一電容器)的一端(第二金屬層)與晶體管200的集電極連接，另一端(第一金屬層)通過電感器420接地。電容器410(第二電容器)的一端(第二金屬層)與晶體管200的集電極連接，另一端(第三金屬層)通過電感器4300接地。電感器420、430的一端分別與電容器400、410的另一端連接，另一端接地。

電容器400以及電感器420構成高次諧波終端電路，該高次諧波終端電路將被晶體管200放大的放大信號rfout的頻率的大致m倍(m：自然數(shù))的頻率作為諧振頻率。由此，電容器400以及電感器420能夠將放大信號rfout的大致m倍波(例如，2倍波)(第一高次諧波)的阻抗控制成短路的狀態(tài)。

相同地，電容器410以及電感器430構成高次諧波終端電路，該高次諧波終端電路將被晶體管200放大的放大信號rfout的頻率的大致n倍(n：自然數(shù))的頻率作為諧振頻率。由此，電容器410以及電感器430能夠將放大信號rfout的大致n倍波(例如，4倍波)(第二高次諧波)的阻抗控制成短路的狀態(tài)。因此，通過該2個高次諧波終端電路使放大信號rfout的高次諧波短路，能夠從放大信號rfout除去高次諧波。

此外，在高次諧波終端電路中使其短路的高次諧波并不局限于偶數(shù)次高次諧波(例如，2倍波、4倍波等)，也可以是奇數(shù)次高次諧波(例如，3倍波、5倍波等)。

在這樣的構成中，功率放大器160c中的2個電容器400、410也能夠應用層疊電容。因此，能夠抑制功率放大電路的電路面積的增大并且使電容器的個數(shù)增加，并從放大信號rfout除去高次諧波。

第三應用例

圖22是表示作為本發(fā)明的一實施方式的功率放大電路所包含的匹配電路180的構成的一個例子(匹配電路180a)的圖。匹配電路180a具備電容器440、450、電感器460。

電容器440(第一電容器)的一端(第一金屬層)與功率放大器150(第一放大器)的輸出端子連接，另一端(第二金屬層)與電感器460的一端連接。電容器450(第二電容器)的一端(第二金屬層)與電感器460的一端連接，另一端(第三金屬層)與功率放大器160(第二放大器)的輸入端子連接。電感器460的一端連接于電容器440以及電容器450的連接點，另一端接地。

電容器440、450、以及電感器460構成使功率放大器150以及功率放大器160之間的阻抗相匹配的匹配電路180a。

在這樣的構成中，匹配電路180a中的2個電容器440、450也能夠應用層疊電容。因此，能夠抑制功率放大電路的電路面積的增大并且使電容器的個數(shù)增加，并使2個放大器間的阻抗相匹配。

此外，能夠應用該構成的匹配電路并不局限于匹配電路180a，也可以應用于包括串聯(lián)連接的2個電容器的任一匹配電路。例如，也可以在圖3所示的匹配電路170、190中應用。

以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明。對功率放大器160a(參照圖4)、160b(參照圖6)而言，能夠通過使3個金屬層20、22、24成為層疊構造的層疊電容構成一端與晶體管200的基極連接且另一端被供給有rf信號rfin的電容器210、和一端與晶體管200的基極連接且另一端與晶體管200的發(fā)射極連接的電容器240。由此，能夠抑制功率放大電路的電路面積的增大，并且使電容器的個數(shù)增加。另外，能夠改善大輸出時的功率放大器160a、160b的功率附加效率。

另外，如圖7、圖11所示，在功率放大電路1a、1b中，電容器240的另一端與晶體管200的發(fā)射極的電連接能夠由貫通電極構成。此外，該連接的構成并不局限于此。

另外，對功率放大器160c(參照圖21)而言，能夠通過層疊電容構成一端與晶體管200的集電極連接且另一端分別與電感器420、430連接的電容器400、410。由此，能夠抑制電路面積的增大，并且從放大信號rfout除去高次諧波。

另外，對匹配電路180a(參照圖22)而言，能夠通過層疊電容構成一端與功率放大器150的輸出端子連接且另一端與電感器460的一端連接的電容器440、和一端與電感器460的一端連接且另一端與功率放大器160的輸入端子連接的電容器450。由此，能夠抑制電路面積的增大，并且使功率放大器150、160之間的阻抗相匹配。

此外，在本實施方式中，偏置電路220成為晶體管250的射極跟隨器電路，但偏置電路220的構成并不局限于此。具體而言，只要偏置電流ibias伴隨晶體管200的基極電壓vb的降低而增加，偏置電路220就能夠采用任意的構成。

另外，在本實施方式中，對在功率放大模塊120的功率級的功率放大器160中設置電容器240的例子進行了說明，但驅動級的功率放大器150也可以為與功率放大器160相同的構成。在具有3級以上的功率放大器的構成中也相同。

另外，在本說明書中，作為應用本發(fā)明的例子，使用了功率放大器以及匹配電路，但應用本發(fā)明的電路并不局限于功率放大器或者匹配電路。例如，在2個電容器被串聯(lián)連接的其他的電路中也能夠相同地應用。

此外，以上說明的各實施方式是用于容易地理解本發(fā)明的內容，并不用于限定解釋本發(fā)明的內容。本發(fā)明能夠不脫離其主旨地變更或者改進，并且，本發(fā)明也包含有其等效物。即，本領域技術人員對各實施方式適當?shù)厥┘釉O計變更后的方式只要具備本發(fā)明的特征，就包含于本發(fā)明的范圍。例如，各實施方式所具備的各要素以及其配置、材料、條件、形狀、尺寸等并不局限于例示的內容，能夠適當?shù)刈兏?。另外，各實施方式是例示，當然能夠進行在不同的實施方式中示出的構成的局部置換或者組合，這些只要包括本發(fā)明的特征就包含于本發(fā)明的范圍。